音频测量基础—噪声测量

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音频测量基础—噪声测量

一、噪声

定义：“噪声”一词是指任何不想要的信号，包括AC电源哼声，来自CRT监视器的杂散磁场干扰等，噪声测量必须要选用滤波器。下面有关噪声测量只是指在宽频带上分布能量的随机噪声，以及像哼声和干扰等不想要的相干信号。

单位：一般用分贝（dB）来衡量噪声的强度，用信噪比（S/N）来衡量噪声对有用信号的影响程度。

二、影响噪声测量的因素

现代音视频产品已经进入到每个人的生活中，不断追求产品的音频表现是整个行业的持续追求。噪声作为衡量音频产品好坏的性能指标之一，其测量不可忽视。
    1. 测量带宽

噪声具有频谱扩散特性，其测量只有在说明了测量带宽的前提下才有意义。在噪声测量仪器中使用技术指标要求的带通和加权滤波器，才能准确比较实际噪声测量结果和噪声指标间的差异。

在专业，广播和民用声频应用中最常用的噪声测量带宽是20Hz~20kHz, 或者是CCIR468技术规定中采用的近似的22Hz~22kHz。在通讯应用中，由于通讯质量的语音要求带宽要窄得多，因此常用的技术指标为300Hz~3.5kHz。另外测量仪器还会根据特殊的要求提供其他数值带宽的滤波器。

2. 加权（噪声计权）滤波器

（1）定义
    加权滤波器是为模拟人耳听觉对不同频率的声音有不同灵敏度的特性，在噪声测试仪内设计的一种特殊的滤波器。在测量中使用加权滤波器，可使测量结果与未加权的测量结果相比更能与人耳感知相吻合。人耳的灵敏度是不平坦的，其随频率而变化，同时人耳的频率响应还会随声压级的幅度不同而改变。



Fletcher-Munson曲线

（2）A加权滤波器
    不同的加权滤波器开发者假定了不同的声压级应用，所以他们使用Fletcher-Munson中的不同曲线。A加权是模拟人耳对40方纯音的响度，当信号通过时，其低频、中段频(1000Hz以下)有较大的衰减。由于其特性曲线接近于人耳的听感特性，因此是目前世界上噪声测量中应用最广泛的一种，许多与噪声有关的国家规范都是按A声级作为指标的。



实际测量中使用的加权滤波器响应

3. 时间变量

噪声是时变信号，其测量结果还取决于有效的测量时间“窗口”。较长的测量时间产生对噪声信号更多的积分，其测量结果对不同样本而言具有可重复性，而短的测量时间将产生变化的结果，其更接近瞬时值。

4.DUT输入

在许多声频仪器中，输出测得的大部分噪声是由设备的输入级产生的，并由后面各级放大后测得的。放大器产生的噪声电平是放大器源阻抗的函数，所以噪声测量要指明输入端接的情况，有时常称为“后端接”。两个最常用的指标是短路输入（零阻端接）和特定阻值的输入端接时的指标，通常是与该点连接的前一个设备的输出阻抗相近。
对于高增益设备，在噪声测量中采用的输入端物理结构和屏蔽处理对于避免外部信号耦合到端口而产生错误的测量结果是非常重要的。目前高质量声频信号发生器都做了一定的安排，以便只要信号发生器的输出信号被关闭，输出接口就后端接一个阻值等于信号发生器标称阻抗的电阻。但是当测量增益非常高的低噪声设备（比如传声器的前置放大器）时，还是必须断开发生器与DUT输入的连接线缆，并且直接用一个小的屏蔽良好的后端接负载取代DUT输入，以避免地环路或噪声耦合到屏蔽良好的线缆中。

5. 仪表特性

仪表特性对噪声测量是特别重要的，对于大部分噪声测量而言，仪器必须有真正的RMS检波器，CCIR 468技术规定要求的是另一种检波器响应，称为伪峰值响应，Dolby CCIR-ARM技术规定要求平均值响应检波器。仪器应该具备高波形因数的能力，因为噪声在理论上具有无限大的波形因数。仪器应能对限制带宽和加权滤波器进行选择。仪器本身的动态范围和残留噪声应兼容特定应用所必须的最低噪声电平测量。



ABTEC Ax系列音频分析仪系统性能指标：
    残余THD+N（20kHz BW）：
    -108dB - A5
    -106dB - A1/A2/A4
    残余输入噪声（20kHz BW）：
    1.3 uV - A5
    1.4 uV - A1/A2/A4

Ax 系列音频分析仪除了超高的系统性能外，还提供多种噪声源与噪声测试项目，提供可选择的带宽与加权滤波器，满足多类产品音频测试需求。