Ljudmätning av brus

Ljudbrusmätning är en process som utförs för att bedöma kvaliteten på ljudutrustning , till exempel den typ som används i inspelningsstudior , broadcast-teknik och högtrohet i hemmet .

I ljudutrustning är brus ett sus eller surr på låg nivå som inkräktar på ljudutgången. Varje utrustning som den inspelade signalen sedan passerar genom kommer att lägga till en viss mängd elektroniskt brus. Processen att ta bort detta och andra brus kallas brusreducering .

Bullrets ursprung – behovet av viktning

Mikrofoner , förstärkare och inspelningssystem lägger alla till lite elektroniskt brus till signalerna som passerar genom dem, allmänt beskrivna som brum, surr eller sus. Alla byggnader har låga magnetiska och elektrostatiska fält i och runt dem som härrör från nätledningar , och dessa kan inducera brum till signalvägar, typiskt 50 Hz eller 60 Hz (beroende på landets elförsörjningsstandard) och lägre övertoner. Skärmade kablar hjälper till att förhindra detta, och på professionell utrustning där längre sammankopplingar är vanliga används vanligtvis balanserade signalanslutningar (oftast med XLR- eller telefonkontakter ). Väsning är resultatet av slumpmässiga signaler, som ofta uppstår från slumpmässig rörelse av elektroner i transistorer och andra elektroniska komponenter, eller den slumpmässiga fördelningen av oxidpartiklar på analogt magnetband. Det hörs främst vid höga frekvenser och låter som ånga eller tryckluft.

Försök att mäta brus i ljudutrustning som RMS-spänning, med hjälp av en enkel nivåmätare eller voltmeter, ger inga användbara resultat; ett speciellt bullermätinstrument krävs. Detta beror på att buller innehåller energi spridd över ett brett spektrum av frekvenser och nivåer, och olika bullerkällor har olika spektralt innehåll. För att mätningar ska möjliggöra rättvis jämförelse av olika system måste de göras med ett mätinstrument som svarar på ett sätt som motsvarar hur vi hör ljud. Av detta följer tre krav. För det första är det viktigt att frekvenser över eller under de som kan höras av även de bästa öronen filtreras bort och ignoreras av bandbreddsbegränsning (vanligtvis 22 Hz till 22 kHz). För det andra bör mätinstrumentet lägga olika tyngdpunkt på olika frekvenskomponenter i bruset på samma sätt som våra öron gör, en process som kallas viktning . För det tredje bör likriktaren eller detektorn som används för att omvandla den varierande växlande brussignalen till en stadig positiv representation av nivån ta tid att svara fullt ut på korta toppar i samma utsträckning som våra öron gör; den ska ha rätt dynamik .

Korrekt mätning av brus kräver därför användning av en specificerad metod, med definierad mätbandbredd och viktningskurva, och likriktardynamik. De två huvudmetoderna som definieras av nuvarande standarder är A-viktning och ITU-R 468 (tidigare känd som CCIR-viktning) .

A-viktning

A-viktning använder en viktningskurva baserad på konturer med lika ljudstyrka som beskriver vår hörselkänslighet för rena toner, men det visar sig att antagandet att sådana konturer skulle vara giltiga för bullerkomponenter var fel. ^{[ citat behövs ]} Medan A-viktningskurvan toppar med cirka 2 dB runt 2 kHz, visar det sig att vår känslighet för brus toppar med cirka 12,2 dB vid 6 kHz. ^{[ citat behövs ]}

ITU-R 468 viktning

När mätningar började användas i granskningar av konsumentutrustning i slutet av 1960-talet blev det uppenbart att de inte alltid stämde överens med vad som hördes. Speciellt visade sig införandet av Dolby B brusreducering på kassettbandspelare få dem att låta hela 10,2 dB mindre brusigt, men de mätte inte 10,2 dB bättre. Olika nya metoder utarbetades sedan, inklusive en som använde ett hårdare viktningsfilter och en kvasi-topplikriktare, definierad som en del av den tyska DIN2 45500 Hi-Fi-standarden. Denna standard, som inte längre används, försökte fastställa minimikrav på prestanda inom alla områden för High Fidelity- reproduktion.

Introduktionen av FM-radio , som också genererar övervägande högfrekvent väsning, visade också på den otillfredsställande karaktären hos A-viktning, och BBC Research Department genomförde ett forskningsprojekt för att avgöra vilket av flera viktningsfilter och likriktaregenskaper som gav resultat som var mest i linje med bedömningen av panelen av lyssnare, använder en mängd olika typer av brus. BBC Research Departments rapport EL-17 låg till grund för vad som blev känt som CCIR-rekommendation 468, som specificerade både en ny viktningskurva och en kvasi- topplikriktare. Detta blev standarden för sändningsföretag över hela världen, och den antogs också av Dolby , för mätningar på dess brusreduceringssystem som snabbt blev standarden inom bioljud, såväl som i inspelningsstudior och i hemmet.

Även om de representerar vad vi verkligen hör, ger ITU-R 468 brusviktning siffror som vanligtvis är cirka 112 dB sämre än A- ^{neutralitet ifrågasätts ] viktade [} , ett faktum som väckte motstånd från marknadsavdelningar [ ^{tvivelaktigt - diskutera ] ovilliga} att säga sämre specifikationer på deras utrustning än vad allmänheten varit van vid. Dolby försökte komma runt detta genom att introducera en egen version som heter CCIR-Dolby som inkorporerade en 62 dB-förskjutning i resultatet (och en billigare genomsnittlig läslikriktare), men detta förvirrade bara saken och ogillades mycket av CCIR . ^{[ citat behövs ]}

När CCIR upphörde, upprätthålls 468-standarden nu som ITU-R 468 , av International Telecommunication Union, och utgör en del av många nationella och internationella standarder, särskilt av IEC ( International Electrotechnical Commission) och BSI ( British Standards Institute ). Det är det enda sättet att mäta buller som tillåter rättvisa jämförelser; och ändå har den felaktiga A-vikten gjort comeback inom konsumentområdet nyligen, av den enkla anledningen att den ger de lägre siffrorna som anses mer imponerande av marknadsavdelningarna. ^{[ neutralitet är omtvistad ]}^{[ tveksam – diskutera ]}

Signal-brusförhållande och dynamiskt omfång

Ljudutrustningsspecifikationer tenderar att inkludera termerna signal-brusförhållande och dynamiskt omfång , som båda har flera definitioner, ibland behandlade som synonymer. Den exakta betydelsen måste anges tillsammans med mätningen.

Analog

Dynamiskt område används för att betyda ^{[ specificera ]} skillnaden mellan maximal nivå och brusnivå, med maximal nivå definierad som en klippsignal med en specificerad THD+N. Termen har blivit korrumperad av en tendens ^{[ citat behövs ]} att hänvisa till det dynamiska omfånget för CD-spelare som betyder brusnivån på en tom inspelning utan dither, (med andra ord, bara det analoga brusinnehållet vid utgången). Detta är inte särskilt användbart; speciellt eftersom många CD-spelare har automatisk muting i frånvaro av signal.

Sedan början av 1990-talet har olika författare som Julian Dunn föreslagit att dynamiskt omfång ska mätas i närvaro av en lågnivåtestsignal. Således kommer alla falska signaler som orsakas av testsignalen eller distorsion inte att försämra signal-brusförhållandet. Detta tar också upp farhågor om mutingkretsar.

Digital

År 1999 publicerade Steven Harris & Clif Sanchez Cirrus Logic en vitbok med titeln "Personal Computer Audio Quality Measurements" där det stod:

Dynamic Range är förhållandet mellan fullskalesignalnivån och RMS-brusgolvet ^{[ när det definieras som? ]} , i närvaro av signal, uttryckt i dB2 FS. Denna specifikation ges som ett absolut tal och kallas ibland för Signal-to-Noise Ratio (SNR) i närvaro av en signal. Märkningen SNR bör inte användas på grund av branschförvirring över den exakta definitionen. DR kan mätas med THD+N-mätningen med en -602 dB FS-signal. Denna låga amplitud är tillräckligt liten för att minimera all icke-linjäritet för stor signal, men tillräckligt stor för att säkerställa att systemet som testas utövas. Andra testsignalamplituder får användas, förutsatt att signalnivån är sådan att inga distorsionskomponenter genereras.

År 2000 släppte AES AES Information Document 6id-2000 som definierade dynamiskt omfång som "20 gånger logaritmen för förhållandet mellan fullskalesignalen och rms-brusgolvet i närvaro av signal, uttryckt i dB2 FS" med följande anteckning :

Denna specifikation kallas ibland för signal-brusförhållande (SNR) i närvaro av en signal. Märkningen SNR bör inte användas på grund av branschförvirring över den exakta definitionen. SNR används ofta för att indikera signal-brusförhållande, där brusnivån mäts utan signal. Detta kan ofta ge ett optimistiskt resultat på grund av mutingkretsar, som dämpar bruset när ingen signal finns.

Se även

externa länkar

Information om bullermätning