Оценка качества звукового оборудования и измерение шумов.

Введение

Оценка качества аудиооборудования

Измерение аудиошума – это процесс, выполняемый для оценки качества аудиооборудования, используемого, например, в студиях звукозаписи, системах радиовещания и в высококачественных домашних аудиосистемах. В аудиооборудовании шум проявляется как тихий шипящий или гудящий фон, накладывающийся на аудиосигнал. Любое устройство, через которое проходит записанный сигнал, вносит определенное количество электронного шума, а процесс уменьшения этого и других видов шума называется шумоподавлением.

Источники шума необходимость в установлении веса

Микрофоны, усилители и системы записи добавляют некоторый электронный шум к сигналам, проходящим через них, который обычно описывается как гул, жужжание или шипение. Все здания имеют низкоуровневые магнитные и электростатические поля внутри и вокруг них, исходящие от проводки электропитания, и эти поля могут наводить гул в сигнальные пути, обычно 50 Гц или 60 Гц (в зависимости от стандарта электроснабжения страны) и более низкие гармоники. Экранированные кабели помогают предотвратить это, а в профессиональном оборудовании, где распространены более длинные соединения, обычно используются симметричные сигнальные соединения (чаще всего с разъемами XLR или джеками). Шипение – это результат случайных сигналов, часто возникающих из-за случайного движения электронов в транзисторах и других электронных компонентах или случайного распределения частиц оксида на аналоговой магнитной ленте. Оно преимущественно слышно на высоких частотах, как звук пара или сжатого воздуха. Попытки измерить шум в аудиооборудовании как среднеквадратичное (RMS) 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 в широком диапазоне частот и уровней, и различные источники шума имеют разный спектральный состав. Для того чтобы измерения позволяли корректно сравнивать различные системы, они должны выполняться с использованием измерительного прибора, который реагирует так, как мы воспринимаем звуки. Отсюда вытекают три требования. Во-первых, важно, чтобы частоты выше или ниже тех, которые может услышать даже самый чуткий слух, отфильтровывались и игнорировались путем ограничения полосы пропускания (обычно от 22 Гц до 22 кГц). Во-вторых, измерительный прибор должен придавать разный вес различным частотным компонентам шума, подобно тому, как это делают наши уши – этот процесс называется взвешиванием. В-третьих, выпрямитель или детектор, используемый для преобразования переменного сигнала шума в устойчивое положительное представление уровня, должен реагировать на кратковременные пики так же, как наши уши; он должен иметь соответствующую динамику. Таким образом, для правильного измерения шума требуется использование определенного метода с заданным диапазоном измерений, кривой взвешивания и динамикой выпрямителя. Два основных метода, определенных действующими стандартами, – это A-взвешивание и ITU R 468 (ранее известное как CCIR-взвешивание).

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-ветовые значения

Взвешивание использует кривую взвешивания, основанную на равных громкостях, описывающих чувствительность нашего слуха к чистым тонам, но оказалось, что предположение о применимости этих контуров к компонентам шума было неверным. В то время как кривая взвешивания A достигает максимума примерно в 2 дБ около 2 кГц, наша чувствительность к шуму, как выяснилось, достигает максимума примерно в 12,2 дБ при 6 кГц.

Взвешивание по МСЭ-R 468

Когда в конце 1960-х годов измерения стали применяться при обзорах потребительского оборудования, стало очевидно, что они не всегда соответствуют тому, что слышит человек. В частности, внедрение шумоподавления Dolby B на кассетных магнитофонах позволяло им казаться на 10,2 дБ менее шумными, однако при измерениях улучшения не наблюдалось. Впоследствии были разработаны различные новые методы, включая один с более строгим весовым фильтром и квазипиковым выпрямителем, определённым в немецком стандарте DIN 2 45500 Hi Fi. Этот стандарт, который больше не используется, пытался установить минимальные требования к производительности во всех аспектах высококачественного воспроизведения. Появление FM-радио, которое также генерирует преимущественно высокочастотный шум, также выявило недостатки А-взвешивания, и исследовательский отдел BBC приступил к проекту по определению того, какие характеристики весового фильтра и выпрямителя дают результаты, наиболее соответствующие оценкам группы слушателей при использовании различных типов шума. Отчёт исследовательского отдела BBC EL 17 послужил основой для рекомендации CCIR 468, которая определяла новую кривую взвешивания и квазипиковый выпрямитель. Этот стандарт стал предпочтительным для вещательных компаний по всему миру и был принят Dolby для измерений своих систем шумоподавления, которые быстро стали стандартом в кинозвуке, а также в студиях звукозаписи и домашних условиях. Хотя они отражают то, что мы действительно слышим, взвешивание шума по ITU R 468 даёт значения, которые обычно примерно на 112 дБ выше, чем при А-взвешивании, что вызвало сопротивление со стороны маркетинговых отделов, не желающих указывать в спецификациях оборудования более высокие показатели, чем те, к которым привыкли потребители. Dolby попыталась обойти это, представив собственную версию под названием CCIR Dolby, которая включала сдвиг на 62 дБ в результат (и более дешёвый выпрямитель со средним значением), но это лишь внесло путаницу и не было одобрено CCIR. После упразднения 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 (Британского института стандартов). Это единственный способ измерения шума, позволяющий проводить объективные сравнения; однако ошибочное А-взвешивание в последнее время вновь стало популярным в потребительской сфере, поскольку оно даёт более низкие значения, которые маркетинговые отделы считают более впечатляющими.

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.

Соотношение сигнал/шум и динамический диапазон

Спецификации аудиооборудования обычно включают термины «отношение сигнал/шум» и «динамический диапазон», оба из которых имеют несколько определений и иногда рассматриваются как синонимы. Точное значение должно быть указано вместе с методом измерения.

Аналогичные

Динамический диапазон изначально означал разницу между максимальным уровнем и уровнем шума, при этом максимальный уровень определялся как сигнал, достигающий клиппинга с заданным THD+N. Однако термин был искажен из-за тенденции определять динамический диапазон CD-плееров как уровень шума на пустой записи без добавления дитера (то есть, исключительно аналоговый шум на выходе). Это не очень полезно, особенно учитывая, что многие CD-плееры оснащены автоматическим отключением звука при отсутствии сигнала. Начиная с начала 1990-х годов, такие авторы, как Джулиан Данн, предлагали измерять динамический диапазон в присутствии тестового сигнала низкого уровня. Это позволяет избежать влияния на отношение сигнал/шум ложных сигналов, вызванных тестовым сигналом или искажениями, а также решает проблему, связанную с цепями отключения звука.