Измерение аудиошума — это процесс, проводимый для оценки качества аудиооборудования , например, используемого в студиях звукозаписи , вещательной технике и домашних системах высококачественного воспроизведения .
В аудиооборудовании шум — это шипение или жужжание низкого уровня, которое вторгается в аудиовыход. Каждая часть оборудования, через которую впоследствии проходит записанный сигнал, добавляет определенное количество электронного шума; процесс удаления этого и других шумов называется шумоподавлением .
Микрофоны , усилители и системы записи добавляют к проходящим через них сигналам электронный шум , обычно описываемый как гул, жужжание или шипение. Во всех зданиях и вокруг них есть магнитные и электростатические поля низкого уровня, исходящие от электропроводки , и они могут вызывать гул в сигнальных путях, как правило, 50 Гц или 60 Гц (в зависимости от стандарта электроснабжения страны) и более низкие гармоники. Экранированные кабели помогают предотвратить это, а на профессиональном оборудовании, где распространены более длинные соединения, обычно используются сбалансированные сигнальные соединения (чаще всего с разъемами XLR или телефонными разъемами ). Шипение является результатом случайных сигналов, часто возникающих из-за случайного движения электронов в транзисторах и других электронных компонентах или случайного распределения оксидных частиц на аналоговой магнитной ленте. Оно в основном слышно на высоких частотах, звуча как пар или сжатый воздух.
Попытки измерить шум в аудиооборудовании как среднеквадратичное напряжение с помощью простого измерителя уровня или вольтметра не дают полезных результатов; требуется специальный прибор для измерения шума. Это связано с тем, что шум содержит энергию, распределенную по широкому диапазону частот и уровней, а разные источники шума имеют разный спектральный состав. Чтобы измерения позволяли справедливо сравнивать разные системы, они должны проводиться с помощью измерительного прибора, который реагирует способом, соответствующим тому, как мы слышим звуки. Из этого вытекают три требования. Во-первых, важно, чтобы частоты выше или ниже тех, которые могут слышать даже самые лучшие уши, отфильтровывались и игнорировались ограничением полосы пропускания (обычно от 22 Гц до 22 кГц). Во-вторых, измерительный прибор должен придавать различное значение различным частотным компонентам шума так же, как это делают наши уши, процесс, называемый взвешиванием . В-третьих, выпрямитель или детектор, который используется для преобразования переменного переменного шумового сигнала в устойчивое положительное представление уровня, должен занять время, чтобы полностью отреагировать на кратковременные пики в той же степени, что и наши уши; он должен иметь правильную динамику .
Поэтому для надлежащего измерения шума требуется использование определенного метода с определенной полосой пропускания измерения и кривой взвешивания, а также динамикой выпрямителя. Два основных метода, определенных текущими стандартами, — это A-взвешивание и ITU-R 468 (ранее известное как взвешивание CCIR ).
A-взвешивание использует кривую взвешивания, основанную на контурах равной громкости , которые описывают нашу слуховую чувствительность к чистым тонам, но оказывается, что предположение о том, что такие контуры будут действительны для шумовых компонентов, было неверным. [ необходима цитата ] В то время как кривая A-взвешивания достигает пика примерно в 2 дБ около 2 кГц, оказывается, что наша чувствительность к шуму достигает пика примерно в 12,2 дБ на частоте 6 кГц. [ необходима цитата ]
Когда в конце 1960-х годов измерения начали использовать в обзорах потребительского оборудования, стало очевидно, что они не всегда коррелируют с тем, что было услышано. В частности, было обнаружено, что введение шумоподавления Dolby B на кассетных магнитофонах сделало их звучание на целых 10,2 дБ менее шумным, однако они не показали на 10,2 дБ лучших результатов. Затем были разработаны различные новые методы, включая тот, который использовал более жесткий взвешивающий фильтр и квазипиковый выпрямитель, определенный как часть немецкого стандарта DIN2 45500 Hi-Fi. Этот стандарт, который больше не используется, пытался установить минимальные требования к производительности во всех областях для воспроизведения High Fidelity .
Введение FM-радио , которое также генерирует преимущественно высокочастотное шипение, также выявило неудовлетворительную природу A-взвешивания, и Исследовательский отдел BBC предпринял исследовательский проект, чтобы определить, какие из нескольких характеристик взвешивающего фильтра и выпрямителя дали результаты, которые в наибольшей степени соответствовали суждению группы слушателей, используя широкий спектр различных типов шума. Отчет Исследовательского отдела BBC EL-17 лег в основу того, что стало известно как рекомендация CCIR 468, которая определила как новую кривую взвешивания, так и квазипиковый выпрямитель. Это стало стандартом выбора для вещателей по всему миру, и он также был принят Dolby для измерений на ее системах шумоподавления, которые быстро становились стандартом в звуке кино, а также в студиях звукозаписи и дома.
Хотя они представляют то, что мы действительно слышим, шумовое взвешивание ITU-R 468 дает цифры, которые обычно примерно на 112 дБ хуже, чем A-взвешенные, факт, который вызвал сопротивление со стороны маркетинговых отделов [ нейтральность оспаривается ] [ сомнительно – обсудить ] нежелающих устанавливать худшие характеристики на свое оборудование , чем те, к которым привыкла публика. Dolby попыталась обойти это, представив свою версию под названием CCIR-Dolby, которая включала сдвиг на 62 дБ в результат (и более дешевый выпрямитель среднего показания), но это только запутало дело и было очень неодобрено CCIR. [ необходима цитата ]
С прекращением деятельности CCIR стандарт 468 теперь поддерживается как ITU-R 468 Международным союзом электросвязи и является частью многих национальных и международных стандартов, в частности IEC ( Международной электротехнической комиссии ) и BSI ( Британский институт стандартов ). Это единственный способ измерения шума, который позволяет проводить справедливые сравнения; и все же несовершенное A-взвешивание недавно вернулось в потребительскую сферу по той простой причине, что оно дает более низкие цифры, которые отделы маркетинга считают более впечатляющими. [ нейтральность оспаривается ] [ сомнительный – обсудить ]
Спецификации аудиооборудования, как правило, включают термины отношение сигнал/шум и динамический диапазон , оба из которых имеют несколько определений, иногда рассматриваемых как синонимы. Точное значение должно быть указано вместе с измерением.
Динамический диапазон раньше означал [ указать ] разницу между максимальным уровнем и уровнем шума, при этом максимальный уровень определялся как сигнал среза с указанным THD+N. Термин был испорчен тенденцией [ необходима цитата ] ссылаться на динамический диапазон проигрывателей компакт-дисков как на уровень шума на пустой записи без дизеринга (другими словами, только аналоговое шумовое содержимое на выходе). Это не особенно полезно; тем более, что многие проигрыватели компакт-дисков включают автоматическое отключение звука при отсутствии сигнала.
С начала 1990-х годов различные авторы, такие как Джулиан Данн, предлагали измерять динамический диапазон в присутствии низкоуровневого тестового сигнала. Таким образом, любые ложные сигналы, вызванные тестовым сигналом или искажением, не ухудшат отношение сигнал/шум. [1] Это также решает проблемы, связанные с цепями приглушения.
В 1999 году Стивен Харрис и Клиф Санчес из Cirrus Logic опубликовали официальный документ под названием «Измерения качества звука на персональных компьютерах», в котором говорилось:
Динамический диапазон - это отношение уровня сигнала полной шкалы к уровню шума RMS [ когда определяется как? ] при наличии сигнала, выраженное в дБ2 полной шкалы. Эта спецификация приводится как абсолютное число и иногда называется отношением сигнал/шум (SNR) при наличии сигнала. Метка SNR не должна использоваться из-за путаницы в отрасли по поводу точного определения. DR можно измерить с помощью измерения THD+N с сигналом -602 дБ полной шкалы. Эта низкая амплитуда достаточно мала, чтобы минимизировать любую большую нелинейность сигнала, но достаточно велика, чтобы гарантировать, что тестируемая система находится в действии. Другие амплитуды тестового сигнала могут использоваться при условии, что уровень сигнала таков, что не генерируются компоненты искажений.
В 2000 году AES выпустила информационный документ AES 6id-2000, в котором динамический диапазон определялся как «20-кратный логарифм отношения полномасштабного сигнала к среднеквадратичному уровню шума при наличии сигнала, выраженный в дБ2 полной шкалы» со следующим примечанием:
Эта спецификация иногда называется отношением сигнал/шум (SNR) при наличии сигнала. Метка SNR не должна использоваться из-за путаницы в отрасли по поводу точного определения. SNR часто используется для обозначения отношения сигнал/шум, при этом уровень шума измеряется при отсутствии сигнала. Это часто может дать оптимистичный результат из-за схем приглушения, которые приглушают шум при отсутствии сигнала.