音频技术

“动态范围”与“信噪比”的区别

字号+ 作者:网络 来源:网络 2016-10-11 我要评论

充足的信噪比是专业扩声系统的特征之一。 动态范围与信噪比经常互换使用,但是深入了解,会发现其实它们所指的不是同一回事。 音响系统的动态范围,描述的是系统(或系统中的

充足的信噪比是专业扩声系统的特征之一。
  “动态范围”与“信噪比”经常互换使用,但是深入了解,会发现其实它们所指的不是同一回事。
  音响系统的动态范围,描述的是系统(或系统中的设备)能够重现的信号峰值与本底噪声最高波谱成分的振幅之间的电平差。
  每种电子设备都有一个动态范围,它的值主要取决于电源限制和单元的残余噪声电平。如果设备的本底噪声具有较强的窄频带分量,将限制系统的动态范围。
  信噪比指的是平均信号电平与平均本底噪声电平之间的差。一般来讲,某一设备,由常见节目源信号平均输出电平,信号峰值通常比平均输出电平大10至20dB。
  因此,我们常在电平表“0”附近操作调音台,将余下的可用电压摆幅用于应对节目源峰值。“平均”电平非常重要,因为我们听者(及测试工具)正是根据它来判断节目信号的响度。  
Dynamic_fig1.gif
  如果使用电压计测量设备残余噪声的R. M. S.值,信噪比就是该值与标称“零”输出电平之差,这两个值通常用dBV或dBu表示。这假定,设备被驱动至“电平表零读数”处,通常在这个范围内,我们可以得到最优化的增益结构,更好地操作调音台。
  系统(或某个部件)的动态范围不取决于出现的信号,它仅仅是可能的最大未失真电平与本底噪声最高分量(通常为A计权)之间的差。而信噪比需要一个信号,所以它必须在系统或部件使用的时候测量得出。
  一个动态范围大的系统,可能由于操作方式的问题,拥有糟糕的信噪比。动态范围用于描述一个系统或设备可能达到的性能表现,而信噪比一般用以衡量事实操作时所能达到的水平。
实际应用
  通过声级计,可在特定听音位置,测量现场演出的A计权声压级L。方法是将声压计举在空中,选择合适的计权方式,并读取计数。
  通常选择A计权,因为它对人耳最敏感的频谱部分(1-4 kHz))最敏感。由于大部分声级计都是平均值声级计,因此我们可以得到演出的平均声级。
  当然,节目源中会有超过这个平均值的信号峰值,声级计无法快速反应进行读取。这一“计量滞后”大约相差10 dB,可能更高(或略低),这取决于节目源。
  现在,如果舞台上所有音源都静音(话筒打开),剩下的将是系统的本底噪声,它可以通过同样的声级计,以同样的方式测量得出。如果音响系统设计得当,本底噪声就是话筒拾取的环境噪声(而非电子部件的残余噪声)。
  在一个本底噪声为40 dBA的礼堂中,一只典型的讲台话筒,在普通讲话者(71 dBA @ 2 英尺)距离话筒1英尺处讲话时,噪声比将只有37 dB左右。如果有十只打开的话筒,而且它们的灵敏度和电平设置和讲台话筒一致,那么本底噪声会增加10 dB,因为10 log(打开话筒数量) = 10 dB。
  很不幸,由于音响系统无法自动识别,只能同时放大所需的信号和房间噪声,系统的信噪比无法满足话筒打开时的最差条件。远距离拾音的影响突显,无法减少不需要的话筒在系统中的本底噪声,这种现象也变得更加突出。  

Dynamic_fig2.gif

  现在,如果一个能量大的歌手在同一个系统中,产生120 dBA的输出到手持话筒中(对近距离拾音的歌手而言并不罕见),信噪比将达到更合理的80 dB,因为120 dBA-40 dBA = 80 dB。因此,我们经常强调,好的话筒摆放技巧对实现好的系统性能至关重要,因为它最终决定系统的信噪比。
  在一个礼堂音响系统中,当系统拥有最大的所需打开话筒数量(NOM)时,我们使用的最低信噪比标准是25 dB。
  在同一个系统中,我们假设在同一个听音位置,系统能够线性产出的最响亮瞬时声音是110 dBA。
  即便系统以90 dBA的平均电平操作,还是可以应付这种程度的峰值。最高的节目峰值取决于正在使用的音箱以及与音箱连接的可用功放。这是我们掌握该系统动态范围的一个重要组成条件。
  如果最大的本底噪声分量是空调造成的窄频带“呜呜声”,在实时分析器中测得是35 dBA,那么系统的动态范围并不可观(110 dBA - 35 dBA = 75 dB)。可通过调整空调,消除噪声来提高动态范围。
  从以上例子中可以看出,就观众而言,一个音响系统的动态范围和信噪比通常由环境决定。因为系统中大部分电子元件的动态范围约为100 dB或以上,当声音最终到达观众时,音响系统绝不能成为薄弱的一环。一个专业音频系统,在所有设备运行时,电子部件的动态范围应至少为96 dB。
  只有在录音室或家庭影院中,设备的本底噪声才成为影响特定听音位的动态范围和信噪比的因素。因此,有可能设计出一个具有非常大动态范围的音响系统,但是由于房间等原因,总体的信噪比很不尽如人意。
  有人可能设计了一个系统,其中各个设备都有超过100 dB的动态范围,却发现在实际操作中,由于系统校准中增益结构不佳,信噪比被大大降低。最常见的原因是功放被开到最大,调音台在-20 dBV处操作进行补偿。
  设计系统时,我们应选择具有大动态范围的单个设备,然后在使用中应以最大信噪比去调整及操作系统,以获得最佳效果。

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