Medições do sistema de áudio
electricalEdit Analógico
resposta de Frequência (FR) esta medição informa sobre o nível de saída da faixa de frequência para um componente de áudio permanecerá razoavelmente constante (dentro de uma faixa de decibéis especificada ou não mais do que um certo número de dB da amplitude em 1kHz). Alguns componentes de áudio, como controles de tom, são projetados para ajustar o volume do conteúdo do sinal em frequências específicas, por exemplo., um controle de graves permite a atenuação ou acentuação do conteúdo do sinal de baixa frequência, caso em que a especificação pode especificar a resposta de frequência é tomada com controles de Tom “plano” ou desativado. Os pré-amplificadores também podem conter equalizadores, filtros, por exemplo, para reproduzir LPs que requerem correção de resposta de frequência RIAA, caso em que a especificação pode descrever o quão próxima a resposta corresponde ao padrão. Em comparação, Faixa de frequência é um termo às vezes usado de alto-falantes e outros transdutores para indicar as frequências que são utilizáveis, sem especificar normalmente uma faixa de decibéis. A largura de banda de potência também está relacionada à resposta de frequência – indicando a faixa de frequências utilizáveis em alta potência (uma vez que as medições de resposta de frequência são normalmente feitas em níveis de sinal Baixos, onde as limitações de taxa de giro ou a saturação do transformador não seriam um problema. Um componente com uma resposta de frequência’ plana ‘ não mudará a ponderação (ou seja ,, intensidade) do conteúdo do sinal em toda a faixa de freqüência especificada. A faixa de frequência frequentemente especificada para componentes de áudio está entre 20 Hz a 20 kHz, o que reflete amplamente a faixa auditiva humana (a frequência audível mais alta para a maioria das pessoas é inferior a 20 kHz, com 16 kHz sendo mais típica). Componentes com respostas de frequência’ planas ‘ são frequentemente descritos como lineares. A maioria dos componentes de áudio é projetada para ser linear em toda a sua faixa de operação. Amplificadores de estado sólido bem projetados e CD players podem ter uma resposta de frequência que varia em apenas 0.2 dB entre 20 Hz a 20 kHz. Os alto-falantes tendem a ter respostas de frequência consideravelmente menos planas do que isso. O material musical de distorção harmônica Total (THD) contém tons distintos, e alguns tipos de distorção envolvem tons espúrios em dobro ou triplo das frequências desses tons. Essa distorção harmonicamente relacionada é chamada distorção harmônica. Para alta fidelidade, geralmente é esperado que seja < 1% para dispositivos eletrônicos; elementos mecânicos, como alto-falantes, geralmente têm níveis mais altos inescapáveis. A baixa distorção é relativamente fácil de alcançar na eletrônica com o uso de feedback negativo, mas o uso de altos níveis de feedback dessa maneira tem sido tema de muita controvérsia entre os audiófilos. Essencialmente, todos os alto-falantes produzem mais distorção do que a eletrônica, e 1-5% de distorção não é inédito em níveis de audição moderadamente altos. Os ouvidos humanos são menos sensíveis à distorção nas baixas frequências, e os níveis geralmente devem estar abaixo de 10% na reprodução alta. A distorção que cria apenas harmônicos de ordem uniforme para uma entrada de onda senoidal às vezes é considerada menos incômoda do que a distorção de ordem ímpar. Potência de saída a potência de saída para amplificadores é idealmente medida e citada como Potência máxima quadrada média de raiz (RMS) por canal, em um nível de distorção especificado em uma carga específica, que, por convenção e regulamentação governamental, é considerada a medida mais significativa de potência disponível nos sinais de música, embora a música real e sem recorte tenha uma alta relação pico-média e geralmente está bem abaixo do máximo possível. A medição comumente dada de PMPO (peak music power out) é amplamente sem sentido e frequentemente usada na literatura de marketing; no final dos anos 1960, houve muita controvérsia sobre este ponto e o governo dos EUA (FTA) exigiu que os números do RMS fossem citados para todos os equipamentos de alta fidelidade. O poder da música vem voltando nos últimos anos. Veja também Potência De Áudio. As especificações de energia exigem que a impedância de carga seja especificada e, em alguns casos, dois números serão dados (por exemplo, a potência de saída de um amplificador de potência para Alto-falantes será normalmente medida em 4 e 8 ohms). Para fornecer potência máxima à carga, a impedância do driver deve ser o conjugado complexo da impedância da carga. No caso de uma carga puramente resistiva, a resistência do driver deve ser igual à resistência da carga para atingir a potência máxima de saída. Isso é conhecido como correspondência de impedância. Distorção de intermodulação (IMD) a distorção que não está harmonicamente relacionada ao sinal que está sendo Amplificado é distorção de intermodulação. É uma medida do nível de sinais espúrios resultantes da combinação indesejada de diferentes sinais de entrada de frequência. Este efeito resulta de não linearidades no sistema. Níveis suficientemente altos de feedback negativo podem reduzir esse efeito em um amplificador. Muitos acreditam que é melhor projetar Eletrônicos de forma a minimizar os níveis de feedback, embora isso seja difícil de alcançar enquanto atende a outros requisitos de alta precisão. A intermodulação em drivers de alto-falantes é, como acontece com a distorção harmônica, quase sempre maior do que na maioria dos eletrônicos. O IMD aumenta com a excursão do cone. Reduzir a largura de banda de um driver reduz diretamente o IMD. Isso é conseguido dividindo a faixa de frequência desejada em bandas separadas e empregando drivers separados para cada faixa de frequências e alimentando-os por meio de uma rede de filtro cruzado. Os filtros de cruzamento de inclinação íngreme são mais eficazes na redução de IMD, mas podem ser muito caros para implementar usando componentes de alta corrente e podem introduzir distorção de toque. A distorção de intermodulação em Alto-falantes multi-driver pode ser bastante reduzida com o uso de crossover ativo, embora aumente significativamente o custo e a complexidade do sistema. Ruído o nível de ruído indesejado gerado pelo próprio sistema, ou por interferência de fontes externas adicionadas ao sinal. Hum geralmente se refere ao ruído apenas em frequências de linha de energia (em oposição ao ruído branco de banda larga), que é introduzido através da indução de sinais de linha de energia nas entradas de estágios de ganho. Ou de fontes de alimentação inadequadamente reguladas. Crosstalk a introdução de ruído (de outro canal de sinal) causado por correntes de terra, indutância dispersa ou capacitância entre componentes ou linhas. Crosstalk reduz, às vezes visivelmente, a separação entre canais (por exemplo., em um sistema estéreo). Uma medição de crosstalk produz um valor em dB em relação a um nível nominal de sinal no caminho recebendo interferência. Crosstalk é normalmente apenas um problema em equipamentos que processam vários canais de áudio no mesmo chassi. Relação de rejeição de modo comum (CMRR) em sistemas de áudio balanceados, há sinais iguais e opostos (modo de diferença) nas entradas, e qualquer interferência imposta a ambos os leads será subtraída, cancelando essa interferência (ou seja, o modo comum). CMRR é uma medida da capacidade de um sistema de ignorar tal interferência e especialmente zumbido em sua entrada. Geralmente, é significativo apenas com linhas longas em uma entrada ou quando existem alguns tipos de problemas de loop de aterramento. Entradas desequilibradas não têm resistência ao modo comum; o ruído induzido em suas entradas aparece diretamente como ruído ou zumbido. Faixa dinâmica e Relação sinal-ruído (SNR) a diferença entre o nível máximo que um componente pode acomodar e o nível de ruído que produz. O ruído de entrada não é contado nesta medição. É medido em dB. A faixa dinâmica refere-se à razão entre o volume máximo e o mínimo em uma determinada fonte de sinal (por exemplo, música ou material de programa), e essa medição também quantifica a faixa dinâmica máxima que um sistema de áudio pode transportar. Esta é a razão (geralmente expressa em dB) entre o piso de ruído do dispositivo sem sinal e o sinal máximo (geralmente uma onda senoidal) que pode ser emitido em um nível de distorção especificado (baixo). Desde o início da década de 1990, foi recomendado por várias autoridades, incluindo a Audio Engineering Society, que as medições de faixa dinâmica fossem feitas com um sinal de áudio presente. Isso evita medições questionáveis com base no uso de meios em branco ou circuitos mutantes. A relação sinal-ruído (SNR), no entanto, é a relação entre o piso de ruído e um nível de referência arbitrário ou nível de alinhamento. No equipamento de gravação “profissional”, esse nível de referência é geralmente +4 dBu (IEC 60268-17), embora às vezes 0 dBu (nível de alinhamento padrão UK e Europe – EBU). “Nível de teste”, “Nível de medição” e “nível de formação” significam coisas diferentes, muitas vezes levando a confusão. Em equipamentos de “consumo”, nenhum padrão existe, embora -10 dBV e -6 dBu sejam comuns. Diferentes mídias apresentam caracteristicamente diferentes quantidades de ruído e altura livre. Embora os valores variem amplamente entre as unidades, um cassete analógico típico pode dar 60 dB, um CD quase 100 dB. A maioria dos amplificadores de qualidade modernos tem faixa dinâmica de > 110 dB, que se aproxima da orelha humana, geralmente tomada em torno de 130 dB. Veja os níveis do programa. Distorção de fase, atraso de grupo e atraso de Fase Um componente de áudio perfeito manterá a coerência de fase de um sinal em toda a gama de frequências. A distorção de fase pode ser extremamente difícil de reduzir ou eliminar. O ouvido humano é em grande parte insensível à distorção de fase, embora seja primorosamente sensível às relações de fase relativas dentro dos sons ouvidos. A natureza complexa de nossa sensibilidade a erros de fase, juntamente com a falta de um teste conveniente que ofereça uma classificação de qualidade facilmente compreendida, é a razão pela qual não faz parte das especificações de áudio convencionais. Os sistemas de alto-falantes multi-driver podem ter distorções de fase complexas, causadas ou corrigidas por crossovers, colocação do driver e o comportamento de fase do driver específico. Resposta transitória um sistema pode ter baixa distorção para um sinal de estado estacionário, mas não em transientes repentinos. Nos amplificadores, esse problema pode ser atribuído às fontes de alimentação em alguns casos, ao desempenho insuficiente de alta frequência ou ao feedback negativo excessivo. As medições relacionadas são taxa de giro e tempo de subida. A distorção na resposta transitória pode ser difícil de medir. Muitos de outra forma bons projetos de amplificador de potência foram encontrados para ter taxas de giro inadequadas, pelos padrões modernos. Nos Alto-falantes, o desempenho de resposta transitória é afetado pela massa e ressonâncias dos drivers e gabinetes e pelo atraso de grupo e atraso de fase introduzido pela filtragem cruzada ou alinhamento de tempo inadequado dos drivers do alto-falante. A maioria dos alto-falantes gera quantidades significativas de distorção transitória, embora alguns projetos sejam menos propensos a isso (por exemplo, alto-falantes eletrostáticos, tweeters de arco de plasma, tweeters de fita e gabinetes de buzina com vários pontos de entrada). Fator de amortecimento geralmente acredita-se que um número maior seja melhor. Esta é uma medida de quão bem um amplificador de potência controla o movimento indesejado de um driver de alto-falante. Um amplificador deve ser capaz de suprimir ressonâncias causadas por movimento mecânico (por exemplo, inércia) de um cone de alto-falante, especialmente um driver de baixa frequência com maior massa. Para drivers de alto-falante convencionais, isso envolve essencialmente garantir que a impedância de saída do amplificador seja próxima de zero e que os fios do alto-falante sejam suficientemente curtos e tenham diâmetro suficientemente grande. O Fator de amortecimento é a relação entre a impedância de saída de um amplificador e os cabos de conexão à resistência DC de uma bobina de voz, o que significa que os fios longos e de alto-falante de alta resistência reduzirão o Fator de amortecimento. Um fator de amortecimento de 20 ou mais é considerado adequado para sistemas de reforço de som ao vivo, pois o SPL do movimento do motorista relacionado à inércia é 26 dB menor que o nível do sinal e não será ouvido. O feedback negativo em um amplificador reduz sua impedância de saída efetiva e, portanto, aumenta seu fator de amortecimento. Wow e flutter essas medições estão relacionadas ao movimento físico em um componente, em grande parte o mecanismo de acionamento da mídia analógica, como discos de vinil e fita magnética. “Wow” é a velocidade lenta (alguns Hz) variação, causada por longo prazo deriva da velocidade do motor de acionamento, enquanto que o “flutter” é mais rápida velocidade (poucas dezenas de Hz) variações, geralmente causada por defeitos mecânicos, tais como fora-de-circularidade do cabrestante de uma fita mecanismo de transporte. A medição é dada em % e um número menor é melhor. Rumble a medida do ruído de baixa frequência (muitas dezenas de Hz) contribuído pela plataforma giratória de um sistema de reprodução analógica. É causada por Rolamentos imperfeitos, enrolamentos irregulares do motor, vibrações nas faixas de Direção em algumas plataformas giratórias, vibrações da sala (por exemplo, do tráfego) que são transmitidas pela montagem da plataforma giratória e assim para o cartucho phono. Um número menor é melhor.
DigitalEdit
observe que os sistemas digitais não sofrem com muitos desses efeitos em um nível de sinal, embora os mesmos processos ocorram no circuito, uma vez que os dados que estão sendo tratados são simbólicos. Desde que o símbolo sobreviva à transferência entre os componentes e possa ser perfeitamente regenerado (por exemplo, por técnicas de modelagem de pulso), os dados em si são perfeitamente mantidos. Os dados são normalmente armazenados em buffer em uma memória e são cronometrados por um oscilador de cristal muito preciso. Os dados geralmente não degeneram à medida que passam por muitos estágios, porque cada estágio regenera novos símbolos para transmissão.
os sistemas digitais têm seus próprios problemas. A digitalização adiciona ruído, que é mensurável e depende da profundidade de bits de áudio do sistema, independentemente de outros problemas de qualidade. Erros de temporização em relógios de amostragem (jitter) resultam em distorção não linear (modulação FM) do sinal. Uma medição de qualidade para um sistema digital (taxa de erro de Bit) refere-se à probabilidade de um erro na transmissão ou recepção. Outras métricas sobre a qualidade do sistema são definidas pela taxa de amostragem e profundidade de bits. Em geral, os sistemas digitais são muito menos propensos a erros do que os sistemas analógicos; no entanto, quase todos os sistemas digitais têm Entradas e/ou saídas analógicas, e certamente todos aqueles que interagem com o mundo analógico o fazem. Esses componentes analógicos do sistema digital podem sofrer efeitos analógicos e potencialmente comprometer a integridade de um sistema digital bem projetado.Jitter uma medida da variação do período (jitter periódico) e do tempo absoluto (jitter aleatório) entre o tempo de relógio medido versus um relógio ideal. Menos jitter é geralmente melhor para sistemas de amostragem. Taxa de amostragem uma especificação da taxa na qual as medições são feitas do sinal analógico. Isso é medido em amostras por segundo, ou hertz. Uma taxa de amostragem mais alta permite uma maior largura de banda total ou resposta de frequência de banda de passagem e permite que filtros anti-aliasing/anti-imagem menos íngremes sejam usados na banda de parada, o que pode, por sua vez, melhorar a linearidade geral da fase na banda de passagem. Profundidade de bits no áudio de modulação de código de pulso, a profundidade de bits é o número de bits de informação em cada amostra. A quantização, um processo usado na amostragem de áudio digital, cria um erro no sinal reconstruído. A relação sinal-quantização-ruído é um múltiplo da profundidade de bits. Os CDs de áudio usam uma profundidade de 16 bits, enquanto os discos de DVD-Vídeo e Blu-ray podem usar áudio de 24 bits. A faixa dinâmica máxima de um sistema de 16 bits é de cerca de 96dB, enquanto para 24 bits é de cerca de 144 dB. Dither pode ser usado em masterização de áudio para randomizar o erro de quantização, e alguns sistemas de dither usam modelagem de ruído para a forma espectral do piso de ruído de quantização. O uso de dither em forma pode aumentar a faixa dinâmica efetiva de áudio de 16 bits para cerca de 120 dB. Para calcular o máximo teórico de faixa dinâmica de um sistema digital (Sinal-para-quantização de ruído (SQNR)) usar o seguinte algoritmo para a profundidade de bits de P: S P N R = 20 log 10 ( 2 Q ) ≈ 6.02 ⋅ Q d B {\displaystyle \mathrm {SQNR} =20\log _{10}(2^{Q})\approx 6.02\cdot Q\ \mathrm {dB} \,\!}
exemplo: um sistema de 16 bits tem 216 possibilidades diferentes, de 0 a 65.535. O menor sinal sem pontilhamento é 1, Então o número de níveis diferentes é um a menos, 216 − 1. Portanto, para um sistema digital de 16 bits, a faixa dinâmica é de 20·log(216-1) ≈ 96 dB. Precisão/sincronização da amostra não é tanto uma especificação quanto uma habilidade. Como os dispositivos de áudio digital independentes são executados por seu próprio oscilador de cristal e não há dois cristais exatamente iguais, a taxa de amostragem será ligeiramente diferente. Isso fará com que os dispositivos se separem com o tempo. Os efeitos disso podem variar. Se um dispositivo digital for usado para monitorar outro dispositivo digital, isso causará desistências ou distorção no áudio, pois um dispositivo produzirá mais ou menos dados do que o outro por unidade de tempo. Se dois dispositivos independentes gravarem ao mesmo tempo, um ficará cada vez mais atrasado ao longo do tempo. Este efeito pode ser contornado com uma sincronização de relógio palavra. Também pode ser corrigido no domínio digital usando um algoritmo de correção de deriva. Tal algoritmo compara as taxas relativas de dois ou mais dispositivos e cai ou adiciona amostras dos fluxos de qualquer dispositivo que deriva muito longe do dispositivo mestre. A taxa de amostragem também varia ligeiramente ao longo do tempo, à medida que os cristais mudam de temperatura, etc. Veja também linearidade de recuperação de relógio diferencial não linearidade e integral não linearidade são duas medidas da precisão de um conversor analógico-digital. Basicamente, eles medem o quão próximos os níveis de limiar para cada bit estão dos níveis teóricos igualmente espaçados.