雜音說起來,也應算是失真的一種,因為我們可在輸出端發現她的存在,而卻不屬於它所輸入之訊號,這種失真與諧波失真或互調失真唯一的差別在於:後者是由一些單個的頻率訊號所組成,但前者卻以不等的分量散佈於整個頻譜。由於在任何頻率都有雜音的存在,有些頻率根本是人耳所無法感受的。因此,對於音響之測試而言,我們理應首先剷除這類音頻以外之雜音,超過20KHz與低於20Hz就不需考慮了,故而,低通與高通濾波器應運而生。
吵雜因素(Annoyance Factor)
我們的耳朵對不同頻率的感受性是不同的,在儀器上即使指示相同的功率,聽起來卻有深淺之別。根據有名的Fletcher-Munson實驗曲線,在較低的聆聽位準時,對於音頻的低音端與高音端都不太敏感。因為雜音位準在一般的Hi-Fi音響中都非常的低,故而以人類這種「非平坦響應」之聽覺作為基準,不同頻率的雜音其所謂的吵雜因素也應有所不同。例如:在某聆聽位準時,低60dB之60Hz之哼聲之吵雜度應較同樣低60dB之1000Hz雜音為少,10KHz處之嘶聲也比5KHz左右的較不刺耳。考慮這種實際情況,於是有「加權網路」(weighting network)的產生。美國國家標準學會(ANSI)制定了三種音頻雜音測試的加權標準,分別稱「A」加權,「B」加權與「C」加權。當作雜音測量時,加權網路必須插入於負載與交流伏特計之間,如圖1所示。
測量的方法:首先加一已知輸入訊號以得一參考輸出位準,此參考位準通常是待測機器之額定功率,然後將訊號產生器移開,輸入端接地,插入加權網路,讀出伏特計上之讀數,然後將之轉換成「低於參考位準多少dB」,若是加權網路本身有插入損失(insertion loss),尚需把此損失之dB值家回去。做完了測試,完整的敘述必須指出所選用的是「A」加權或者「B」「C」。
加權網路 ABC
標準「C」加權的頻率響應,在10KHz以上,20Hz以下開始下降,衰減率是6dB/octave。「B」加權與「C」加權類似,只是增加了一個半功率點(-3dB)在160Hz之高通網路,故低頻端之衰減率變成12dB/octave。「A」加權與「C」加權的不同點,是它增加了兩個相同的RC串級高通網路,每一段RC的半功率點都在280Hz,因此,低頻端衰減更快了。圖2所示即各種加權之頻率響應曲線,
圖3是簡單的「A」加權網路,工作於600歐姆之訊號源阻抗,輸出端需接至1M歐姆輸入阻抗的AC伏特計。
CCIR 加權
最近,由進一步的研究指出,雜音的「吵雜因素」並不一定與以往Flecher-Munson的「等響度」曲線吻合,故而有CCIR加權網路的研究產生,更能正確表出吵雜因素與雜音之關係,它的頻率特性如圖5所示,可與圖4的A加權做個比較,
圖片是頻譜分析儀(Spectrum Analyzer)所顯示的雙跡曲線,橫軸為對數式的頻率軸,自左至右為20Hz至20KHz之掃描,縱軸為每隔10dB之增益變化。各圖中上端之水平線為參考位準,下端曲線則為兩種加權網路之頻率響應,並經過插入損失之補償修正。
有兩點需要特別一提的:在CCIR加權中,2KHz至12KHz之間的雜音被加強了(圖5中超過參考位準之部分);換言之,音響系統中,若存在3至6KHz左右的雜音,其所給予人吵雜的程度被認定為超過了該頻段的節目訊號。另一個「A」加權不同的地方,CCIR所加權的頻段比較移近音頻之高頻端。
再作仔細的比較,2KHz以下的頻率,「A」加權較CCIR加權為重視,而2KHz至15KHz之間雜音,則是CCIR較為重視,因此,若Hi-Fi高頻雜音多,以CCIR網路與「A」網路測試之結果,CCIR會有較差的S/N比,反之,若是低頻雜音較多,則「A」加權的S/N筆會較差。
對於錄音帶或錄音座的好壞,嘶聲雜音要比交流哼聲重要得多,故而採用CCIR網路較為適合。
圖6、7、8分別是測試同一高品質卡式錄音座之結果,其中橫軸為線性式頻率軸,每格代表2000Hz,全部是0~20KHz。圖6是未經加權網路之參考位準,圖7為除去訊號後,用「A」加權測得之結果,圖8則為插入新型CCIR網路之測試結果(上方水平線是參考位準)。
結 論
若對所有音響之雜音測量都採用CCIR,則類似的產品間S/N比之高低,VTVM上之讀數可說與吵雜度頗為貼切,但若只在規格上任意指出例如相同60dB的S/N比,則實在無法制定兩種機型這方面是孰優孰劣的,讀者對此應有所了解才是。
轉載音響技術第27期 MAR.1978 淺談雜音之加權測試法/陳 華
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