测量噪声信号的非线性失真。方案、说明

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在文章中，作者提请读者注意一种实际未使用的测量放大器非线性的方法。使用这种方法对 UMZCH 非线性失真进行客观测量的结果与专家收听期间的主观评估结果惊人地一致。

测量声音传输路径中非线性失真的已知方法非常多样化 [1, 2]。谐波法因其实验最简单、计算方便而被广泛应用。其他方法不太常见：差音、调制音、互调制（互调）。还测量瞬态互调失真。

这些方法都有各自的应用领域。此外，它们都使用特殊信号，可在检测失真产物方面提供最高效率。然而，这正是其对于引入音频路径的失真的整体评估信息含量低的原因，并且显着影响真实音频信号传输质量的主观（专家）评估。

真实信号的非线性失真的可见性与其瞬时值落入声音传输路径的显着非线性区域的频率有关，如果我们及时考虑该过程，或者如果对其应用统计测量，则有多大概率。许多人可能不得不观察，随着过载通道中信号电平的降低，声音的嘶哑声如何消失。它越小，信号尖峰落入过载区域的频率就越低。

声音传输路径中信号传输函数s的典型特征如图1所示。 1a. 这里：sin，sout - 通过功率归一化的输入和输出信号； W(s)——瞬时信号值sin的概率密度。 A 部分对应相对较小的非线性，B 部分对应较大的非线性。为了分析方便，取图。图2b示出了相同功率的两个信号的瞬时值的概率密度分布W(s)的图：白（高斯）噪声（曲线1）和谐波噪声（曲线1）。由图可知如下如图 16a 所示，输入信号的所有值，受正弦函数 W(s) 的限制，都落在非线性度较小的传输特性部分，而对于噪声信号，XNUMX% 的时间其值都落在非线性度较大的传输特性部分。很明显，噪声信号比正弦信号遭受更大的失真。

测量噪声信号的非线性失真

在[3]中，提出了自然声音（语音和音乐）信号瞬时值概率密度的研究结果。就电平分布而言，它们更接近噪声信号而不是谐波信号。因此，基于上述方法的非线性失真估计给出了对真实信号的实际非线性失真的误解。

使用噪声信号的鲜为人知的测量方法提供的信息要丰富得多 [1–2]。

其中一种方法 [4] 在电影摄影和电视中用于测量摄影音轨的非线性失真 [5]。该方法的测量框图和频谱图如图2所示。

测量噪声信号的非线性失真

测量信号由 GBSH 的白噪声发生器生成，并借助频带为 3...12 kHz 的 PF 带通滤波器进行限制，并馈送到 OI 测量对象的输入端。噪声信号 PNI（互调）的非线性失真产物通过低通滤波器后的电压表 V 进行测量，并在 30 Hz ... 1,2 kHz 频段进行加权。非线性的数值指标是失真产物的均方根电压 (UС) 与设备内置发生器以 1 kHz 频率生成的参考信号电压 (UВ) 的比率，以分贝表示：

KISH \u20d 1 lg (UС / UВ)。（一）

所描述的测量方法在7E-67设备中实现，并在电影制片厂中成功使用。在电视上，类似的设备是 INIF 仪表。

失真测量也通过谐波方法使用三分之一倍频程噪声带形式的测量信号进行[5-9]。框图和频谱图如图 3 所示。 XNUMX.

测量噪声信号的非线性失真

从用于研究 RI 测量对象的 FFT 带通滤波器单元生成的粉红噪声发生器中，交替选择频带，并且随着频率的增加每倍频程 3 dB 的电平下降提供了测量信号在任何三分之一倍频程频带中的恒定功率。在信号 U1 的电压失真产物中，仅考虑其位于三分之一倍频程带中、平均频率为 nf2 的谐波 U3、U1，其中 n = 2, 3...,f1 是测量信号频带的平均频率。测量由连接到测量对象输出的交流频谱分析仪进行。噪声信号谐波系数的数值指标由以下公式确定：

应该考虑到，用这种方法测量的可靠性很大程度上取决于测量对象的带宽限制。

还有其他更复杂的使用噪声信号的测量方法。作者认为，此类信号在音频设备测量中的广泛使用受到多种因素的阻碍：分析随机信号的设备稀缺且成本高昂，需要修订标准（例如放大器的输出功率），以及许多习惯于正弦信号的工程师的思维惯性。

为了实际评估噪声信号使用的有效性，作者根据标准方法（谐波方法）对几个 UMZCH 中的非线性失真进行了比较测量，并使用 7E-67 设备在相同的放大器过载值下对噪声信号进行了比较测量。为了进行测试，在电路和元件基础方面选择了各种 UMZCH，旨在为大房间发声（功率 100 W 或以上，所有型号都有过载指示器）。此外，还对声音再现质量（SQA）进行了十分制的主观评估。

放大器非线性的测试结果如表所示。功率放大器1 - 4 - 具有不同反馈深度（A）的晶体管，放大器5 - 电子管。该表显示了根据设备1E-7的KG在67kHz频率下的谐波系数和噪声互调系数的值。

放大器的条件数	科夫。谐波，KG，%	科夫。噪声互调，KIS，%	CG/KIS 比率	一般OSS的深度，A (dB)	SOK（分数）
1	0,01	9,8	980	78	2
2	0,02	9,3	465	72	3
3	0,01	10	100	81	1
4	0,1	0,9	9	19	5
5	0,13	0,8	6,15	14	9

当测量噪声信号的非线性时，具有深度整体反馈的晶体管放大器中的高失真是由于噪声形式的测量信号具有高波峰因数并且包含相当宽的频谱，从而产生更广泛的失真产物，并且所有放大器的 KG / KIS 比率的显着差异是由于短期过载期间互调失真的增加。从表中可以看出，具有较大 SOS 深度的 UMZCH 也具有较大的 CG / KIS 比率，因此获得较低的 SOC 分数。

根据测试结果，可以得出以下结论：

1. 对噪声信号的非线性失真的控制具有更大的信息内容，使您更接近对声音再现质量的主观评估。

2、设计声音传输路径的各个部分时，不仅要努力降低谐波系数，还要努力降低噪声互调系数。

所述方法最初是为了测量胶片摄影音轨的非线性而提出的（当控制其复制技术过程的质量时），因此，对于包括扬声器在内的高质量声音传输路径的测量，建议校正测量信号带宽。

在这种情况下，专业 UMZCH 噪声互调测量的不同之处在于该设备通常以最大功率使用，允许短期过载。与电子管放大器相比，在晶体管放大器中，最大电流限制在过载期间通常更加明显，这对应于非线性失真的急剧增加。在家庭环境中使用的UMZCH中，实际上无法通过正确选择的功率来实现信号限制模式，因此建议考虑使用限制噪声信号电平的技术的选项。在这种情况下，具有不同元件基础的放大器之间的差异可能会显着减小。此外，应该记住，还有许多关键参数 - 频带、相位和瞬态特性、固有噪声水平......

文学

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Ishutkin Yu. M.，Rakovsky VV 电影录音和再现设备的测量。 - M.：艺术，1985 年，第 XNUMX 页
Shitov AV, Belkin BG 代表自然声音的信号的统计特性及其在电声系统研究中的应用。 - NIKFI 论文集，卷。 56, 1976
Rakovsky VV 一种测量摄影横向音轨中非线性失真的方法。授权。证书第 136573 号 (1960) - BI，1961 年，第 5 号。
RTM 19-17-72。电影 35 和 16 毫米。底片录制补偿方法、照相冲洗、正片冲印及照相留声机质量控制技术规定。 - M.：尼克菲，1972 年。
Penkov G. Verhu 使用随机平稳信号测量非线性曲率。使用窄卷尺根据正常噪声在非线性曲率上进行测量。 - NIIKRA 新闻，第 6 卷。 - 索非亚，1966 年。
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作者：A.Syritso，莫斯科

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