音频系统性能的十个关键参数是什么

音频系统性能的十个关键参数包括效率、频率响应、全谐波失真、互调失真、相位失真、瞬态失真、瞬态响应、动态范围、声压电平和声电电平。

本常见问题问卷回顾了这些参数是如何被指定和测量的,并在结束的时候查看了美国职业安全与健康管理局(osha)和欧洲联盟(欧盟)的各种标准机构是如何指定安全声级的。

效率

效率衡量为一定量的功率产生的声音.音频放大器的效率差别很大。效率较低的放大器产生的热量相对较高,产生的声音功率较低。例如,典型的A/B类放大器大约有50%的效率。这意味着一个功率为100瓦的放大器也会消散100瓦的热量。A/B类性能介于A类和B类之间。A类放大器通常被认为是许多音乐爱好者的音频质量的黄金标准,但它们的效率低至15%至35%。B类放大器的效率超过75%,但它们受到串扰和变形的影响。A/B类放大器在A类和B类之间有良好的声音质量和效率。D类放大器使用开关模式电源技术,以达到高达90%的效率水平,非常好的声音质量。并非所有的D类放大器都是平等的,与传统的D类实现相比,多层次D类设计可能更有效( 图1 ).

图1各种音频放大器结构的效率差异很大

频率响应和范围

频率响应是指一个放大器的输出水平保持在指定的分贝范围内或不超过1千赫兹下输出的给定分贝数的频率。频率范围是一个相关的概念,但适用于扬声器,不提及一个分贝范围。功率带宽是另一个相关的规范,表明在高功率时可用的频率范围.它与通常在低功率水平上测量的频率响应形成鲜明对比,在低功率水平下,变压器饱和度等问题并不起作用。

具有平频率响应的放大器不会改变特定频率范围(通常指定为20赫兹至20千赫)的输出强度。虽然这是为了反映人的听觉,但大多数人没有听到超过16千赫兹的声音。一个精心设计的放大器可以有一个频率响应,最大频率从20赫兹到20千赫不等。

总谐波失真

谐波失真指的是在双或三倍频率的主音的虚假声音。总谐波失真(TDH),有时被称为失真因子,是所有谐波分量的功率与原频功率之比。

所谓的高保真放大器的TCD值将低于1%。利用负反馈减少失真可以达到较低的失真水平,但这是一种有争议的技术。此外,扬声器比大多数放大器产生更多的失真(对于中等音量水平,1%到5%),因此高保真放大的好处有限。此外,人类耳朵对变形有非线性敏感性,对低频率和低体积的变形也不那么敏感。最后,与奇序失真相比,产生偶序谐波的失真可能不那么明显。

互调失真

调制失真(IMD)与被放大的信号无关.这是不同频率输入信号组合产生的错误信号和系统非线性结果的结果。像这样,IMD可以减少使用负面反馈。

在扬声器中控制IMD更为复杂。像这样,扬声器中的IMD比放大器大。在扬声器中,IMD与锥偏移成正比,可以通过减少驱动器的带宽来减少。在一个实际的解决方案中,实现这一点的方法是将信号分成几个不同的驱动频率范围,并通过交叉滤波器网络将结果信号输入扬声器。使用主动交叉网络可以进一步减少IMD .

相位变形

相位失真测量输入和输出信号之间的相位转移.使用交叉滤波器网络减少IMD可导致增加相位失真。一般来说,相位失真是很难消除的,但是它在音频系统中的重要性是有限的,因为人的耳朵对它相对不敏感,除非它是极端的。没有简单的测量相位失真的标准测试,也没有包括在音频规范中。这可能是一个问题的射频和其他高频应用。

瞬态失真和瞬态互调失真

当扬声器的声音输出水平没有输入信号那么快变化时,就会发生暂时性的失真。耳的心理声学表现倾向于使之对瞬态变形不敏感。

瞬态互调失真(TIM)与放大器的性能有关,可以通过将固定频率的爆发输入放大器并与输出进行比较来测量。蒂姆对人的听觉比其他类型的扭曲更引人注目。声音质量更多的是与存在的失真类型有关,而不是与音频放大器的TD有关。因此,尽管TD很重要,高性能的音频放大器也会指定蒂姆。

暂时反应

放大器或扬声器可能具有低失真的稳定状态信号,但没有足够快的响应瞬态。在放大器中,由于高频性能不佳或负反馈太多,可能导致瞬态响应不佳。扬声器中的瞬态响应来自于驱动器和附件的质量和共振。交叉滤波器或不一致扬声器驱动器增加的延迟增加了瞬态响应问题。瞬态响应可能难以量化,通常不包括在音频规范中。

动态范围

动态范围是可以由放大器或扬声器处理的最大和最小音量的比率。它是用db测量的,它是无输入信号的放大器或扬声器的噪声底板与可在指定的失真水平上处理的最大信号之间的比率。

声压

声压,又称声压,是指由声波引起的局部偏离大气压力。它是用麦克风测量的。还使用20x10的参考水平在数据库中表示。 -6 爸爸。声波的功率随压力的平方上升.在美国osha定义了基于曝光时间的安全声压水平。职业安全管理局标准规定的每日限制包括8小时的90分贝噪音或1小时的105分贝噪音。声强可与声压混淆.他们不一样。声强等于声压和声球(空气分子)速度的数学乘积。声压是标量,声强是矢量,因此声强是矢量量。

图2电动机声强和声压

音响功率

声音功率,也叫声功率,是指每单位时间发出或接收声音能量的速率。W是测量声音功率的SI单位。音功率有时被称为声通量或声通量。有许多条例旨在控制各种来源的噪音排放。有些规章规定了在数据库中测量的方法.一些标准包括对声波排放的标签要求。

吵闹机器

对各种类型的机器设定了噪音限制.例如,在欧盟,户外机器产生的噪音是有限的。其他类型的设备,如家用电器,可能不需要达到最大限度,但必须标上保证的最大功率。欧洲有各种各样的噪音限制标准,例如:

· EC/2000/14户外设备噪音排放指令

· ISO15744:手持式非电动工具

· ISO7779/ECMA-74:信息技术和电信设备

· ISO9296/ECMA-109:申报的计算机和商业设备噪音排放值。

· 60704:家用电器

· 标准45635

· ISO6393:在固定条件下测量的土方机械。

· ISO6395:在动态条件下测量的土方机械。

在进行认证测量时,通常使用基于声音压力的声音功率测量。一套ISO标准规范这些要求和详细的测量程序。基于声压的标准包括2000/14/EC、ISO3744、ISO3745、ISO6394、ISO6395以及空调、供暖和制冷学会260。还有国际标准化组织的标准来规范基于内容的合理测量程序。声强按每个区域的声强测量(W/M) 3 )。国际标准化组织关于以意向为基础的声音功率的标准包括国际标准化组织ISO9614-1和国际标准化组织9614-2。

总结

音频系统性能的关键参数从效率开始,包括频率响应和频率范围、信号失真的几种形式、声压和声强。除了量化音频系统的性能外,这些参数还被用来为各种设备类型、操作环境和在美国和欧盟的应用设定安全的声级。