ITU-R 468 bullerviktning

ITU-R 468 (ursprungligen definierad i CCIR- rekommendation 468-4, därför tidigare också känd som CCIR-viktning ; ibland hänvisad till som CCIR-1k ) är en standard som relaterar till brusmätning, ofta använd vid mätning av brus i ljudsystem. Standarden, som nu hänvisas till som ITU-R BS.468-4, definierar en viktningsfilterkurva , tillsammans med en kvasi- topplikriktare med speciella egenskaper som definieras av specificerade tonburst-tester. Det underhålls för närvarande av International Telecommunication Union som tog över det från CCIR.

Det används särskilt i Storbritannien, Europa och tidigare länder i det brittiska imperiet som Australien och Sydafrika. Det är mindre känt i USA där A-viktning alltid har använts.

M-viktning är ett närbesläktat filter, en offsetversion av samma kurva, utan kvasi-toppdetektorn.

Förklaring

A -viktningskurvan baserades på 40 phon- konturen med lika ljudstyrka som ursprungligen härleddes av Fletcher och Munson (1933). Ursprungligen inkorporerad i en ANSI-standard för ljudnivåmätare , var A-viktning avsedd för mätning av hörbarheten av ljud själva. Det var aldrig specifikt avsett för mätning av det mer slumpmässiga (nästan vitt eller rosa ) bruset i elektronisk utrustning, men har använts för detta ändamål av de flesta mikrofontillverkare sedan 1970-talet. Det mänskliga örat reagerar helt olika på klick och skurar av slumpmässigt brus, och det är denna skillnad som gav upphov till viktkurvan CCIR-468 (nu stödd som en ITU-standard), som tillsammans med kvasi-toppmätning (snarare än rms) mätning som användes med A-vikt) blev allmänt använd av TV-bolag i hela Storbritannien, Europa och tidigare brittiska samväldets länder, där ingenjörer var starkt påverkade av BBC:s testmetoder. Telefonbolag över hela världen har också använt metoder som liknar 468-viktning med kvasi-toppmätning för att beskriva stötande störningar som induceras i en telefonkrets genom att växla transienter i en annan.

Historia

Ursprunglig forskning

Utvecklingen på 1960-talet, i synnerhet spridningen av FM-sändningar och utvecklingen av den kompakta ljudkassetten med Dolby-B Noise Reduction , uppmärksammade ingenjörer på behovet av en viktningskurva som gav subjektivt meningsfulla resultat på det typiska slumpmässiga bruset som begränsade prestandan. av sändningskretsar, utrustning och radiokretsar. A-viktning gav inte konsekventa resultat, särskilt på FM- radiosändningar och Compact Cassette-inspelning där förbetoning av höga frekvenser resulterade i ökade brusavläsningar som inte korrelerade med subjektiv effekt. Tidiga ansträngningar för att ta fram en bättre viktningskurva ledde till en DIN-standard som användes för mätning av europeisk Hi-Fi-utrustning ett tag.

Experiment i BBC ledde till BBC Research Department Report EL-17, The Assessment of Noise in Audio Frequency Circuits, där experiment på många testpersoner rapporterades, med en mängd olika ljud allt från klick till tonskurar till rosa brus . Försökspersonerna ombads att jämföra dessa med en 1 kHz-ton, och slutresultaten jämfördes sedan med uppmätta brusnivåer med hjälp av olika kombinationer av viktningsfilter och kvasi-toppdetektor som fanns då (såsom de som definieras i en numera nedlagd tysk DIN-standard ) . Detta ledde till standarden CCIR-468 som definierade en ny viktkurva och kvasi-topplikriktare.

Ursprunget till den nuvarande viktningskurvan ITU-R 468 kan spåras till 1956. 1968 års BBC EL-17-rapport diskuterar flera viktkurvor, inklusive en identifierad som DPB som valdes som överlägsen alternativen: ASA, CCIF och OIRT. grafen för DPB-kurvan är identisk med den för ITU-R 486-kurvan, förutom att den senare sträcker sig till något lägre och högre frekvenser. BBC-rapporten anger att denna kurva gavs i ett "bidrag från DBP (The Telephone Administration of the Federal German Republic) i Red Book Vol. 1 1957 som täcker CCITTs första plenarförsamling (Geneve 1956)". DBP är Deutsche Bundespost , det tyska postkontoret som tillhandahåller telefontjänster i Tyskland som GPO gör i Storbritannien. BBC-rapporten säger att "denna egenskap är baserad på subjektiva tester som beskrivits av Belger." och citerar en artikel från 1953 av E. Belger.

Dolby Laboratories tog upp den nya viktningen CCIR-468 för användning vid mätning av brus på deras brusreduceringssystem, både på bio (Dolby A) och på kassettdäck (Dolby B), där andra mätmetoder inte visade fördelen med sådan brusreducering. Vissa Hi-Fi-kolumnskribenter tog upp 468 viktning entusiastiskt och observerade att det återspeglade den ungefär 10 dB förbättringen av brus som observerades subjektivt på kassettinspelningar när de använde Dolby B medan andra metoder kunde indikera en faktisk försämring under vissa omständigheter, eftersom de inte dämpade tillräckligt brus över 10 kHz.

Standarder

CCIR- rekommendation 468-1 publicerades strax efter denna rapport och verkar ha varit baserad på BBC:s arbete. Senare versioner upp till CCIR 468-4 skilde sig endast i mindre ändringar av tillåtna toleranser. Denna standard införlivades sedan i många andra nationella och internationella standarder (IEC, BSI, JIS, ITU) och användes allmänt som standardmetoden för att mäta brus, i sändningar, professionellt ljud och "Hi-Fi"-specifikationer under hela 1970- talet . När CCIR upphörde att existera togs standarden officiellt över av ITU-R ( International Telecommunication Union) . Pågående arbete med denna standard sker främst i underhållet av IEC 60268, den internationella standarden för ljudsystem.

CCIR-kurvan skiljer sig mycket från A-viktning i 5 till 8 kHz-regionen där den toppar till +12,2 dB vid 6,3 kHz, den region där vi verkar vara extremt känsliga för brus. Även om det har sagts (felaktigt) att skillnaden beror på ett krav på att bedöma bullerintrång i närvaro av programmaterial, snarare än bara ljudstyrka, klargör BBC-rapporten det faktum att detta inte låg till grund för experimenten. Den verkliga orsaken till skillnaden är förmodligen det sätt på vilket våra öron analyserar ljud i termer av spektralt innehåll längs snäckan . Detta beter sig som en uppsättning tätt placerade filter med en ungefär konstant Q-faktor , det vill säga bandbredder som är proportionella mot deras mittfrekvenser. Högfrekventa hårceller skulle därför vara känsliga för en större andel av den totala energin i buller än lågfrekventa hårceller. Även om hårcellssvaren inte är exakt konstanta Q, och saker kompliceras ytterligare av det sätt på vilket hjärnan integrerar intilliggande hårcellsutgångar, uppträder den resulterande effekten ungefär som en lutning centrerad på 1 kHz som påtvingas A-viktningen.

Beroende på spektralt innehåll är 468-viktade mätningar av brus i allmänhet cirka 11 dB högre än A-viktade, och detta är förmodligen en faktor i den senaste tidens trend bort från 468-viktning i utrustningsspecifikationer då användningen av kassettband minskar.

Det är viktigt att inse att 468-specifikationen täcker både viktad och "oviktad" (med ett 22 Hz till 22 kHz 18 dB/oktav bandpassfilter) mätning och att båda använder en mycket speciell kvasi-topplikriktare med noggrant utarbetad dynamik (A- viktning använder RMS- detektion utan någon speciell anledning ). Istället för att ha en enkel "integrationstid" kräver denna detektor implementering med två kaskadkopplade "toppföljare" var och en med olika attacktidskonstanter noggrant utvalda för att kontrollera svaret på både enstaka och upprepade tonskurar av olika varaktighet. Detta säkerställer att mätningar av impulsljud tar ordentlig hänsyn till vår minskade hörselkänslighet för korta pulser. Denna kvasi-toppmätning kallas också psofometrisk viktning .

Detta var än en gång viktigare eftersom externa sändningar överfördes via "musikkretsar" som använde telefonlinjer, med klickningar från Strowger och andra elektromekaniska telefonväxlar. Den finner nu ny relevans i mätningen av brus på datorns "ljudkort" som ofta drabbas av klick när enheter startar och stannar.

Nuvarande användning av 468-viktning

468-viktning används också vid viktad distorsionsmätning vid 1 kHz. Att väga distorsionsresterna efter borttagning av grundtonen betonar övertoner av hög ordning, men bara upp till 10 kHz eller så där öronresponsen faller av. Detta resulterar i en enda mätning (ibland kallad distortionsrestmätning) som har påståtts överensstämma väl med subjektiv effekt även för effektförstärkare där crossover-distorsion är känd för att vara mycket mer hörbar än normala THD- mätningar ( Total harmonic distortion ) skulle antyda.

468-viktning efterfrågas fortfarande av BBC och många andra programföretag, med ökande medvetenhet om dess existens och det faktum att det är mer giltigt på slumpmässigt brus där rena toner inte existerar.

Ofta anges både A-viktade och 468-vägda siffror för brus, särskilt i mikrofonspecifikationer.

Även om den inte är avsedd för den här applikationen, har 468-kurvan också använts (offset för att placera 0 dB-punkten vid 2 kHz istället för 1 kHz) som "M-viktning" i standarder som ISO 21727 avsedda att mäta ljudstyrka eller irritation av bioljudspår . Denna tillämpning av viktningskurvan inkluderar inte den kvasi-toppdetektor som specificeras i ITU-standarden.

M -viktningen är tillgänglig i Avee Player version 1.3.0 eller senare.

Sammanfattning av specifikation

Obs: detta är inte den fullständiga definitiva standarden.

Specifikation av viktkurva (vägd mätning)

Viktkurvan specificeras av både ett kretsschema för ett viktningsnätverk och en tabell över amplitudsvar.

Ovan är ITU-R 468 viktningsfilterkretsdiagram. Käll- och sänkimpedansen är båda 600 ohm (resistiv), som visas i diagrammet. Värdena är hämtade direkt från ITU-R 468-specifikationen. Observera att eftersom denna krets är rent passiv kan den inte skapa den extra 12 dB förstärkning som krävs; alla resultat måste korrigeras med en faktor på 8,1333, eller +18,2 dB.

Tabell över amplitudsvar:

Frekvens (Hz)	Svar (dB)
31,5	-29.9
63	-23.9
100	-19.8
200	-13.8
400	-7,8
800	-1.9
1 000	0,0
2 000	+5,6
3 150	+9,0
4 000	+10,5
5 000	+11,7
6 300	+12,2
7 100	+12,0
8 000	+11,4
9 000	+10,1
10 000	+8,1
12 500	0,0
14 000	-5.3
16 000	-11.7
20 000	-22.2
31 500	-42,7

Värdena i amplitudsvarstabellen skiljer sig något från de som resulterar från kretsschemat, t.ex. på grund av den ändliga upplösningen av de numeriska värdena. I standarden sägs det att 33.06 nF kondensatorn kan justeras eller ett aktivt filter kan användas.

Modellering av kretsen ovan och några kalkyler ger denna formel för att få amplitudsvaret i dB för ett givet frekvensvärde:

$R_{\mathrm {ITU} }(f)={\frac { 1,246332637532143\cdot 10^{-4}\,f}{\sqrt {(h_{1}(f))^{2}+(h_{2}(f))^{2}}}}$

$\mathrm {ITU} (f)=18,2+20\log _{10}\left(R_{\mathrm {ITU} } }(f)\höger)$

var

$\cdot$

$19}\,f^{ 5}-2.118150887518656\cdot 10^{-11}\,f^{3}+5.559488023498642\cdot 10^{-4}\,f}$

Ton-burst-svarskrav

5 kHz enstaka skurar:

Serielängd (ms)	Stadig signalavläsning (dB)
200	-1.9
100	-3.3
50	-4.6
20	-5.7
10	-6.4
5	-8,0
2	-11.5
1	-15.4

Upprepad tonburst-svar

5 ms, 5 kHz skurar vid upprepningshastighet:

Antal serier per sekund (s −1 )	Stadig signalavläsning (dB)
2	-6.40
10	-2.30
100	-0,25

Oviktad mätning

Använder 22 Hz HPF och 22 kHz LPF 18 dB/decennium eller mer (tabeller ska läggas till)

Se även

• Bullerviktning
• Mätningar av ljudsystem

Vidare läsning

• Audio Engineer's Reference Book , 2:a upplagan 1999, redigerad Michael Talbot Smith, Focal Press
• An Introduction to the Psychology of Hearing 5th ed, Brian CJ Moore, Elsevier Press

externa länkar

• AES pro ljudreferensdefinition av ITU-R 468-viktning
• Vägningsfilteruppsättning Kretsscheman