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技术探讨 | 音频分析仪制造商Audio Precision阐述六大音频测量指标

发布日期:2017-02-28 21:16:23文章来源:点击:1492

音频分析仪制造商Audio Precision拥有30多年领先的音频测试经验,设计了最精确的音频分析仪。下面让我们来听听Audio Prescision的David Mathew详细解释六种主要音频指标的测量方法。 他本人曾获得1988年艾美奖。

我们可以用几种基本性能指标来进行音频的测试和测量,具体包括:电平、频率响应、THD+N(总谐波失真加噪声)、相位、串扰和信噪比。在我们公司(Audio Precision)大家都称它们为“六大指标”。

 

电平(Level)

我们会根据情况的不同来选择适合的电平去测量设备,你必须非常清楚自己应该使用哪种电平。它们包括:1.给定输出电平,如 1V 、1W或单位增益;2. 能产生固定失真的电平 , 如1% THD+N;3. 设备工作电平,噪声低的同时又有着合适的动态余量;4. 测试文档指定的输入或输出电平。

 我们可以用上述电平中的任何一种来做为测量的参考电平。它们可能是测量频率响应时的中频信号,也可能是测量THD+N 时的信号(在报告结果中需体现具体值)。

 被测设备的输出与输入电压的比率为设备电压增益。当增益为 2 时, 施加 2V的输入将产生4V 的输出。当增益为1时,输出电压等于输入电 压,我们称其为单位增益。一些被测设备的增益是固定的,无法调节。它们的增益可能是1或者其他值。

可以通过音量控制或其他手段(如音调控制)改变增益的设备为可变增益设备。所以当我们在设置和测量电平时,必须考虑被测设备的增益是否可变。如果是的话,需要恰当设置好所有调节的部分才能得出所需的测试结果。


频率响应(FrequencyResponse)

频率响应测量观察的是不同频 率的电平输入到被测设备后产生的 输出电平。最简单的全频段响应测量只包括两到三个频率,分别会在被测 设备可用频率范围内挑选一个极低、极高和中间的频率进行测试。如果这些频率的输入电平相同,则被测设备的输出电平代表其对这些频率的实际响应情况。

 

我们可以采用多种不同的方法进行全频段响应测量,通常是用正弦波从最低频率扫描到最高频率后将结果描绘在图表上。如果我们称一个设备的响应非常平直,那么在图表上的反映应该是所有频率的输出电平均等,轨迹线几乎无变化且斜率接近于零。

 

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频响扫描图示

 

总谐波失真加噪声(THD+N)

THD+N 表示总谐波失真加噪声( Total Harmonic Distortion plus Noise)。谐波失真是在音频信号中多出了一些额外增加的频率信号,谐波频率是原始信号的整数倍。总谐波失真是被测设备谐波的所有测量结果总和。

为什么是 THD+N 而不单独测量THD(失真)和 N(噪声)呢?原因是在有FFT之前,很难不加噪声就可以测量出自身THD的,加入噪声后就变得相对容易一些,具备了可操作性。此外,THD+N的值方便客观,从而广泛被大众接受。

THD+N会根据测量带宽的不同而发生变化,所以需要使用高通和低通滤波器来限制测量带宽,并在结果的部分标明测试时所使用的实际带宽。通常采用的带宽范围是20Hz 至 20kHz。

THD+N还会随着施加信号的电平和频率的不同而产生变化。所以 通常采用约1kHz 的中频信号以及标准工作或最大输出电平来测量设备。

 

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在最大输出电平状态下测试 THD+N 值

 

相位(Phase)

在音频行业中,相位测量指的是以参考波形为基础来测量出周期性波形(如正弦波)在一个周期内的时间偏移量。参考波形通常选用的是系统内部不同节点处的相同信号或不同通道的相关信号。设备输入/输出相位和通道间相位是两种最常见的相位测量方法。

相移会根据频率不同而变化,所以通常会用多个频率或以扫频的方式得出相位响应图。相位的单位为 “度”。

 

串扰(Crosstalk)

在通道数多于一个的音频系统中通常会发生一个通道的信号以低电平的形式泄漏到另外一个通道里的情况。这种跨通道泄漏的信号被称之为串扰,在实际设备中非常难以被消除干净。其通常表述为泄漏信号和原始信号之间的比率。

串扰主要是设备通道导体之间电容耦合的结果,并且通常表现出随频率上升而增加的特性。串扰结果通常只是单一的数字。然而,对设备进行扫频测试可以客观反映其在工作带宽内的实际串扰性能。


信噪比(Signal-to-noise ratio)

究竟多大的噪音才被称之于过 大?这取决于你的信号有多大,信噪比(SNR)正是这种设备性能的具体反映。输入信号通常为设备的标准工作电平或最大工作电平。使用最大工作电平测出来的信噪比结果也称为动态范围,因其描述了被测设备的两个极端性能数值。动态范围对于数字设备有些不同的含义。其通常用负的分贝值表示。

在传统的信噪比测量方法里,需要进行两次测量以及少许运算。 首先测量信号电平,之后关闭发生器 再反复,直到被测设备的输入为低阻抗状态以充分降低设备内部噪声,然后使用滤波器限制测量带宽,测量此时的噪声电平(即本底噪声)。 最终两者的比率就是信噪比。


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信噪比图示

以上所提到的这些基本测试方法是经常需要用到的,充分理解它们的原理有助于学到更多深入的技术, 如FFT分析,multitone测试和连续 扫频(线性调频脉冲)方法。

 

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