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楼主 |
发表于 2012-10-19 10:47
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这类标准性的资料搜下就可以了
电平在现代音响系统中至关重要,电平值的正确选择决定着整个音响系统的质量优劣。正确认识和测量电平十分重要。因此,要对电平的基本概念、电平的单位、电平的应用和电平的计算有个全面了解,尤其是:在数字系统和数字、模拟混合系统中,弄清满刻度电平的概念及“0”dBfs所对应的模拟电平值(+24dBu)的依椐,更是必要。本文将讨论这些问题。
现代音响系统,无论是录制系统、播出系统、传送系统还是扩声系统,都离不开“电平”值。比如在一个录制系统中,准确地选择了一个恰当的录音电平,那么对这个录制系统将来录出的节目信号质量就能起保障作用。因此,准确理解“电平”和电平的相关属牲、掌握“电平”的测量方法是十分必要的。
一. 电平的基本概念
在现代广播、电影、电视、音响系统中,级和分贝经常出现。级和分贝的定义是:这个量与同类基准量的比值再取对数,其对数的底与基准量的类别一定要加以说明。
级和分贝的类别通常要在前面用词冠来加以说明,如:电平、磁平、声压级、响度级等。对数的底以及所用的比例常数,则由单位,如:分贝、奈培等来说明。
奈培是级的单位,其对数为自然对数,底为e。量值为(电压、电流)或功率的平方根,符号是Np。奈培常在电信技术中使用。广播、电视系统只在测量音频电缆时使用。
分贝是贝尔的十分之一,称“分”贝尔,简称为分贝,符号是dB。
奈培与分贝的关系是1Np=8.686dB。
通常情况下,电平均指绝对电平。如:常用的dBm、dBu、dBv、dBr、dBFS等都是绝对电平。
1.绝对电平=20㏒(V2/V0)dBm。V2为某测量点电压、V0某基准值电压。
其中,绝对“零”分贝电平是指:功率P0=1mw;电压V0=0.775Vrms;电流I0=1.228mA和阻抗Z0=600Ω时的值,用0dBm表示。称作绝对“零”分贝电平。
2.相对电平是指某一测量点与某基准值的比较(如功率、电压、电流等)。
相对“零”分贝电平=20㏒(V2/V1)dB。如某一测量点电压为0.775Vrms、其基准值电压也为0.775Vrms时,[即V2=V1时],称做相对“零”分贝电平。即:0dB。值得注意的是,此时测量点的阻抗和基准点的阻抗必须相同。(这个问题在电平的计算中将进行讨论)。
二. 电平(分贝)应用
电平在电学、声学、磁学中均有广泛的使用。尤其在现代广播、电影、电视、音响系统中更是离不开它。
在电学计量中,分贝(dB)是一种“电平”单位。
在声学计量中,分贝(dB)是一种“级”的单位。如:声压级、声强级等。
在磁学计量中,分贝(dB)是一种“磁平”的单位;磁平是指记录在磁带上的剩余磁通量。
用单位磁迹宽度的短路带磁通量为基准。常用单位是:纳韦伯/米(n wb/m)有效值。我国广播标准参照CCIR标准作出定:在带速为38.1cm/s及19.05cm/s时,以1KHz信号为参考频率,其单声道的“参考磁平”为320n wb/m;立体声双声道时“参考磁平”为510n wb/m。
关于“工作磁平”我国广播标准中对工作磁平的规定是:在录音时采用“工作磁平”,比“参考磁平”低6dB(即单声道时,工作磁平为160n wb/m;立体声双声道时、工作磁平为255n wb/m)。最大记录磁平为12dBu;饱和磁平为14dBu。
三. 几种常用的电平单位
dBm:是以0.775Vrms(阻抗为600Ω)为参考电压的电平单位;
dBu:是以0.775Vrms(阻抗不限)为参考电压时的电平单位;
dBv:是以1.0Vrms(阻抗不限)为参考电压时的电平单位;
dBr:是相对参考电平单位,测量电声系统的幅频特性时,常被选用;
dBfs(dB full scale):是数字音频信号电平单位。亦写做dBFS。
表1为某一电声系统所测量的幅频特性,用不同单位表示时的实际值。用dBu表示时,如“表1中第一行所示;而用dBr表示时,如“表1”中第二行所示(取1KHz时的0dBr=4dBu为基准时)。
显然,用dBr表示时,幅频特性的优劣,更为显而易见。
表1 分别用dBr与dBu表示幅频特性的比较
四. 数字音频系统中满刻度电平的概念
“0”dBfs:是满刻度的数字音频参考电平,称:数字满刻度电平。是指在数字域的音频系统中,对最大值所对应的A/D或D/A变换器,所能转换的模拟信号不被削波时的信号电平。它用于带有A/D或D/A转换器的数字音频设备,是一项“满刻度”指标。“满刻度”是指:转换器可能到达“数字过载”之前的最大峰值电平,满刻度电平值是由转换器内部设计所决的是一个固定电平值。
“0”dBfs对应+24dBu,曾是我国的广播电影电视行业标准。其最大可能编码的电平值,用与其相对应的模拟信号电平值表示。所采用的编码方式,至少相当于16比特均匀精度。目前,已成为中华人民共和国国家标准,即GB/T14919-1994《数字声音信号源编码技术规范》。
在广泛地对节目信号录制的研究中得知,节目信号瞬态电平的大小与声音信号的类型有关,有训练的播音员讲话的瞬态电平可达(14-18)dB;而大型交响乐的瞬态信号电平可以达(18-20)dB。以在数字方式录制节目时,信号峰值储备量应尽量包含较宽的瞬态值,以减少削波失真。所以在录制动态较大的节目时,其信号峰值储量应设在20dB左右。所以,国标中规定“0”dBfs对应+24dB,而以往的对应模拟信号电平为+22dBu的数字设备也能继续使用。
1.原广播电影电视行业标准GY/T192-2003《数字音频设备的满度电平》是这样规定的,电声系统的“工作电平”为15dBu,最高峰值电平为24dBu(尚符合现在国标的规定)。图1示出了“选择示意图”
图1 根据DY/T192-2003标准确定的电声系统工作电平选择示意图
示意图1的说明如下:
0VU:对应+4dBu为基准电平,这是电声系统的选择所决定的;
11dB:是节目信号最高准平均值电平,比基准电平(0VU参考电平的+4dBu)高 11dB。即节目信号最大允许工作电平(其中,基准电平4dBu+最高准平均值电平11dB)为15dBu,这个电平也就是该电声系统的“工作电平”。
9dB:考虑到节目信号的瞬间峰值,应留有(9~12)dB的电平储备量,这里选择为9dB,当然根据实际需要,储备值也可有不同的选择。若储备量选择得过大,系统的信噪比将随之降低,所以这个储备量值的选择应当慎重。
2.欧洲广播联盟(EBU-R68-2000)的规定为“0dBfs对应+22dBu。
如图2所示,是欧广联标准的电平图:
图2 EBU-R68-2000满度电平技术说明图
图2中的说明
9dB:节目信号最大允许电平比基准电平高9dB,实际上是比0dBu高+13dB;
6dB:考虑到操作误差和节目信号瞬间峰值的影响,应留有6dB的电平储备余量;
3dB:考虑到广播用准峰值表的特性,实际的瞬间峰值比准峰值表的指示要高3dB;
在数字设备中,数字音频信号编码电平的基准电平应比系统最大可能的峰值电平低18dB;
数字音频设备的校准信号为1KHz的简谐信号。
3.美国电影与电视工程师协会(SMPTE)在RP 155-1995中建议数字音频系统满度电平为:
0dBfs对应+24dBu其中,最大允许工作电平由自己掌握,未做规定。
图3 SMPTE推荐的满刻度电平技术说明
图3中,关于基准电平的建议仍为+4dBu。因为,数字录音格式是线性,电平基准按SMPTE推荐的RP155-1995所述:音频电平同于在数字电视磁带录制机上录制数字电平的音频电平所规定。认为编码电平最大值应比基准信号电平高20dBu。
值得注意的是在电声系统中,各国(含各个环节中)的数字音频设备的满度电平值可能不一样(如英国设备为22dBu)。所以,在选择电声系统的工作电平值时,应考虑留有足够的峰值电平储备量,否则就会产生节目信号瞬间的峰尖值造成较大失真,而在节目信号低峰时又可能被噪声所淹没。
五. 数字电平(dBfs)与模拟电平(0VU)的关系
1.VU:是声音信号的“音量单位”
在电声工程中用于对节目信号强度进行计量的专门仪表,称之为:音量单位表。也称音频节目表。这种专门仪表是采用平均检波器(二极管桥式整流器)并按简谐信号的有效值来确定刻度。因此,它是一种准平均值表。
2.“0”VU:是声音信号的“参考电平值”
一般,用于节目信号测量时的准平均值为+4dBu(1.228伏)。
当测试信号为1KHz的简谐信号时,“0”VU是否对应+4dBu电平值,要取决于节目信号的峰值因数大小。例如:当节目信号的峰值因数为6dB时,虽然“音量单位表”指示值为“0”VU,但此时所对应的峰值电平却是4dBu+6dBu为10dBu。
3.数字音频信号编码电平(dBfs)与音量单位(VU)表指示的对应关系
由上述峰值因数的影响可见,通过被测系统后VU表测量的“0”VU数字音频节目信号与测试信号(1KHz)的实际值不一样(用1KHz时无需加衰减器,用节目信号时要分别加不同衰减)。图4是用于“对应关系比较”时的测量方框图。
图4 测量编码电平(dBfs)与VU表指示对应关系的框图
表2为测试信号(频率为1KHz简谐信号)对应VU表指示值所测得的数据(注调音台增益为1)
表2 1KHz信号编码电平(dBfs)与VU表指示值对应状况
从表2中不难看出,数字编码电平与VU表指示值有固定的相应关系(通过加不同衰减量)。
表3为节目源信号分别在S节1峰值因数为24;S节2峰值因数为10dBu;S节3峰值因数为4和S节4峰值因数为1等情况下测得的数据(注调音台的增益为1)。
表3节目信号编码电平与VU表指示不对应状况(峰值)
综上所述,电声系统中加音频测量信号(1KHz)时,数字编码电平与音量单位表(VU)有固定的对应关系,而在加节目信号时无对应关系(与峰值因数有关)。
六. 分贝值的计算
在实际工作中经常遇到,分贝值的计算问题,查起对数表即费时又费力,还不便找到对数表,下面根据工作经验给出求分贝值的简便算法。
表4 求分贝值的简便算法
60分贝的计算实例
已知放大器输入电压为0.05V,输出电压为5V时,分别求:
输入、输出端阻抗为600Ω
输入阻抗为300Ω,输出阻抗为600Ω
③输入阻抗为600Ω,输出阻抗为300Ω时,放大器的增益(K值)
通过上述实例可见:阻抗相同时才能直接用两个测量点电压比来计算,阻抗不同时应当考虑阻抗比。 |
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