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/0.775dBu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600。-參照GY/T 192-2003dBu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0.775V RMS dBu=20log(Vx/0.775，Vx=0.775*10(Dbu/20，0.775V RMS對(duì)應(yīng)的電阻為600ohm,即1mW在600ohm產(chǎn)生0.77459的電壓注意dBu表示的是電壓值，在音頻上并不是以1uV作為基準(zhǔn)電壓，而是以0.775V

2、 RMS作為基準(zhǔn)所以dBu換算出來(lái)是RMS值Vrms 有效值，均方根值，正弦波時(shí)，均方根值Vrms為振幅Vm的0.707倍，為峰峰值的0.707/2倍Vpp 峰峰值Vpp=2*Vm=2.828VrmsdBFs(dB below digital Full Scale以滿(mǎn)刻度的量值為0dB，常用于各種特性曲線(xiàn)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(mǎn)刻度的數(shù)字音頻參考電平，即“數(shù)字滿(mǎn)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(guò)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(xiàn)性編碼PCM信號(hào)對(duì)應(yīng)的最高

3、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(mǎn)度電平值OdBFS所對(duì)應(yīng)的電平模擬信號(hào)的電平值不盡相同，目前還沒(méi)有這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字碼的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，常見(jiàn)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推薦的轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)規(guī)定為對(duì)于16bit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OCCD，F(xiàn)333數(shù)字碼時(shí)的幅度為參考電平。OCCD和F333對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為3277，因20lg3277/32767-20dBFS，所以SMPTE推薦的參考電平為-20dBFS。EBU推薦的轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)

4、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，F(xiàn)000數(shù)字碼時(shí)的幅度為參考電平。0FFF，F(xiàn)000對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為4095，因20lg4095/32767-18dBFS，所以EBU推薦的參考電平為-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(mǎn)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(mǎn)度電平值0dBFS對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)電壓電平+22dBu的

5、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)宇音頻滿(mǎn)刻度電平0dBFS對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)電平為+24dBu，但國(guó)際上對(duì)這個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系并沒(méi)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(mǎn)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)宇測(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&S公司生產(chǎn)的DVRG等。其中DVRG對(duì)音頻信號(hào)有如下規(guī)定:0dBr=+6dBu=l.66V(DIN45406，0dBFS=滿(mǎn)刻度，16bit編碼，對(duì)應(yīng)信號(hào)峰一峰的十進(jìn)制數(shù)為65536;0dBr=

6、- 6dBFS，16bit編碼，對(duì)應(yīng)信號(hào)峰一峰的十進(jìn)制數(shù)為32768(土16384。可以看出，DVRG的數(shù)宇滿(mǎn)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(xiàn)數(shù)字電視系統(tǒng)用戶(hù)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(xiàn)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作為信號(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)果的不正確。因此在使用數(shù)宇測(cè)試信

7、號(hào)發(fā)生器前，應(yīng)對(duì)其音頻數(shù)字滿(mǎn)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FS Full Scale在美國(guó)ATSC系統(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-36-24-12 0.195 0.551 -35-23-11 0.218 0.618 -34-22-10 0.245 0.693 -33-21-9 0.275 0.778 -32-20-8 0.30

8、9 0.873 -31-19-7 0.346 0.979 -30-18-6 0.388 1.098 -29-17-5 0.436 1.232 -28-16-4 0.489 1.383 -27-15-3 0.549 1.552 -26-14-2 0.616 1.741 -25-13-1 0.691 1.953 -24-120 0.775 2.192 -23-111 0.870 2.459 -22-102 0.976 2.759 -21-93 1.095 3.096 -20-84 1.228 3.474 -19-75 1.378 3.897 -18-66 1.546 4.373 -17-57 1.

9、735 4.907 -16-48 1.947 5.505 -15-39 2.184 6.177 -14-210 2.451 6.931 -13-111 2.750 7.776 -12012 3.085 8.725 -11-13 3.462 9.790 -10-14 3.884 10.985 -9-15 4.358 12.325 -8-16 4.890 13.829 -7-17 5.487 15.516 -6-18 6.156 17.409 -5-19 6.907 19.534 -4-20 7.750 21.917 -3-21 8.696 24.591 -2-22 9.757 27.592 -1

10、-23 10.947 30.959 0-24 12.283 34.736 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) / 1111 1111 1111 111120 * log (1111 1111 1111 1111 / 1111 1111 1111 1111 = 0 dBFS20 * log (0000 0000 0000 0001 / 1111 1111 1111 1111 = -96 dBFS(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音頻信噪比音頻信噪比是指音響設(shè)備播放時(shí)，正常聲音信號(hào)強(qiáng)度與噪聲信號(hào)

11、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(chēng)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(chēng)為“分貝”。對(duì)于便攜式DVD來(lái)說(shuō)，信噪比至少應(yīng)該在70dB（分貝）以上，才可以考慮。信噪比，即SNR（Signal to Noise Ratio），又稱(chēng)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。一般來(lái)說(shuō)，信噪比越大，說(shuō)明混在信號(hào)里的噪

12、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。信噪比的測(cè)量及計(jì)算通過(guò)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(huà)，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)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(guò)測(cè)量噪聲信號(hào)的幅

13、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，再根據(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=10LG（Ps/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)，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(tīng)起來(lái)噪聲比指標(biāo)低的放大器還要大。經(jīng)過(guò)研究發(fā)

14、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(méi)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(jué)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，經(jīng)過(guò)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(xiàn)”，這個(gè)曲線(xiàn)代表的是人耳對(duì)于不同頻率的聲音的靈敏度的差異

15、，將這個(gè)曲線(xiàn)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(tīng)不到的頻段的“權(quán)”為0。這種計(jì)算方式被稱(chēng)為“A計(jì)權(quán)”，已經(jīng)稱(chēng)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也就是總諧波失真來(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(xiàn)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輸出信號(hào)的電壓有效值之比。所有附加諧波電平之和稱(chēng)為總諧波失真。一般說(shuō)來(lái)，1KHz頻率處的總諧波失真最小，因此不

16、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。一般我們測(cè)試時(shí)測(cè)試THD+N(總諧波失真加噪聲左右聲道串?dāng)_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，音頻左右聲道串?dāng)_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)榇^(guò)去的干擾所產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度，稱(chēng)為串?dāng)_，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聲道的串?dāng)_左右聲道相位差兩個(gè)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

17、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（dynamic range）數(shù)字音頻的分辨率采樣率44.1K 48K2. 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dBu88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)試頻率范圍為1KHZ3音頻幅頻特性dB1/-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)）dB705音頻左右聲道串

18、擾dB706音頻左右聲道相位差°57音頻左右聲道電平差dB0.5高清標(biāo)清機(jī)頂盒設(shè)備技術(shù)規(guī)范、待測(cè)項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)值測(cè)量值（1臺(tái)樣機(jī)）1音頻輸出電平RMS (VL2.0±0.12.071VR2.0±0.12.081V2音頻幅度響應(yīng) (dB L20Hz-20KHz±2-3-+0.6（20Hz-20KHz）40Hz-18KHz±1-1-+0.6（40Hz-18KHz）R20Hz-20KHz±2-3-+0.6（20Hz-20KHz）40Hz-18KHz±1-1-+0.6（40Hz-18KHz）3諧波失真+噪聲（dB）L-65-60dB（0.09%）R-65-60dB（0.09%）4信噪比 (dBL7063dBR7063dB5左右聲道串?dāng)_ (dB-7063dBr(57dBV6左右聲道電平差 (dB0.50.0137左右聲道相位差 (deg&l