Pomiary systemu Audio
Analog electricalEdit
Frequency response (FR) ten pomiar informuje o tym, w jakim zakresie częstotliwości poziom wyjściowy komponentu audio pozostanie w miarę stały (w określonym zakresie decybeli lub nie więcej niż pewna liczba dB od amplitudy przy 1kHz). Niektóre Komponenty audio, takie jak sterowanie tonem, mają na celu regulację głośności treści sygnału przy określonych częstotliwościach, np., Regulacja basu umożliwia tłumienie lub akcentowanie zawartości sygnału o niskiej częstotliwości, w takim przypadku specyfikacja może określać, że pasmo przenoszenia jest pobierane z regulacją tonu „płaską” lub wyłączoną. Przedwzmacniacze mogą również zawierać korektory, filtry np. odtwarzające płyty LP wymagające korekcji odpowiedzi częstotliwościowej RIAA, w takim przypadku specyfikacja może opisywać, jak bardzo odpowiedź odpowiada standardowi. Dla porównania, Zakres Częstotliwości jest czasem używanym terminem głośników i innych przetworników do wskazania częstotliwości, które są użyteczne, bez Zwykle określania zakresu decybeli. Pasmo przenoszenia mocy jest również związane z odpowiedzią częstotliwościową-wskazując zakres częstotliwości użytecznych przy dużej mocy (ponieważ pomiary odpowiedzi częstotliwościowej są zwykle wykonywane przy niskich poziomach sygnału, gdzie ograniczenia prędkości obrotowej lub nasycenie transformatora nie stanowiłoby problemu. Element o „płaskiej” odpowiedzi częstotliwościowej nie zmieni wagi (tj., intensywność) zawartości sygnału w określonym zakresie częstotliwości. Zakres częstotliwości często określony Dla komponentów audio wynosi od 20 Hz do 20 kHz, co zasadniczo odzwierciedla zakres ludzkiego słuchu (najwyższa częstotliwość słyszalna dla większości ludzi jest mniejsza niż 20 kHz, przy czym 16 kHz jest bardziej typowe). Komponenty o „płaskich” reakcjach częstotliwościowych są często opisywane jako liniowe. Większość komponentów audio zaprojektowano tak, aby były liniowe w całym zakresie działania. Dobrze zaprojektowane Wzmacniacze tranzystorowe i odtwarzacze CD mogą mieć Pasmo przenoszenia, które zmienia się tylko o 0.2 dB od 20 Hz do 20 kHz. Głośniki mają zwykle znacznie mniej płaskich odpowiedzi częstotliwościowych niż to. Total harmonic distortion (THD) materiał muzyczny zawiera różne dźwięki, a niektóre rodzaje zniekształceń obejmują fałszywe dźwięki przy podwójnych lub potrójnych częstotliwościach tych dźwięków. Takie zniekształcenia harmoniczne nazywane są zniekształceniami harmonicznymi. W przypadku wysokiej wierności zwykle oczekuje się, że wartość ta wyniesie < 1% dla urządzeń elektronicznych; elementy mechaniczne, takie jak głośniki, mają zwykle nieunikniony wyższy poziom. Niskie zniekształcenia są stosunkowo łatwe do osiągnięcia w elektronice przy użyciu ujemnego sprzężenia zwrotnego, ale użycie w ten sposób wysokich poziomów sprzężenia zwrotnego było tematem wielu kontrowersji wśród audiofilów. Zasadniczo wszystkie głośniki wytwarzają więcej zniekształceń niż elektronika, a zniekształcenia 1-5% nie są niespotykane przy umiarkowanie głośnym poziomie odsłuchu. Ludzkie uszy są mniej wrażliwe na zniekształcenia w niskich częstotliwościach, a poziomy są zwykle oczekiwane poniżej 10% przy głośnym odtwarzaniu. Zniekształcenia, które tworzą tylko harmoniczne parzystego rzędu dla wejścia sinusoidalnego, są czasami uważane za mniej uciążliwe niż zniekształcenia nieparzystego rzędu. Moc wyjściowa moc wyjściowa wzmacniaczy jest idealnie mierzona i cytowana jako maksymalna średnia kwadratowa (RMS) Moc wyjściowa na kanał, przy określonym poziomie zniekształceń przy określonym obciążeniu, które zgodnie z konwencją i regulacjami rządowymi jest uważane za najbardziej znaczącą miarę mocy dostępnej na sygnałach muzycznych, chociaż prawdziwa muzyka bez przycinania ma wysoki stosunek szczytu do średniej i zwykle średnie znacznie poniżej maksymalnego możliwego. Powszechnie stosowany pomiar PMPO (peak music power out) jest w dużej mierze bezsensowny i często stosowany w literaturze marketingowej; pod koniec lat 60.było wiele kontrowersji na ten temat i rząd USA (FTA) wymagał, aby liczby RMS były cytowane dla wszystkich urządzeń high fidelity. Music power powraca w ostatnich latach. Zobacz także moc dźwięku. Specyfikacje mocy wymagają określenia impedancji obciążenia, a w niektórych przypadkach zostaną podane dwie liczby (na przykład Moc Wyjściowa wzmacniacza mocy dla głośników będzie zwykle mierzona przy 4 i 8 omach). Aby dostarczyć maksymalną moc do obciążenia, impedancja sterownika powinna być złożonym sprzężeniem impedancji obciążenia. W przypadku obciążenia czysto rezystancyjnego rezystancja kierowcy powinna być równa rezystancji obciążenia, aby osiągnąć maksymalną moc wyjściową. Jest to określane jako dopasowanie impedancji. Zniekształcenie intermodulacyjne (IMD), które nie jest harmonicznie związane z wzmacnianym sygnałem, to zniekształcenie intermodulacyjne. Jest to miara poziomu sygnałów fałszywych wynikających z niechcianej kombinacji sygnałów wejściowych o różnych częstotliwościach. Efekt ten wynika z nieliniowości w układzie. Odpowiednio wysokie poziomy ujemnego sprzężenia zwrotnego mogą zmniejszyć ten efekt we wzmacniaczu. Wielu uważa, że lepiej jest zaprojektować elektronikę w taki sposób, aby zminimalizować poziom sprzężenia zwrotnego, choć jest to trudne do osiągnięcia przy jednoczesnym spełnieniu innych wymagań dotyczących wysokiej dokładności. Intermodulacja w głośnikach głośnikowych jest, podobnie jak w przypadku zniekształceń harmonicznych, niemal zawsze większa niż w większości elektroniki. IMD zwiększa się wraz z wypadaniem stożka. Zmniejszenie przepustowości sterownika bezpośrednio zmniejsza IMD. Osiąga się to poprzez podzielenie żądanego zakresu częstotliwości na oddzielne pasma i zastosowanie oddzielnych sterowników dla każdego pasma częstotliwości i doprowadzenie ich przez sieć filtrów zwrotnicy. Filtry zwrotnicy o stromym zboczu są najbardziej skuteczne w redukcji IMD, ale mogą być zbyt drogie w implementacji przy użyciu komponentów wysokoprądowych i mogą wprowadzać zniekształcenia dzwonienia. Zniekształcenia intermodulacyjne w głośnikach wielotarczowych można znacznie zmniejszyć dzięki aktywnej zwrotnicy, choć znacznie zwiększa to koszty i złożoność systemu. Hałas poziom niepożądanego szumu generowanego przez sam system lub przez zakłócenia ze źródeł zewnętrznych dodane do sygnału. Szum zwykle odnosi się do szumu tylko na częstotliwościach linii zasilającej (w przeciwieństwie do szerokopasmowego białego szumu), który jest wprowadzany poprzez indukcję sygnałów linii zasilającej do wejść stopni wzmocnienia. Lub z nieodpowiednio regulowanych zasilaczy. Crosstalk wprowadzenie szumu (z innego kanału sygnałowego) spowodowanego prądami uziemiającymi, błądzącą indukcyjnością lub pojemnością między komponentami lub liniami. Przesłuch zmniejsza, czasem zauważalnie, separację między kanałami (np., w systemie stereo). Pomiar przesłuchu daje wartość w dB w stosunku do nominalnego poziomu sygnału w ścieżce odbierającej zakłócenia. Przesłuchy są zwykle tylko problemem w sprzęcie, który przetwarza wiele kanałów audio w tej samej obudowie. Współczynnik tłumienia sygnału w trybie wspólnym (CMRR) w zrównoważonych systemach audio na wejściach występują równe i przeciwne sygnały (tryb różnicowy), a wszelkie zakłócenia generowane na obu pinach zostaną odjęte, eliminując te zakłócenia (tj. CMRR jest miarą zdolności systemu do ignorowania takich zakłóceń, a zwłaszcza szumu na jego wejściu. Na ogół ma znaczenie tylko w przypadku długich linii na wejściu lub gdy istnieją pewne problemy z pętlą uziemienia. Wejścia niezbalansowane nie mają rezystancji trybu wspólnego; wywołany szum na ich wejściach pojawia się bezpośrednio jako szum lub szum. Zakres dynamiki i stosunek sygnału do szumu (SNR) różnica między maksymalnym poziomem, który może pomieścić komponent, a poziomem hałasu, który wytwarza. Hałas wejściowy nie jest liczony w tym pomiarze. Jest mierzona w dB. Zakres dynamiki odnosi się do stosunku maksymalnej do minimalnej głośności w danym źródle sygnału (np. muzyce lub materiale programowym), a pomiar ten określa również maksymalny zakres dynamiki, jaki może przenosić system audio. Jest to stosunek (zwykle wyrażany w dB) między poziomem szumu urządzenia bez sygnału a maksymalnym sygnałem (Zwykle sinusoidalnym), który może być wyprowadzony przy określonym (niskim) poziomie zniekształceń. Od początku lat 90.kilka autorytetów, w tym Audio Engineering Society, zaleciło pomiary zakresu dynamiki przy użyciu sygnału audio. Pozwala to uniknąć wątpliwych pomiarów opartych na wykorzystaniu pustych mediów lub obwodów wyciszania. Stosunek sygnału do szumu (ang. Signal-to-noise ratio, SNR)to jednak stosunek pomiędzy poziomem szumu a dowolnym poziomem odniesienia lub poziomem wyrównania. W „profesjonalnych” urządzeniach rejestrujących ten poziom odniesienia wynosi zwykle +4 dBu (IEC 60268-17), choć czasami 0 dBu (UK i Europe – EBU Standard Alignment level). „Poziom testu”, „poziom pomiaru” i „poziom składu” oznaczają różne rzeczy, często prowadzące do nieporozumień. W sprzęcie „konsumenckim” nie ma standardu, choć powszechne są -10 dBV i -6 dBu. Różne media charakteryzują się różnymi poziomami hałasu i przestrzenią nad głową. Chociaż wartości różnią się znacznie między jednostkami, typowa analogowa kaseta może dać 60 dB, a CD prawie 100 dB. Większość nowoczesnych wzmacniaczy wysokiej jakości ma >110 dB zakres dynamiki, który zbliża się do ludzkiego ucha, zwykle przyjmowanego jako około 130 dB. Zobacz poziomy programu. Zniekształcenia fazowe, opóźnienie grupowe i opóźnienie fazowe doskonały komponent audio utrzyma spójność fazową sygnału w pełnym zakresie częstotliwości. Zniekształcenia fazowe mogą być niezwykle trudne do zmniejszenia lub wyeliminowania. Ucho ludzkie jest w dużej mierze niewrażliwe na zniekształcenia fazowe, chociaż jest niezwykle wrażliwe na relatywne relacje fazowe w słyszanych dźwiękach. Złożony charakter naszej wrażliwości na błędy fazowe, w połączeniu z brakiem wygodnego testu, który zapewnia łatwo zrozumiałą ocenę jakości, jest powodem, że nie jest to część konwencjonalnych specyfikacji audio. Systemy głośników wielotarczowych mogą charakteryzować się złożonymi zniekształceniami fazowymi, powodowanymi lub korygowanymi przez zwrotnice, umiejscowienie przetwornika i zachowanie fazowe danego przetwornika. Reakcja przejściowa system może mieć niskie zniekształcenia dla sygnału stanu ustalonego, ale nie przy nagłych przejściach. W wzmacniaczach problem ten może być przypisany do zasilaczy w niektórych przypadkach, do niewystarczającej wydajności wysokiej częstotliwości lub do nadmiernego negatywnego sprzężenia zwrotnego. Powiązane pomiary to szybkość uśpienia i czas narastania. Zniekształcenia w reakcji przejściowej mogą być trudne do zmierzenia. Wiele innych dobrych projektów wzmacniaczy mocy okazało się mieć niewystarczające współczynniki slew, według nowoczesnych standardów. W głośnikach na wydajność reakcji przejściowej ma wpływ masa i Rezonanse głośników i obudów oraz opóźnienie grupowe i opóźnienie fazowe wprowadzone przez filtrowanie zwrotnicy lub nieodpowiednie wyrównanie czasowe głośników głośnika. Większość głośników generuje znaczne ilości zniekształceń przejściowych, choć niektóre konstrukcje są na to mniej podatne (np. Głośniki elektrostatyczne, głośniki wysokotonowe z łukiem plazmowym, Głośniki wstęgowe i obudowy tubowe z wieloma punktami wejścia). Współczynnik tłumienia większa liczba jest ogólnie uważana za lepszą. Jest to miara tego, jak dobrze wzmacniacz mocy kontroluje niepożądany ruch głośnika. Wzmacniacz musi być w stanie tłumić Rezonanse spowodowane ruchem mechanicznym (np. bezwładnością) stożka głośnika, zwłaszcza przetwornika niskich częstotliwości o większej masie. W przypadku konwencjonalnych głośników oznacza to, że Impedancja Wyjściowa wzmacniacza jest bliska zeru, a przewody głośnikowe są wystarczająco krótkie i mają wystarczająco dużą średnicę. Współczynnik tłumienia to stosunek impedancji wyjściowej wzmacniacza i kabli łączących do rezystancji DC cewki głosowej, co oznacza, że długie przewody głośnikowe o wysokiej rezystancji zmniejszą współczynnik tłumienia. Współczynnik tłumienia 20 lub większy jest uważany za odpowiedni dla Systemów wzmacniających dźwięk na żywo, ponieważ SPL ruchu sterownika związanego z bezwładnością jest o 26 dB mniejszy niż poziom sygnału i nie będzie słyszalny. Ujemne sprzężenie zwrotne we wzmacniaczu obniża jego efektywną impedancję wyjściową, a tym samym zwiększa współczynnik tłumienia.
MechanicalEdit
Wow i flutter pomiary te są związane z fizycznym ruchem elementu, głównie mechanizmu napędowego nośników analogowych, takich jak płyty winylowe i taśma magnetyczna. „Wow” to zmiana prędkości (kilka Hz), spowodowana długotrwałym dryfem prędkości silnika napędowego, podczas gdy” trzepotanie ” to zmiany prędkości (kilkadziesiąt Hz), zwykle spowodowane wadami mechanicznymi, takimi jak pozaokrągłość kabestanu mechanizmu transportowego taśmy. Pomiar jest podany w%, a niższa liczba jest lepsza. Dudnienie miarą szumu niskiej częstotliwości (wiele dziesiątek Hz), jaki wnosi gramofon analogowego systemu odtwarzania. Jest to spowodowane przez niedoskonałe łożyska, nierównomierne uzwojenia silnika, drgania w pasmach napędowych w niektórych gramofonach, drgania pomieszczenia (np. z ruchu), które są przekazywane przez mocowanie gramofonu, a więc na wkładkę gramofonową. Niższa liczba jest lepsza.
DigitalEdit
zauważ, że systemy cyfrowe nie cierpią na wiele z tych efektów na poziomie sygnału, chociaż te same procesy zachodzą w obwodach, ponieważ przetwarzane dane są symboliczne. Tak długo, jak symbol przetrwa transfer między komponentami i może być doskonale regenerowany (np. za pomocą technik kształtowania impulsów), dane są doskonale utrzymywane. Dane są zazwyczaj buforowane w pamięci i taktowane przez bardzo precyzyjny oscylator Kryształowy. Dane zwykle nie ulegają degeneracji, ponieważ przechodzą przez wiele etapów, ponieważ każdy etap regeneruje nowe symbole do transmisji.
systemy cyfrowe mają swoje problemy. Digitalizacja dodaje szum, który jest mierzalny i zależy od głębokości bitowej dźwięku systemu, niezależnie od innych problemów z jakością. Błędy czasowe w zegarach próbkowania (jitter) powodują nieliniowe zniekształcenia (modulacja FM) sygnału. Jeden pomiar jakości dla systemu cyfrowego (bit Error Rate) odnosi się do prawdopodobieństwa błędu w transmisji lub odbioru. Inne wskaźniki dotyczące jakości systemu są określone przez częstotliwość próbkowania i głębokość bitową. Ogólnie rzecz biorąc, systemy cyfrowe są znacznie mniej podatne na błędy niż systemy analogowe; jednak prawie wszystkie systemy cyfrowe mają analogowe wejścia i/lub wyjścia, a z pewnością wszystkie te, które wchodzą w interakcję ze światem analogowym, robią to. Te analogowe elementy systemu cyfrowego mogą mieć skutki analogowe i potencjalnie zagrażać integralności dobrze zaprojektowanego systemu cyfrowego.
Jitter pomiar zmienności okresu (periodic jitter) i bezwzględnego czasu (random jitter) między zmierzonym czasem zegara a zegarem idealnym. Mniej jitter jest ogólnie lepszy dla Systemów próbkowania. Częstotliwość próbkowania określenie szybkości, z jaką dokonuje się pomiarów sygnału analogowego. Jest to mierzone w próbkach na sekundę lub hercach. Wyższa częstotliwość próbkowania pozwala na większą całkowitą przepustowość lub pasmo przenoszenia i pozwala na stosowanie mniej stromych filtrów antyaliasingowych / antyobrazowych w paśmie zatrzymania, co z kolei może poprawić ogólną liniowość faz w paśmie przejścia. Głębia bitowa w dźwięku modulacji kodu impulsowego głębokość bitowa to liczba bitów informacji w każdej próbce. Kwantyzacja, proces stosowany w cyfrowym próbkowaniu dźwięku, powoduje błąd w zrekonstruowanym sygnale. Stosunek sygnał-kwantyzacja-szum jest wielokrotnością głębokości bitowej. Płyty Audio CD wykorzystują głębię bitową 16-bitów, podczas gdy płyty DVD-Video i Blu-ray mogą korzystać z 24-bitowego dźwięku. Maksymalny zakres dynamiki systemu 16-bitowego wynosi około 96 dB, natomiast dla 24 bitów wynosi około 144 dB. Dither może być użyty w audio masteringu do randomizacji błędu kwantyzacji, a niektóre systemy dither wykorzystują Noise shaping do widmowego kształtu podłogi szumu kwantyzacji. Zastosowanie kształtowanej dither może zwiększyć efektywny zakres dynamiki dźwięku 16-bitowego do około 120 dB. Aby obliczyć maksymalny teoretyczny zakres dynamiki systemu cyfrowego (stosunek sygnału do kwantyzacji do szumu ( Sqnr)), użyj następującego algorytmu dla głębokości bitowej Q: S Q N R = 20 log 10 (2 Q ) ≈ 6.02 Q Q d B {\displaystyle \mathrm {sqnr} =20\log _{10} (2^{Q})\approx 6.02\cdot Q\ \mathrm {dB}\,\!}
przykład: 16-bitowy system ma 216 różnych możliwości, od 0 do 65,535. Najmniejszy sygnał bez ditheringu to 1, więc liczba różnych poziomów jest o jeden mniej, 216 − 1. Tak więc dla 16-bitowego systemu cyfrowego Zakres Dynamiki wynosi 20 * log (216-1) ≈ 96 dB. Dokładność/synchronizacja próbki nie tyle Specyfikacja, co zdolność. Ponieważ niezależne cyfrowe urządzenia audio są uruchamiane przez własny oscylator Kryształowy, a żadne dwa kryształy nie są dokładnie takie same, częstotliwość próbkowania będzie nieco inna. Spowoduje to, że urządzenia będą się oddalać w miarę upływu czasu. Skutki tego mogą być różne. Jeśli jedno urządzenie cyfrowe jest używane do monitorowania innego urządzenia cyfrowego, spowoduje to zaniki lub zniekształcenia dźwięku, ponieważ jedno urządzenie będzie produkować więcej lub mniej danych niż drugie na jednostkę czasu. Jeśli dwa niezależne urządzenia nagrywają w tym samym czasie, jedno z nich będzie opóźniać drugie coraz bardziej w czasie. Efekt ten można obejść za pomocą synchronizacji zegara słownego. Można go również skorygować w domenie cyfrowej za pomocą algorytmu korekcji dryfu. Taki algorytm porównuje względne szybkości dwóch lub więcej urządzeń i upuszcza lub dodaje próbki ze strumieni dowolnych urządzeń, które dryfują zbyt daleko od urządzenia głównego. Częstotliwość próbkowania będzie się również nieznacznie zmieniać w czasie, ponieważ kryształy zmieniają temperaturę itp. Zobacz też zegar odzyskiwanie liniowości Różniczkowalność Nieliniowość i Całka Nieliniowość są dwoma pomiarami dokładności przetwornika analogowo-cyfrowego. Zasadniczo mierzą, jak bliskie są poziomy progowe dla każdego bitu do teoretycznych poziomów równo rozmieszczonych.