Аудио жабдықтың сапасын бағалау және шуды өлшеу әдістері
Audio noise measurement
Дыбыс жабдықтарының сапасын бағалау: шуды өлшеу, түрлері (гул, сызылу, ызылдау) және оны азайту жолдары. Тіркеу студиялары, үйдегі аудио жүйелер үшін маңызды.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Аудио жабдықтардың сапасын бағалау
Audio equipment quality assessment
Аудио шуын өлшеу – жаздыру студияларында, хабар тарату техникасында және үйде жоғары сапалы дыбыс жүйелерінде қолданылатын сияқты аудио жабдықтардың сапасын бағалау мақсатымен жүргізілетін процесс. Аудио жабдықтарындағы шу – аудио шығысына араласатын әлсіз шыбырлау немесе гул. Жазылған сигнал кейіннен өтетін кез келген құрал белгілі бір деңгейде электрондық шу қосады. Осы және басқа шуларды жою процесі шуды азайту деп аталады.
Audio noise measurement is a process carried out to assess the quality of audio equipment, such as the kind used in recording studios, broadcast engineering, and in home high fidelity. In audio equipment noise is a low level hiss or buzz that intrudes on audio output. Every piece of equipment which the recorded signal subsequently passes through will add a certain amount of electronic noise the process of removing this and other noises is called noise reduction.
Шудың шығу тегі салмақтауға қажеттілік
Микрофондар, күшейткіштер және жазу жүйелері олар арқылы өтетін сигналдарға белгілі бір электрондық шуды қосады, бұл шуыл, гул немесе сызылу түрінде көрінеді. Барлық ғимараттарда және олардың маңында электр желісінен таралатын магниттік және электростатикалық өрістердің төмен деңгейі болады, олар сигнал жолдарында 50 Гц немесе 60 Гц (елдің электрмен жабдықтау стандартына қарай) және одан төменгі гармоникаларды тудыруы мүмкін. Экраналған кабельдер мұны болдырмауға көмектеседі, ал ұзақ байланыстар жиі қолданылатын кәсіби жабдықтарда теңдестірілген сигнал қосылыстары (көбінесе XLR немесе телефондық ұңғыштар) пайдаланылады. Сызылу – бұл кездейсоқ сигналдардың нәтижесі, көбінесе транзисторлар мен басқа электрондық компоненттердегі электрондардың кездейсоқ қозғалысынан немесе аналогтық магниттік таспадағы оксид бөлшектерінің тегіс емес таралуынан туындайды. Ол көбінесе жоғары жиіліктерде естіледі, бу немесе қысылған ауа сияқты дыбыстайды. Аудио жабдықтағы шуды RMS кернеуі ретінде қарапайым деңгей өлшегіш немесе вольтметр арқылы өлшеу пайдалы нәтиже бермейді; арнайы шу өлшеу құралы қажет. Өйткені шу энергияны жиіліктер мен деңгейлердің кең диапазонында таратады, және шудың әртүрлі көздері әртүрлі спектрлік құрамына ие. Әртүрлі жүйелерді әділ салыстыру үшін, өлшемдер біз дыбыстарды қабылдайтын тәсілге сәйкес жауап беретін өлшеу құралын пайдалану арқылы жасалуы керек. Осыдан үш талап туындайды. Біріншіден, тіпті ең жақсы есту қабілетіне ие адамдар ести алмайтын жиіліктер жолақты шектеу арқылы (әдетте 22 Гц-тан 22 кГц-қа дейін) сүзіліп, ескерілмеуі керек. Екіншіден, өлшеу құралы біздің құлақтарымыз сияқты шудың әртүрлі жиілік компоненттеріне әртүрлі салмақ беруі керек, бұл процеске салмақтау деп аталады. Үшіншіден, өзгермелі шу сигналын тұрақты оң деңгейге түрлендіретін түзеткіш немесе детектор, біздің құлақтарымыз сияқты қысқа импульстарға толық жауап беру үшін уақыт керек; оның дұрыс динамикасы болуы керек. Сондықтан шуды дұрыс өлшеу үшін, анықталған өлшеу жолағының ені, салмақтау қисығы және түзеткіш динамикасы бар белгілі бір әдіс қолдану қажет. Қазіргі стандарттармен анықталған екі негізгі әдіс – А салмағы және ITU R 468 (бұрын CCIR салмағы деп аталған).
Microphones, amplifiers and recording systems all add some electronic noise to the signals passing through them, generally described as hum, buzz or hiss. All buildings have low level magnetic and electrostatic fields in and around them emanating from mains supply wiring, and these can induce hum into signal paths, typically 50 Hz or 60 Hz (depending on the country's electrical supply standard) and lower harmonics. Shielded cables help to prevent this, and on professional equipment where longer interconnections are common, balanced signal connections (most often with XLR or phone connectors) are usually employed. Hiss is the result of random signals, often arising from the random motion of electrons in transistors and other electronic components, or the random distribution of oxide particles on analog magnetic tape. It is predominantly heard at high frequencies, sounding like steam or compressed air. Attempts to measure noise in audio equipment as RMS voltage, using a simple level meter or voltmeter, do not produce useful results; a special noise measuring instrument is required. This is because noise contains energy spread over a wide range of frequencies and levels, and different sources of noise have different spectral content. For measurements to allow fair comparison of different systems they must be made using a measuring instrument that responds in a way that corresponds to how we hear sounds. From this, three requirements follow. Firstly, it is important that frequencies above or below those that can be heard by even the best ears are filtered out and ignored by bandwidth limiting (usually 22 Hz to 22 kHz). Secondly, the measuring instrument should give varying emphasis to different frequency components of the noise in the same way that our ears do, a process referred to as weighting. Thirdly, the rectifier or detector that is used to convert the varying alternating noise signal into a steady positive representation of level should take time to respond fully to brief peaks to the same extent that our ears do; it should have the correct dynamics. The proper measurement of noise, therefore, requires the use of a specified method, with defined measurement bandwidth and weighting curve, and rectifier dynamics. The two main methods defined by current standards are A weighting and ITU R 468 (formerly known as CCIR weighting).
А-тегізу
Таңдауда тең дыбыс деңгейлеріне негіделген салмақты қисық қолданылады, ол біздің таза тонға есту сезімталдығымызды көрсетеді, бірақ мұндай деңгейлер шу компоненттері үшін дұрыс деген болжамның қате екені анықталды. А салмақты қисығының ең жоғарғы нүктесі 2 кГц шамасында 2 дБ-қа жетеді, бірақ шуға қатысты сезімталдығымыз 6 кГц-те шамамен 12,2 дБ-ға дейін артады.
A weighting uses a weighting curve based on equal loudness contours that describe our hearing sensitivity to pure tones, but it turns out that the assumption that such contours would be valid for noise components was wrong. While the A weighting curve peaks by about 2 dB around 2 kHz, it turns out that our sensitivity to noise peaks by some 12.2 dB at 6 kHz.
ITU-R 468 салмақтауы
1960 жылдардың соңында тұтынушылық жабдықтарды бағалауда өлшемдер қолданыла бастағанда, олардың әрқашан естілген нәрсемен сәйкес келмейтіні анық болды. Атап айтқанда, кассеталық диктофондарда Dolby B шуды азайту технологиясын енгізу олардың дыбысын 10,2 дБ-ға дейін азайтып, шуды төмендеткені байқалды, бірақ өлшемдер 10,2 дБ-ға жақсарғанын көрсетпеді. Содан кейін, қатаң салмақ сүзгісі және неміс DIN2 45500 Hi Fi стандартының бөлігі ретінде анықталған квази-пик түзеткіші сияқты жаңа әдістер әзірленді. Бұл стандарт, қазір қолданылмайды, жоғары сапалы дыбыс берудің барлық аспектілері үшін ең төменгі талаптарды белгілеуге бағытталған. FM радионың пайда болуы, ол да негізінен жоғары жиілікті шуды тудырады, А салмағының жеткіліксіздігін көрсетті, ал BBC зерттеу бөлімі әртүрлі салмақ сүзгілері мен түзеткіштердің қайсысы тыңдаушылар тобының пікірімен ең сәйкес келетін нәтижелерді беретінін анықтау үшін зерттеу жобасын жүргізді. BBC зерттеу бөлімінің EL 17 есебі CCIR 468 ұсынысының негізін құрады, ол жаңа салмақ қисығы мен квази-пик түзеткішін анықтады. Бұл бүкіл әлемдегі хабар таратушылар үшін стандартқа айналды және Dolby компаниясы да оны өз шуды азайту жүйелерінде қолданды, бұл жүйелер киноиндустриясында, жазу студияларында және үйлерде стандартқа айналды. Олар біз еститін нәрсені нақты бейнелейтін болғамен, ITU R 468 шу салмағы әдетте A салмағынан 112 дБ-ға нашар нәтижелерді береді, бұл факт маркетингтік бөлімдердің наразылығын тудырды, олар өз өнімдерінің сипаттамаларын бұрынғыдан нашар көрсетуге құлықсыз еді. Dolby бұл мәселені шешу үшін өздерінің CCIR Dolby деп аталатын нұсқасын ұсынды, ол нәтижеге 62 дБ-ға түзету енгізді (және арзан орташа есептеу түзеткішін пайдаланды), бірақ бұл жағдайды одан әрі шатастырды және CCIR тарапынан мақұлданбады. CCIR таратылғаннан кейін, 468 стандарты қазір Халықаралық телекоммуникация одағы (ITU) тарапынан ITU R 468 ретінде сақталады және көптеген ұлттық және халықаралық стандарттардың құрамына кіреді, әсіресе IEC (Халықаралық электротехникалық комиссия) және BSI (Британдық стандарттар институты). Бұл шуды өлшеудің әділ салыстыруға мүмкіндік беретін жалғыз жолы; бірақ, кемшіліктері бар A салмағы жақында тұтынушылық сегментте қайтадан қолданысқа түсті, себебі маркетингтік бөлімдер үшін оның нәтижелері көбірек әсерлі болып көрінеді.
When measurements started to be used in reviews of consumer equipment in the late 1960s, it became apparent that they did not always correlate with what was heard. In particular, the introduction of Dolby B noise reduction on cassette recorders was found to make them sound a full 10.2 dB less noisy, yet they did not measure 10.2 dB better. Various new methods were then devised, including one which used a harsher weighting filter and a quasi peak rectifier, defined as part of the German DIN2 45500 Hi Fi standard. This standard, no longer in use, attempted to lay down minimum performance requirements in all areas for High Fidelity reproduction. The introduction of FM radio, which also generates predominantly high frequency hiss, also showed up the unsatisfactory nature of A weighting, and the BBC Research Department undertook a research project to determine which of several weighting filter and rectifier characteristics gave results that were most in line with the judgment of a panel of listeners, using a wide variety of different types of noise. BBC Research Department Report EL 17 formed the basis of what became known as CCIR recommendation 468, which specified both a new weighting curve and a quasi peak rectifier. This became the standard of choice for broadcasters worldwide, and it was also adopted by Dolby, for measurements on its noise reduction systems which were rapidly becoming the standard in cinema sound, as well as in recording studios and the home. Though they represent what we truly hear, ITU R 468 noise weighting gives figures that are typically some 112 dB worse than A weighted, a fact that brought resistance from marketing departments reluctant to put worse specifications on their equipment than the public had been used to. Dolby tried to get around this by introducing a version of their own called CCIR Dolby which incorporated a 62 dB shift into the result (and a cheaper average reading rectifier), but this only confused matters, and was very much disapproved of by the CCIR. With the demise of the CCIR, the 468 standard is now maintained as ITU R 468, by the International Telecommunication Union, and forms part of many national and international standards, in particular by the IEC (International Electrotechnical Commission), and the BSI (British Standards Institute). It is the only way to measure noise that allows fair comparisons; and yet the flawed A weighting has made a comeback in the consumer field recently, for the simple reason that it gives the lower figures that are considered more impressive by marketing departments.
Сигнал-шыбырлық қатынасы және динамикалық ауқым
Аудио жабдықтарының техникалық сипаттамаларында сигнал-шу қатынасы және динамикалық диапазон терминдері жиі кездеседі, екеуінің де бірнеше анықтамасы бар, және кейде олар синоним ретінде қарастырылады. Дәл мағынасы өлшеумен бірге нақты көрсетілуі керек.
Audio equipment specifications tend to include the terms signal to noise ratio and dynamic range, both of which have multiple definitions, sometimes treated as synonyms. The exact meaning must be specified along with the measurement.
Аналогты
Динамикалық диапазон бұрын максималды деңгей мен шу деңгейінің арасындағы айырмашылықты білдірген, ал максималды деңгей THD+N көрсетілген кесу сигналы ретінде анықталған. Аталған терминнің мағынасы CD ойнатқыштардың динамикалық диапазонына қатысты, дитерсіз бос жазбадағы шу деңгейін білдіретін түсінікпен бұрмаланған (яғни, шығыстағы тек аналогтық шу мазмұны). Бұл аса пайдалы емес, әсіресе көптеген CD ойнатқыштарда сигнал болмаған жағдайда автоматты түрде дыбысты өшіру функциясы бар. 1990 жылдардың басынан бері Джулиан Данн сияқты авторлар динамикалық диапазонды төмен деңгейдегі сынақ сигналының болуымен өлшеуді ұсынды. Осылайша, сынақ сигналы немесе бұрмалау тудырған кез келген қосымша сигналдар сигнал-шу қатынасын нашарлатпайды. Бұл сонымен қатар автоматты өшіру схемаларына қатысты алаңдаушылықтарды да шешеді.
Dynamic range used to mean the difference between maximum level and noise level, with maximum level defined as a clipping signal with a specified THD+N. The term has become corrupted by a tendency to refer to the dynamic range of CD players as meaning the noise level on a blank recording with no dither, (in other words, just the analog noise content at the output). This is not particularly useful; especially since many CD players incorporate automatic muting in the absence of signal. Since the early 1990s various writers such as Julian Dunn have suggested that dynamic range be measured in the presence of a low level test signal. Thus, any spurious signals caused by the test signal or distortion will not degrade the signal to noise ratio. This also addresses concerns about muting circuits.