Взвешивание шума ITU-R 468

ITU-R 468 (первоначально определенный в рекомендации 468-4 CCIR ; иногда называемый CCIR-1k ) - это стандарт, относящийся к измерению шума , широко используемый при измерении шума в аудиосистемах. Стандарт ^[1], теперь именуемый ITU-R BS.468-4, определяет кривую взвешивающего фильтра вместе с квазипиковым выпрямителем, имеющим особые характеристики, определенные с помощью определенных тестов тональных пакетов . В настоящее время он поддерживается Международным союзом электросвязи, который перенял его у CCIR.

Он используется особенно в Великобритании, Европе и бывших странах Британской империи, таких как Австралия и Южная Африка. ^{[ необходима цитата ]} Это менее известно в США, где всегда использовалось A-взвешивание . ^[2]

М-взвешивание - это тесно связанный фильтр, версия той же кривой со смещением, без квазипикового детектора. См. Текущее использование 468-взвешивания .

Объяснение [ править ]

В то время как большинство звукорежиссеров знакомы с кривой A-взвешивания , которая была основана на контуре равной громкости для 40 фонов, первоначально полученном Флетчером и Мансоном (1933), более поздняя кривая взвешивания CCIR-468 (теперь поддерживаемая как стандарт ITU ) является менее известен за пределами Великобритании и Европы. Первоначально включенный в стандарт ANSI для шумомеров , A-взвешивание предназначалось для измерения слышимости самих звуков. Он никогда специально не предназначался для измерения более случайных (почти белых или розовых)) шум в электронном оборудовании, хотя он используется для этой цели большинством производителей микрофонов с 1970-х годов. Человеческое ухо совершенно по-разному реагирует на щелчки и всплески случайного шума, и именно эта разница привела к взвешиванию 468, которое вместе с квазипиковым измерением (а не измерением среднеквадратичного значения, используемым с A-взвешиванием) стало широко использоваться. вещателями по всей Великобритании, Европе и странам бывшего Британского Содружества , где на инженеров сильно повлияли методы тестирования BBC . Телефонные компании во всем мире также использовали методы, подобные взвешиванию 468 с квазипиковым измерением, для описания нежелательных помех, создаваемых в одной телефонной цепи при переключении переходных процессов в другой.

История [ править ]

Оригинальное исследование [ править ]

События 1960-х годов, в частности распространение FM-вещания и разработка компактной аудиокассеты с шумоподавлением Dolby-B , предупредили инженеров о необходимости кривой взвешивания, которая дала бы субъективно значимые результаты для типичного случайного шума, ограничивающего производительность. вещательных схем, оборудования и радиосхем. А-взвешивание не давало стабильных результатов, особенно при FM- радиопередачах и записи на компакт-кассетах, где упорвысоких частот приводило к повышенным показаниям шума, которые не коррелировали с субъективным эффектом. Ранние попытки создать лучшую кривую взвешивания привели к стандарту DIN, который на некоторое время был принят для измерения европейского оборудования Hi-Fi.

Эксперименты в ВВС привели к Аналитическое управление BBC Отчет EL-17, Оценка уровня шума в звуковых частот , схемы , ^[3] , в котором были представлены опыты по многочисленным испытуемых, используя различные звуки в диапазоне от щелчков тон-всплесков в розовый шум . Испытуемых просили сравнить их с тоном 1 кГц, а затем окончательные оценки сравнивали с измеренными уровнями шума с использованием различных комбинаций весового фильтра и квазипикового детектора, существовавших тогда (например, тех, которые определены в ныне прекращенном немецком стандарте DIN ). Это привело к стандарту CCIR-468, который определил новую кривую взвешивания и квазипиковый выпрямитель.

Происхождение нынешней кривой взвешивания ITU-R 468 можно проследить до 1956 года. В отчете BBC EL-17 за 1968 год обсуждается несколько кривых взвешивания, в том числе одна, обозначенная как DPB, которая была выбрана как лучшая по сравнению с альтернативами: ASA, CCIF и OIRT. График кривой DPB идентичен графику кривой ITU-R 486, за исключением того, что последняя распространяется на несколько более низкие и более высокие частоты. В сообщении BBC говорится, что эта кривая была дана в «статье DBP (Телефонной администрации Федеративной Немецкой Республики) в томе 1 Красной книги 1957 г., посвященном первой пленарной ассамблее CCITT (Женева, 1956 г.)». DBP - это Deutsche Bundespost, немецкое почтовое отделение, которое предоставляет телефонные услуги в Германии, как и GPO в Великобритании. В сообщении BBC говорится, что «эта характеристика основана на субъективных тестах, описанных Белгером». и цитирует статью Э. Бельджера 1953 года.

Dolby Laboratories применили новое взвешивание CCIR-468 для измерения шума в своих системах шумоподавления, как в кино (Dolby A), так и на кассетных деках (Dolby B), где другие методы измерения не могли продемонстрировать преимущества такое шумоподавление. Некоторые авторы колонок Hi-Fi с энтузиазмом взялись за взвешивание 468, заметив, что оно отражает улучшение шума примерно на 10 дБ, субъективно наблюдаемое на кассетных записях при использовании Dolby B, в то время как другие методы могут указывать на фактическое ухудшение в некоторых обстоятельствах, потому что они недостаточно ослабляют шум. выше 10 кГц.

Стандарты [ править ]

Рекомендация CCIR 468-1 была опубликована вскоре после этого отчета и, судя по всему, основана на работе BBC. Более поздние версии до CCIR468-4 отличались лишь незначительными изменениями допустимых допусков. Затем этот стандарт был включен во многие другие национальные и международные стандарты (IEC, BSI, JIS, ITU) и широко принят в качестве стандартного метода измерения шума в радиовещании, профессиональном аудио и спецификациях Hi-Fi на протяжении 1970-х годов. Когда CCIR прекратил свое существование, стандарт был официально принят ITU-R ( Международный союз электросвязи ). Текущая работа над этим стандартом в основном связана с поддержанием IEC 60268, международного стандарта для звуковых систем.

Кривая CCIR сильно отличается от A-взвешивания в диапазоне от 5 до 8 кГц, где он достигает пика до +12,2 дБ на 6,3 кГц, области, в которой мы, по-видимому, чрезвычайно чувствительны к шуму. Хотя было сказано (ошибочно), что разница связана с требованием оценки навязчивости шума в присутствии программного материала, а не только с громкостью, в отчете BBC четко указывается, что это не было основанием для экспериментов. Настоящая причина такой разницы, вероятно, связана с тем, как наши уши анализируют звуки с точки зрения спектрального содержания вдоль улитки . Он ведет себя как набор близко расположенных фильтров с примерно постоянной добротностью , то есть шириной полосы, пропорциональной их центральным частотам. Высокая частотаСледовательно, волосковые клетки будут чувствительны к большей части общей энергии шума, чем волосковые клетки низкой частоты. Хотя ответы волосковых клеток не являются точно постоянным Q, и ситуация еще более усложняется из-за того, как мозг интегрирует выходы соседних волосковых клеток, результирующий эффект выглядит примерно как наклон с центром на 1 кГц, наложенный на A-взвешивание.

В зависимости от спектрального содержания, 468-взвешенные измерения шума обычно примерно на 11 дБ выше, чем A-взвешенные, и это, вероятно, является одним из факторов недавней тенденции отказа от 468-взвешивания в спецификациях оборудования по мере сокращения использования кассет.

Важно понимать, что спецификация 468 охватывает как взвешенные, так и «невзвешенные» (с использованием полосового фильтра 18 дБ / октаву от 22 Гц до 22 кГц) измерения и что в обоих измерениях используется особый квазипиковый выпрямитель с тщательно продуманной динамикой (A- взвешивание использует обнаружение RMS без какой-либо особой причины ^{[ цитата необходима ]} ). Вместо того, чтобы иметь простое «время интегрирования», этот детектор требует реализации с двумя каскадными «пиковыми последователями», каждый с разными постоянными времени атаки, тщательно выбранными для управления откликом как на одиночные, так и на повторяющиеся тональные пакеты различной длительности. Это гарантирует, что измерения импульсного шума должным образом учитывают нашу пониженную чувствительность слуха к коротким импульсам. Этот квазипикизмерение также называется псофометрическим взвешиванием .

Это было еще раз важно, потому что внешние радиопередачи передавались по «музыкальным каналам», которые использовали телефонные линии, с щелчками от Строуджера и других электромеханических телефонных станций. Теперь он обретает новую актуальность в измерении шума на компьютерных «аудиокартах», которые обычно страдают от щелчков при запуске и остановке приводов.

Текущее использование 468-взвешивания [ править ]

468-взвешивание также используется при измерении взвешенных искажений на частоте 1 кГц. Взвешивание остатка искажения после удаления основной гармоники подчеркивает гармоники высокого порядка, но только до 10 кГц или около того, где отклик уха падает. Это приводит к единственному измерению (иногда называемому измерением остаточного искажения ), которое, как утверждается, хорошо соответствует субъективному эффекту даже для усилителей мощности, где известно, что кроссоверные искажения гораздо более слышимы, чем предполагают обычные измерения THD ( полного гармонического искажения ).

Взвешивание 468 по-прежнему требует BBC и многих других вещательных компаний ^[4] с растущим осознанием его существования и того факта, что это более справедливо для случайного шума, где нет чистых тонов. ^{[ необходима цитата ]}

Часто для шума приводятся значения, взвешенные по шкале А и 468, особенно в характеристиках микрофона.

Кривая 468, хотя и не предназначена для этого приложения, также использовалась (смещение для размещения точки 0 дБ на частоте 2 кГц, а не 1 кГц) в качестве «M-взвешивания» в таких стандартах, как ISO 21727 ^[5], предназначенных для измерения громкости или раздражения. звуковых дорожек кино. Это приложение весовой кривой не включает квазипиковый детектор, указанный в стандарте ITU.

M-весовой доступен в AVEE игрок версии 1.3.0 или более поздней версии. ^{[ необходима цитата ]}

Краткое описание спецификации [ править ]

Примечание: это не полный окончательный стандарт.

Спецификация кривой взвешивания (взвешенное измерение) [ править ]

Кривая взвешивания определяется как принципиальной схемой сети взвешивания, так и таблицей амплитудных характеристик.

Выше представлена ​​схема взвешивающего фильтра ITU-R 468. Как показано на диаграмме, полное сопротивление источника и стока составляет 600 Ом (резистивное). Значения взяты непосредственно из спецификации ITU-R 468. Обратите внимание, что, поскольку эта схема является чисто пассивной, она не может обеспечить требуемое дополнительное усиление в 12 дБ; любые результаты должны быть скорректированы с коэффициентом 8,1333 или +18,2 дБ.

Таблица амплитудных характеристик:

Значения в таблице амплитудной характеристики немного отличаются от значений, полученных на принципиальной схеме, например, из-за конечного разрешения числовых значений. В стандарте сказано, что конденсатор емкостью 33,06 нФ можно регулировать или использовать активный фильтр.

Моделирование приведенной выше схемы и некоторые расчеты дают эту формулу для получения амплитудной характеристики в дБ для любого заданного значения частоты:

${\ displaystyle R _ {\ mathrm {ITU}} (f) = {\ frac {1.246332637532143 \ cdot 10 ^ {- 4} \, f} {\ sqrt {(h_ {1} (f)) ^ {2} + (h_ {2} (f)) ^ {2}}}}}$

${\ displaystyle \ mathrm {ITU} (f) = 18,2 + 20 \ log _ {10} \ left (R _ {\ mathrm {ITU}} (f) \ right)}$

куда

${\displaystyle h_{1}(f)=-4.737338981378384\cdot 10^{-24}\,f^{6}+2.043828333606125\cdot 10^{-15}\,f^{4}-1.363894795463638\cdot 10^{-7}\,f^{2}+1}$

${\displaystyle h_{2}(f)=1.306612257412824\cdot 10^{-19}\,f^{5}-2.118150887518656\cdot 10^{-11}\,f^{3}+5.559488023498642\cdot 10^{-4}\,f}$

Требования к ответу на тональный сигнал [ править ]

Одиночные посылки 5 кГц:

Повторяющийся тональный сигнал [ править ]

5 мс, пакеты 5 кГц с частотой повторения:

Невзвешенное измерение [ править ]

Использует ФВЧ 22 Гц и ФНЧ 22 кГц 18 дБ / декаду или больше (таблицы будут добавлены)

См. Также [ править ]

• Фильтр взвешивания
• Контур равной громкости
• Взвешивание шума
• А-взвешивание
• Измерения аудиосистемы

Ссылки [ править ]

• Справочник звукоинженера , 2-е изд. 1999 г., под редакцией Майкла Талбота Смита, Focal Press
• Введение в психологию слуха, 5-е изд., Брайан Си-Джей Мур, Elsevier Press

Внешние ссылки [ править ]

• Определение AES pro audio для взвешивания ITU-R 468
• Принципиальные схемы блока взвешивающего фильтра