声信号指示(一)

Przemeknab

本文讨论的声信号主要是指语言和音乐信号，它们是一种瞬时变化的随机信号，是一种波形很复杂的信号。根据傅里叶分析，任何复杂信号都可以用一系列的简谐信号来表示（这也是现代频谱分析技术的基础），因此常用测量设备的指示装置都是针对简谐信号而设计的。描述简谐信号大小的物理量有：峰值、有效值和平均值。这些量都有非常明确的物理意义。

1 表示简谐信号的物理量
  峰值(Up)表示某一时间间隔内信号的最大瞬时值；

有效值(Urms)是指某一时间间隔内信号的瞬时值的平方平均值的平方根值，表示信号所具有的能量；

平均值(Uavg)是指信号瞬时绝对值的平均值。

对于简谐信号这三个量之间的关系是：

如果设Up = 1，则Urms= 0.707，Uavg= 0.637。如果用分贝来表示，以Up为参考，则有效值比峰值下降3dB，平均值比峰值下降3.9dB，比有效值下降0.9dB。如图1所示。



图1 简谐信号三个量的关系

这三种物理量中最常用的是有效值，例如，测量放大器的表头、万用表上的电压指示以及电度表等指示的都是信号的有效值。
2 复杂声信号的表示方法
       然而，用表示简谐信号的物理量来表征音频工程中的语言或音乐信号则不行，因为语言或音乐信号的波形很复杂。通常情况下，我们并不一定要知道语言或音乐信号的能量大小，却更关心信号在传输过程中是否失真。取一段语言或音乐信号进行观察，会发现有很多能量很小但峰值很高的尖峰，这不同于简谐信号。为了表示此类信号波形的特征，引入了一个物理量——峰值因子，即信号的峰值与有效值之比。对于简谐信号，其峰值因子为1.4，而语言信号的峰值因子一般为3～5，音乐信号的峰值因子更高，可高达10以上。
如果用有效值表来指示语言或音乐信号的大小，则只能了解信号的能量大小，而不知道信号的峰值情况。信号在有效值表上指示为最大值时，信号的峰值可能早就被削掉了。信号的峰值的能量虽然很小，但对音质的影响却至关重要。人耳对瞬时变化的峰值是通过一定的日寸间平均来反映的，并不敏感。但是，如果尖峰被削波，则会出现很多原来信号中没有的高频成分，这就是失真。人耳对失真极为敏感。所以，音频工程中不能用有效值来指示声信号的大小。为此，提出了两个新的物理量：准峰值和准平均值。这两个量完全是因音频工程的需要而提出的，它不像峰值、有效值和平均值等有明确的物理意义，是一个相对量。

2.1准峰值

准峰值，是用与声音信号有相同峰值的稳态简谐信号的有效值表示的值。假如有一个音乐信号波形如图2所示，它有很多很尖很高的峰，假设有一个简谐信号的峰值与被测的音乐信号的峰值一样高，就可以用此简谐信号的有效值表示该音乐信号的准峰值。对于简谐信号来讲，准峰值就是有效值；对于复杂的声信号，则知道其准峰值，就可以准确地知道其峰值的大小，即比准峰值大3dB。这对节目信号的控制非常有利，可以有效地防止电声设备对节目信号的削波。指示准峰值的表头称为峰值节目电平表，又称为PPM表。



图2 准峰值示意图

2.2 准平均值
       准平均值，是用与声信号有相同平均值的稳态简谐信号的有效值表示的值。对于简谐信号，准平均值就是有效值；对于复杂的声音信号，其平均值与声信号的响度相对应，所以指示准平均值的表头称为标准音量表，又称为vu表。

xiaoquan

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