模擬音頻參數(shù)和測(cè)試

1、模擬音頻參數(shù)和測(cè)試1.基本單位和概念dBu以0.775V(有效值)為基準(zhǔn)電壓時(shí)的電壓電平單位。表示為：dBu=20lg(v/0.775)dBu的計(jì)算只考慮電壓電平本身，而不考慮與相應(yīng)的電功率電平之間的關(guān)系，不考慮阻抗是否為600Q。-參照GY/T192-2003dBu采用接近0的源阻抗和接近無(wú)窮大的負(fù)載阻抗！基準(zhǔn)信號(hào)的電平為0.775VRMSdBu=20log(Vx/0.775),Vx=0.775*10(Dbu/20),0.775VRMS對(duì)應(yīng)的電阻為600ohm,即1mWft600ohrniT生0.77459的電壓22U0.775P=0.001WR600注意dBu表示的是電壓值，在音頻上并不是

2、以1uV作為基準(zhǔn)電壓，而是以0.775VRMS作為基準(zhǔn)所以dBu換算出來(lái)是RMSSVrms有效值，均方根值，正弦波時(shí)，均方根值Vrms為振幅VH勺0.707倍，為峰峰值的0.707/2倍根據(jù)焦耳初次定律，當(dāng)周期電流信號(hào)逋過電阻R時(shí)，一個(gè)周期T內(nèi)電阻所消耗的能策為,717叫=£ptdt=Ri2（t）dl號(hào)通過電-r,在相同的時(shí)間t內(nèi)，讀電阻消耗的能量為】卬上=fRI2dt=Rl2T如果WJWL叩火尸丁=：用由+匕此電湎I的定義V為周期.號(hào)電霸UC）的（1效值.t.丁有效值等T周期電3W時(shí)值的甲方-f周期中的一均值的十方幫1,因此又稱為均方極值.通用大一字母，示.當(dāng)周期棺號(hào)為正，電款時(shí),

3、將2）=/cos（幽+回代人均方極值計(jì)算期K中可以用到一一小即同一母fW%=上匕=。，7。7用同理周期電壓VU）的有效值可定一為7曾正弦電次的育效值為V=0,707V.Vpp峰峰值Vpp=2*Vm=2.828VrmsdBFs（dBbelowdigitalFullScale）以滿刻度的量值為0dB,常用于各種特性曲線上；數(shù)字音頻信號(hào)測(cè)量中經(jīng)常使用到單位“dbFS'。0dbFS既是指滿刻度的數(shù)字音頻參考電平，即“數(shù)字滿刻度電平”，它是指在數(shù)字域的音頻系統(tǒng)中，A/D或D/A轉(zhuǎn)換器可能達(dá)到的“數(shù)字過載”之前的最大可編碼模擬信號(hào)電平。0dbFS為數(shù)字音頻信號(hào)最高峰的絕對(duì)值，與16bit線性編碼P

4、CM言號(hào)對(duì)應(yīng)的最高值為7FFF（16進(jìn)制），最高負(fù)值電平為8000（16進(jìn)制），十進(jìn)制數(shù)為32767。不同國(guó)家對(duì)數(shù)字設(shè)備滿度電平值OdBF斫對(duì)應(yīng)的電平模擬信號(hào)的電平值不盡相同，目前還沒有這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字碼的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，常見的是SMPTE（美國(guó)電影電視工程師學(xué)會(huì)）和EBU歐洲廣播聯(lián)盟）推薦的兩個(gè)方案。SMPTE隹薦的轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)規(guī)定為對(duì)于16bit的PCW音信號(hào)，頻率為lkHz的模擬正弦波信號(hào)的正、負(fù)峰值使A/D轉(zhuǎn)換器分別產(chǎn)生OCCDF333數(shù)字碼時(shí)的幅度為參考電平。OCC后口F333對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為3277,因20lg3277/32767=-20dBFS,所以SMPTEt薦的參考電平為-20dBFS=E

5、BU推薦的轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)規(guī)定對(duì)于l6bit的PCM聲音信號(hào)，頻率為lkHz的模擬正弦波信號(hào)的正、負(fù)峰值使A/D轉(zhuǎn)換器分別產(chǎn)生0FFF,F000數(shù)字碼時(shí)的幅度為參考電平。0FFF,F000對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為4095,因201g4095/32767-18dBFS,所以EBU隹薦的參考電平為-18dBFS。針對(duì)不同的模擬基準(zhǔn)電平，0dBFS所對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)電壓電平也不同。由于中國(guó)廣播系統(tǒng)中采用+4dBu作為音頻系統(tǒng)的校準(zhǔn)電平，所以廣播電影電視行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GY/T192規(guī)定數(shù)字設(shè)備的滿度電平值0dBFS對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)電平為24dBu,考慮到中國(guó)廣播電臺(tái)的實(shí)際情況，現(xiàn)階段允許滿度電平值0dBFS對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)電壓電

6、平+22dBu的數(shù)字設(shè)備繼續(xù)使用。測(cè)試數(shù)字電視接收產(chǎn)品的音頻輸出電平時(shí)必須對(duì)測(cè)試碼流中的音頻信號(hào)電平進(jìn)行規(guī)定。GY/T-192規(guī)定中國(guó)的數(shù)字音頻滿刻度電平0dBFS寸應(yīng)的模擬彳9號(hào)電平為+24dBu,但國(guó)際上對(duì)這個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。另外因應(yīng)用場(chǎng)合不同，各種儀器設(shè)備的數(shù)字滿引度所對(duì)應(yīng)的模擬電平也不相同。目前中國(guó)生產(chǎn)企業(yè)和測(cè)試機(jī)構(gòu)多選用國(guó)外生產(chǎn)的數(shù)字測(cè)試信號(hào)發(fā)生器，主要產(chǎn)品有美國(guó)泰克公司生產(chǎn)的MTG系列和R&然司生產(chǎn)的DVRG1。其中DVRG寸音頻信號(hào)有如下規(guī)定：0dBr=+6dBu=l.66V(DIN45406),0dBFS初刻度，16bit編碼，對(duì)應(yīng)信號(hào)峰一峰的十進(jìn)制數(shù)為655

7、36;0dBr=-6dBFS,16bit編碼，對(duì)應(yīng)信號(hào)峰一峰的十進(jìn)制數(shù)為32768(±16384)。可以看出，DVRG勺數(shù)宇滿刻度電平OdBFS對(duì)應(yīng)的模擬電平不是+24dBu,而是+l2dBu,其參考電平是-6dBFS(+6dBu)。有線數(shù)字電視系統(tǒng)用戶終端接收機(jī)入網(wǎng)技術(shù)條件和測(cè)量方法第一部分：透明傳輸電性能參數(shù)(暫行)中規(guī)定：在測(cè)量數(shù)字有線電視接收機(jī)的音頻輸出電平時(shí)應(yīng)采用-20dBFS(+4dBu)的信號(hào)，要求接收機(jī)的輸出電平不小于-8dBu。但是如果使用DVRG為信號(hào)源，其-20dBFS所對(duì)應(yīng)的不是+4dBu,而是-8dBu,如果仍采用-20dBFS的信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，會(huì)造成測(cè)試結(jié)果

8、的不正確。因此在使用數(shù)字測(cè)試信號(hào)發(fā)生器前，應(yīng)對(duì)其音頻數(shù)字滿刻度所對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)電平進(jìn)行確認(rèn)，采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的信號(hào)電平進(jìn)行測(cè)試，才能保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。dBu和dBFS是有對(duì)應(yīng)關(guān)系的FSFullScale在美國(guó)ATSCK統(tǒng)中，0dBFS被定義為相當(dāng)于模擬電平的24dBu(12.3V),在中國(guó)及歐洲D(zhuǎn)VB系統(tǒng)中，0dBFS被定義為相當(dāng)于模擬電平的22dBu(9.76V)實(shí)際DBFS實(shí)驗(yàn)室測(cè)試用碼流DBFSDBuVrmsVpp-36-24-120.1950.551-35-23-110.2180.618-34-22-100.24510.6931-33-21-90.2750.778-32-20-80.3

9、090.873-31-19-70.3460.979-30-18-60.3881.098-29-17-50.4361.232-28-16-40.4891.383-27-15-30.5491.552-26:-14-20.6161.741-25-13-10.6911.953-24-1200.7752.192-23-1110.8702.459-22-1020.9762.759-21-931.0953.096-20-841.2283.474-19-751.3783.897-18-661.5464.373-17:-571.7354.907-16-481.9475.505-15-392.1846.177-1

10、4-2102.4516.931-13-1112.7507.776-120123.0858.725-111-133.4629.790-10-143.88410.985-9-154.35812.325-81-164.89013.829-7-175.48715.516-6-186.15617.409-5-196.90719.534-4-207.75021.917-3-218.69624.591-2-229.75727.592-1-2310.94730.9590-2412.28334.736備注對(duì)于16bit采樣音頻信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍是96DBdBFS=20*log(采樣信號(hào)/11111111111111

11、11)20*log(1111111111111111/1111111111111111)=0dBFS20*log(0000000000000001/1111111111111111)=-96dBFS(換成10進(jìn)制)而24bit采樣的采樣音頻信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍144.4943974DB-10-LogIQ(Signalvoltage)2SignalR牌Ypllagi戶INoiseR>20*Logi0NoisevoltageJW*Log10NoiseR)SignalR；20LogfSignalvcjltagcANoisevoltage>ifNoiseR=SignalR音頻信噪比音頻信噪比是指

12、音響設(shè)備播放時(shí)，正常聲音信號(hào)強(qiáng)度與噪聲信號(hào)強(qiáng)度的比值。當(dāng)信噪比低，小信號(hào)輸入時(shí)噪音嚴(yán)重，在整個(gè)音域的聲音明顯變得渾濁不清，不知發(fā)的是什么音，嚴(yán)重影響音質(zhì)。信噪比的大小是用有用信號(hào)功率（或電壓）和噪聲功率（或電壓）比值的對(duì)數(shù)來(lái)表示的。這樣計(jì)算出來(lái)的單位稱為“貝爾”。實(shí)用中因?yàn)樨悹栠@個(gè)單位太大，所以用它的十分之一做計(jì)算單位，稱為“分貝”。對(duì)于便攜式DVCm說，信噪比至少應(yīng)該在70dB（分貝）以上，才可以考慮。信噪比，即SNR（SignaltoNoiseRatio）,又稱為訊噪比。狹義來(lái)講是指放大器的輸出信號(hào)的電壓與同時(shí)輸出的噪聲電壓的比，常常用分貝數(shù)表示，設(shè)備的信噪比越高表明它產(chǎn)生的雜音越少。一般

13、來(lái)說，信噪比越大，說明混在信號(hào)里的噪聲越小，聲音回放的音質(zhì)量越高，否則相反。信噪比一般不應(yīng)該低于70dB,高保真音箱的信噪比應(yīng)達(dá)到110dB以上。信噪比定義的詳細(xì)描述SNR-QLog/"叵INoisepower)信噪比的測(cè)量及計(jì)算通過計(jì)算公式我們發(fā)現(xiàn)，信噪比不是一個(gè)固定的數(shù)值，它應(yīng)該隨著輸入信號(hào)的變化而變化，如果噪聲固定的話，顯然輸入信號(hào)的幅度越高信噪比就越高。顯然，這種變化著的參數(shù)是不能用來(lái)作為一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)的，要想讓它成為一種衡量標(biāo)準(zhǔn)，就必須使它成為一個(gè)定值。于是，作為器材設(shè)備的一個(gè)參數(shù)，信噪比被定義為了“在設(shè)備最大不失真輸出功率下信號(hào)與噪聲的比率”，這樣，所有設(shè)備的信噪比指標(biāo)的測(cè)

14、量方式就被統(tǒng)一起來(lái)，大家可以在同一種測(cè)量條件下進(jìn)行比較了。信噪比通常不是直接進(jìn)行測(cè)量的，而是通過測(cè)量噪聲信號(hào)的幅度換算出來(lái)的，通常的方法是：給放大器一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，通常是0.775Vrms或2Vp-p1kHz調(diào)整放大器的放大倍數(shù)使其達(dá)到最大不失真輸出功率或幅度（失真的范圍由廠家決定，通常是10%,也有1%）,記下此時(shí)放大器的輸出幅Vs,然后撤除輸入信號(hào)，測(cè)量此時(shí)出現(xiàn)在輸出端的噪聲電壓，記為Vn,再卞g據(jù)SNR=20LG（Vn/Vs就可以計(jì)算出信噪比了。Ps和Pn分別是信號(hào)和噪聲的有效功率，根據(jù)SNR=10LGPs/Pn）也可以計(jì)算出信號(hào)比。這樣的測(cè)量方式完全可以體現(xiàn)設(shè)備的性能了。但是，實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)

15、，這種測(cè)量方式很多時(shí)候會(huì)出現(xiàn)誤差，某些信噪比測(cè)量指標(biāo)高的放大器，實(shí)際聽起來(lái)噪聲比指標(biāo)低的放大器還要大。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，這不是測(cè)量方法本身的錯(cuò)誤，而是這種測(cè)量方法沒有考慮到人的耳朵對(duì)于不同頻率的聲音敏感性是不同的，同樣多的噪聲，如果都是集中在幾百到幾千Hz,和集中在20KHz以上是完全不同的效果，后者我們可能根本就察覺不到。因此就引入了一個(gè)“權(quán)”的概念。這是一個(gè)統(tǒng)計(jì)學(xué)上的概念，它的核心思想是，在進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該將有效的、有用的數(shù)據(jù)進(jìn)行保留，而無(wú)效和無(wú)用的數(shù)據(jù)應(yīng)該盡量排除，使得統(tǒng)計(jì)結(jié)果接近最準(zhǔn)確，每個(gè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)都由一個(gè)“權(quán)”，“權(quán)”越高越有用，“權(quán)”越低就越無(wú)用,毫無(wú)用處的數(shù)據(jù)的“權(quán)”為0。于是，

16、經(jīng)過一系列測(cè)試和研究，科學(xué)家們找到了一條“通用等響度曲線”，這個(gè)曲線代表的是人耳對(duì)于不同頻率的聲音的靈敏度的差異，將這個(gè)曲線引入信噪比計(jì)算方法后，先兆比指標(biāo)就和人耳感受的結(jié)果更為接近了。噪聲中對(duì)人耳影響最大的頻段“權(quán)”最高，而人耳根本聽不到的頻段的“權(quán)”為0“這種計(jì)算方式被稱為“A計(jì)權(quán)”，已經(jīng)稱為音響行業(yè)中普遍采用的計(jì)算方式?？傊C波失真（THD信號(hào)的失真情況，通常使用THD*就是總諧波失真來(lái)表示，總諧波失真是指用信號(hào)源輸入時(shí)，輸出信號(hào)比輸入信號(hào)多出的額外諧波成分。諧波失真是由于系統(tǒng)不是完全線性造成的，它通常用百分?jǐn)?shù)來(lái)表示，也可以用dB來(lái)表示。在正常工作的情況下，輸出信號(hào)中總的諧波電壓有效值與總

17、輸出信號(hào)的電壓有效值之比。所有附加諧波電平之和稱為總諧波失真。一般說來(lái)，1KHz頻率處的總諧波失真最小，因此不少產(chǎn)品均以該頻率的失真作為它的指標(biāo)。但總諧波失真與頻率有關(guān)，必須在20-20000Hz的全音頻范圍內(nèi)測(cè)出。般我們測(cè)試時(shí)測(cè)試THD+NL。諧波失真加噪聲）左右聲道用擾在多通道的放大器中，一個(gè)通道的信號(hào)可能會(huì)以衰減或失真的形式串進(jìn)另一個(gè)通道，音頻左右聲道申擾是指當(dāng)一個(gè)聲道輸入信號(hào)的時(shí)候，在另一個(gè)聲道因?yàn)橛眠^去的干擾所產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度，稱為申擾，以dB為單位（其實(shí)是dBr）,通常以0dB單左聲道和0dB單右聲道的音源測(cè)試L聲道對(duì)R聲道的用擾(U"20log(Ur)l左右聲道相位差兩個(gè)

18、聲道輸入同一頻率的信號(hào)時(shí)，由電路延時(shí)差異造成的相位差別（電容，電感都會(huì)造成相位差），通常以1KHz為標(biāo)準(zhǔn)，所測(cè)值是個(gè)相位。單位為度或者弧度左右聲道電平差音頻左右聲道電平差，就是當(dāng)兩個(gè)聲道輸入同一幅度的信號(hào)時(shí)，輸出部分由于電路增益差異造成的輸出電平差別，以dB為單位。動(dòng)態(tài)范圍（dynamicrange）數(shù)字音頻的分辨率采樣率44.1K48K2.幾個(gè)測(cè)試指標(biāo)（幾個(gè)不同的標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試結(jié)果請(qǐng)注意單位）序號(hào)項(xiàng)目單位廣電DVB-C要求IPTV要求備注1音頻輸出電平dBu一8一8負(fù)載阻抗600測(cè)試信號(hào)為1KHZ/-20dBFs正弦波音頻信號(hào)2音頻失真度%<1.5測(cè)試信號(hào)電平為1KHZ/-8dBFs測(cè)試頻

19、率范圍為1KHZ3首頻幅頻牛寸性dB+1/-2測(cè)試信號(hào)電平為-20dBFs測(cè)試頻率范圍為60HZ-18KHZ4音頻信噪比(不加權(quán))dB>705音頻左右聲道串?dāng)_dB<-706音頻左右聲道相位差°<57音頻左右聲道電平差dB<0.5高清標(biāo)清機(jī)頂盒設(shè)備技術(shù)規(guī)范10.2音頻信號(hào)要求R/L音頻信號(hào)以復(fù)介音須(RCA)輸出信號(hào)為測(cè)試信號(hào)，符合SJ/T11331-2006數(shù)字電視接收設(shè)備接口規(guī)范第5部分：模擬音頻信號(hào)接口(1)幅頻響應(yīng)：20Hz20kHz+/-2dB(2)60Ilz18kHz+/-1dB(3)諧波失真：Wl%(4)S/N：270dB(5)左右聲道串?dāng)_；WTOdB(6)左右聲道電平差：<05dB待測(cè)項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)值測(cè)量