Введение

Стандарт измерения шума ITU R 468 (первоначально определенный в рекомендации CCIR 468-4, поэтому ранее также известный как взвешивание по CCIR; иногда называемый CCIR 1k) — это стандарт, относящийся к измерению шума, широко используемый при измерении шума в аудиосистемах. Стандарт, теперь называемый ITU R BS.468-4, определяет кривую фильтра взвешивания, а также квазипиковый выпрямитель, обладающий специальными характеристиками, определенными посредством специальных испытаний тональными сигналами. В настоящее время он поддерживается Международным союзом электросвязи, который принял его от CCIR. Он особенно широко используется в Великобритании, Европе и бывших странах Британской империи, таких как Австралия и Южная Африка. Он менее известен в США, где исторически использовалось A-взвешивание. M-взвешивание — это тесно связанный фильтр, представляющий собой сдвинутую версию той же кривой, но без квазипикового детектора.

Пояснение

Кривая взвешивания A была основана на 40-фоновом контуре равной громкости, впервые полученном Флетчером и Мунсоном (1933). Первоначально включенная в стандарт ANSI для шумомеров, взвешивание A предназначалось для измерения воспринимаемой громкости звуков по отдельности. Оно изначально не предназначалось для измерения более случайного (близкого к белому или розовому) шума в электронном оборудовании, хотя большинство производителей микрофонов используют его для этой цели с 1970-х годов. Человеческое ухо по-разному реагирует на щелчки и импульсы случайного шума, и именно это различие привело к созданию кривой взвешивания CCIR 468 (в настоящее время поддерживаемой как стандарт ITU), которая, наряду с квазипиковым измерением (в отличие от среднеквадратичного измерения, используемого при взвешивании A), получила широкое распространение среди радиовещателей в Великобритании, Европе и странах бывшего Британского Содружества, где инженеры находились под сильным влиянием методик тестирования BBC. Телефонные компании по всему миру также использовали методы, аналогичные взвешиванию ITU R 468 с квазипиковым измерением, для описания нежелательных помех, возникающих в одной телефонной цепи из-за переходных процессов при переключении в другой цепи.

Первоначальные исследования

Развитие в 1960-х годах, в частности распространение FM-вещания и разработка компактной аудиокассеты с шумоподавлением Dolby B, заставили инженеров осознать необходимость в кривой взвешивания, которая давала бы субъективно значимые результаты при измерении типичного случайного шума, ограничивающего производительность вещательных цепей, оборудования и радиосистем. Существующие методы взвешивания не обеспечивали согласованных результатов, особенно при FM-вещании и записи на компакт-кассетах, где предварительное усиление высоких частот приводило к завышенным показаниям шума, не соответствующим субъективному восприятию. Первые попытки создать более точную кривую взвешивания привели к стандарту DIN, который некоторое время использовался для измерений европейской Hi-Fi аппаратуры. Эксперименты, проведенные на BBC, привели к публикации отчета исследовательского отдела BBC EL 17 «Оценка шума в звуковых схемах», в котором описывались эксперименты с большим количеством испытуемых, использовавшие различные типы шума – от щелчков до тональных импульсов и розового шума. Испытуемым предлагалось сравнивать эти шумы с тоном частотой 1 кГц, а полученные оценки сопоставлялись с измеренными уровнями шума, используя различные комбинации весовых фильтров и квазипиковых детекторов, существовавших на тот момент (например, те, что определены в устаревшем немецком стандарте DIN). Это привело к созданию стандарта CCIR 468, который определил новую кривую взвешивания и квазипиковый выпрямитель. Истоки современной кривой взвешивания ITU R 468 можно проследить до 1956 года. В отчете BBC EL 17 1968 года рассматриваются несколько кривых взвешивания, включая одну, обозначенную как D. P. B., которая была признана превосходящей альтернативные варианты: A. S. A., C. C. I. F. и O. I. R. T. График кривой DPB в отчете идентичен графику кривой ITU R 468, за исключением того, что последняя простирается на немного более широкий диапазон низких и высоких частот. В отчете BBC указывается, что эта кривая была представлена в «материалах D. B. P. (Телефонной администрации Федеративной Республики Германия) в Красной книге, том 1, 1957 года, посвященной первому пленарному заседанию CCITT (Женева, 1956 год)». D. B. P. – это Deutsche Bundespost, немецкая почтовая служба, предоставляющая телефонную связь в Германии, как GPO в Великобритании. В отчете BBC говорится, что «характеристика основана на субъективных тестах, описанных Белгером», и ссылается на статью 1953 года Э. Белгера. Компания Dolby Laboratories приняла новую кривую взвешивания CCIR 468 для измерения шума в своих системах шумоподавления, как в кинотеатрах (Dolby A), так и на кассетных магнитофонах (Dolby B), где другие методы измерения не позволяли выявить преимущества такого шумоподавления. Некоторые авторы Hi-Fi журналов с энтузиазмом восприняли взвешивание по CCIR 468, отметив, что оно отражает приблизительное улучшение на 10 дБ в отношении шума, субъективно воспринимаемое при записи на кассетах с использованием Dolby B, в то время как другие методы могли указывать на фактительное ухудшение в некоторых случаях, поскольку недостаточно ослабляли шум выше 10 кГц.

Стандарты

Рекомендация CCIR 468 1 была опубликована вскоре после этого доклада и, по-видимому, основана на работе BBC. Последующие версии до CCIR 468 4 отличались лишь незначительными изменениями допустимых отклонений. Этот стандарт был затем включен во многие другие национальные и международные стандарты (IEC, BSI, JIS, ITU) и широко принят в качестве стандартного метода измерения шума в радиовещании, профессиональной аудиоаппаратуре и спецификациях Hi-Fi на протяжении 1970-х годов. Когда CCIR прекратил свое существование, стандарт был официально принят ITU-R (Международный союз электросвязи). Текущая работа над этим стандартом в основном ведется в рамках поддержки IEC 60268, международного стандарта для звуковых систем. Кривая CCIR значительно отличается от A-взвешивания в диапазоне от 5 до 8 кГц, где она достигает пика в +12,2 дБ при 6,3 кГц – области, в которой мы особенно чувствительны к шуму. Хотя утверждалось (неверно), что разница обусловлена необходимостью оценки маскирующего эффекта шума в присутствии полезного сигнала, а не только его громкости, отчет BBC четко показывает, что это не было основой экспериментов. Истинная причина различия, вероятно, связана с тем, как наши уши анализируют звуки с точки зрения спектрального состава вдоль улитки. Улитка ведет себя как набор близко расположенных фильтров с примерно постоянным коэффициентом добротности Q, то есть полосой пропускания, пропорциональной их центральной частоте. Следовательно, высокочастотные волосковые клетки будут чувствительны к большей доле общей энергии в шуме, чем низкочастотные волосковые клетки. Хотя реакция волосковых клеток не является строго постоянной по Q, и ситуация усложняется тем, как мозг интегрирует сигналы от соседних волосковых клеток, результирующий эффект приблизительно соответствует наклону, центрированному на 1 кГц, наложенному на A-взвешивание. В зависимости от спектрального состава, 468-взвешенные измерения шума обычно на 11 дБ выше, чем A-взвешенные, и это, вероятно, является фактором в недавней тенденции отказа от 468-взвешивания в спецификациях оборудования, поскольку использование кассетных магнитофонов сокращается. Важно понимать, что спецификация 468 охватывает как взвешенные, так и "невзвешенные" измерения (с использованием полосового фильтра 22 Гц – 22 кГц с наклоном 18 дБ/октава) и что оба метода используют специальный квазипиковый выпрямитель со тщательно разработанной динамикой (A-взвешивание использует RMS-детектирование без какой-либо конкретной причины). Вместо простого "времени интегрирования" этот детектор требует реализации с помощью двух последовательно соединенных "пиковых следователей", каждый из которых имеет различные постоянные времени нарастания, тщательно подобранные для контроля реакции на одиночные и повторяющиеся тональные всплески различной длительности. Это гарантирует, что измерения импульсного шума должным образом учитывают нашу пониженную чувствительность слуха к коротким всплескам. Это квазипиковое измерение также называется псофометрическим взвешиванием. Оно было особенно важно, поскольку внешние трансляции осуществлялись по "музыкальным каналам", использовавшим телефонные линии, с щелчками от электромеханических телефонных станций Strowger и других. В настоящее время оно приобретает новую актуальность при измерении шума на компьютерных "звуковых картах", которые часто страдают от щелчков при запуске и остановке накопителей.

Современное использование 468-го значения

Взвешивание 468 также используется при измерении взвешенных искажений на частоте 1 кГц. Взвешивание остатка искажений после удаления основной частоты подчеркивает высшие гармоники, но только до примерно 10 кГц, где чувствительность слуха снижается. Это приводит к единому измерению (иногда называемому измерением остаточных искажений), которое, как утверждается, хорошо коррелирует с субъективным восприятием, даже для усилителей мощности, где перекрестные искажения заметны сильнее, чем показывают обычные измерения THD (общего гармонического искажения). Взвешивание 468 по-прежнему требуется BBC и многими другими вещательными компаниями, поскольку растет осведомленность о его существовании и о том, что оно более эффективно при измерении случайного шума, в котором отсутствуют чистые тоны. Часто приводятся значения, взвешенные по схемам A и 468, для оценки шума, особенно в спецификациях микрофонов. Хотя эта схема не предназначена для таких целей, кривая 468 также использовалась (со смещением, чтобы установить точку 0 дБ на 2 кГц вместо 1 кГц) в качестве "M-взвешивания" в стандартах, таких как ISO 21727, предназначенных для оценки громкости или раздражающего эффекта кинозвуковых дорожек. В этом применении кривая взвешивания не использует квазипиковый детектор, указанный в стандарте ITU.

Резюме спецификации

Примечание: это не окончательный, полный стандарт.