动态范围和信噪比之间的差异

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· Dark$ide 添加于 2017-06-14 · 暂无评论
出处:pro sound web

编译:MAO

这两个术语常被互换使用,但它们实际上并不完全相同

充足的信噪比的是设计专业音响系统的基本特性之一。

“动态范围” 和 “信噪比”这两个术语经常被我们互换使用,但深入研究发现,二者其实不尽相同。

音响系统的动态范围是指音响系统(或系统中的某一设备)重放时最大不失真电平和系统噪声电平之差。

所有电子设备都具有受电源功率以及设备底噪影响的动态范围。音响系统中过强的窄频底噪分量将会限制系统的动态表现。


信噪比是平均信号电平与平均本底噪声电平之间的差值。通常来讲,设备播放一段声音素材会有一个平均输出电平,然而,该素材的输出峰值电平应该超过这一数值的10dB至20dB。

因此,我们通常会将电平控制在“0”点附近,余量留给峰值电平。“平均”电平是很重要的,它是听众(以及电平表)用来判断系统响度的标准。

如果使用电压表来测量设备残留噪声的RMS值,该设备的信噪比将是此值(通常以dBV或dBu表示)与使用相同dB参考值表示的标称“零”输出电平之间的电平差。这就可以假设设备被设置到“零”点,这也使得我们在操作调音台的时候可以获得最大增益。

音响系统(或设备)的动态范围不依赖于正在播放的声音信号。它只是最大不失真输出电平和底噪中最高分量(通常为“A”加权)之间的差异。 信噪比需要一

个信号,因此必须在实际使用系统或设备的情况下进行测量。


具有宽动态范围的系统可能由于操作的方式而具有差的信噪比。 动态范围可用于描述可能用系统或设备实现的性能,而信噪比可用于描述实际实现的功能。

实践

可以使用声级计,通过在空气中手持仪表,选择适当的刻度和读取指示器,来测量在一场现场演出最佳聆听位置的“A”加权L(声压级)。

通常使用“A”标度,因为它对人类听觉灵敏度最佳的频谱部分(1-4 kHz)最为敏感。 由于大多数声级计为平均型,所以会产生平均声级。

当然,音源播放中的峰值将超过这个平均值,使得仪表不能快速响应来读取。这个“滞后响应量”通常在10dB的数量级上,但是可以更高(或更低),这由音源而决定。

现在,如果舞台上的所有声源都是静音的(打开麦克风),剩下的就是系统的底噪,我们可以用同样的方式在同一台仪表上进行测量。在一套设计完好的音响系统中,设备底噪应该为通过麦克风拾取的设备外部信号(而不是电子部件中的残留噪声)。


在一个具有40 dBA底噪的礼堂里,一般的会议麦克风的信噪比只有大约37 dB,演讲者(71 dBA @ 2英尺)通常距离麦克风一英尺左右。如果摆放10个与会议麦克风的灵敏度和电平设置相同的麦克风,则系统底噪将可能会增加10dB,因为10 log(麦克风的数量)= 10 dB。

然而,系统实际呈现的信噪比并不如设想这般,因为音响系统在放大音源信号的过程中也会放大环境中的噪声信号。拾音位置和麦克风对于改善系统底噪的数值有显著影响。

那么,同样用这套系统,如果换一个嗓音洪亮的歌手,用专业手持麦克风演唱一段120dB的音乐(对于舞台歌手而言并不常见),信噪比则会有80dB的优势表现,因为120 dBA -40 dBA = 80dB。这就是为什么我们宣称,良好的麦克风技术对于良好的系统性能至关重要,因为它最终建立了系统的信噪比。

我们使用25 dB作为该系统所需的最高NOM(麦克风数量)的礼堂音响系统的信噪比的最小标准。

同样还是在这套系统中,假设系统以线性方式产生的最大瞬时电平值在同一听众位置上为110 dBA。

即使系统运行在90 dBA的平均水平,这个幅度的峰值也是可能的。节目的最高峰值由所使用的扬声器和与其连接的放大器功率决定。我们也可根据这一数值推算系统的动态范围。

如果本底噪声最大分量是在声级计上以35dBA的数值测量的空调产生的窄带“呜呜”噪声,那么该系统的动态范围表现就很平凡了。(110dBA-35dBA = 75dB)。然而,我们也可以通过固定空调来消除呜呜声来增加系统的动态范围。

从这些例子可以看出,就听众而言,通常环境决定了音响系统的动态范围和信噪比。因为系统中的大多数电子元件的动态范围都在100dB或更大的数量级上,所以音响系统本身不会影响听众最终感受到的的声音信号。在所有设备正常运转的专业音响系统中,应具有至少96 dB的动态范围。

只有在录音棚或家庭影院中,设备本底噪声才能影响听众所处位置的动态范围或信噪比。因此,可以设计出具有非常宽的动态范围的音响系统,但是由于房间等因素的影响,信噪比可能相当差。

也可以设计一个每个组件都具有超过100 dB动态范围的系统,然而由于增益调节不当,而导致信噪比水平大幅度衰减。最常见的原因可能为放大器口子大开,或者调音台推子在-20 dBV左右调节。

我们在设计音响系统时,首先要选择具有宽动态范围的各个设备,其次要恰当的校准和操作系统,从而获取最大的信噪比。




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