可衡量的客观音频性能
模拟电气
频率响应 (FR)
此测量值告诉您音频组件的输出电平在哪个频率范围内将保持合理恒定(在指定的分贝范围内,或者不超过 1 kHz 时振幅的一定 dB 数)。某些音频组件(如音调控制)旨在调整特定频率下信号内容的响度,例如,低音控制允许衰减或强调低频信号内容,在这种情况下,规范可以指定频率响应采用音调控制“平坦”或禁用。前置放大器还可能包含均衡器、滤波器,例如用于播放需要 RIAA 频率响应校正的 LP,在这种情况下,规范可以描述响应与标准的匹配程度。另一方面,频率范围是扬声器和其他传感器有时使用的术语,用于表示可用的频率,通常不指定分贝范围。功率带宽也与频率响应有关——表示高功率下可用的频率范围(因为频率响应测量通常在低信号电平下进行,此时转换速率限制或变压器饱和不会成为问题。
具有“平坦”频率响应的元件不会改变指定频率范围内信号内容的权重(即强度)。音频组件的频率范围通常在 20 Hz 到 20 kHz 之间,这大致反映了人类的听觉范围(大多数人的最高可听频率小于 20 kHz,16 kHz 更典型[4])。具有“平坦”频率响应的元件通常被描述为线性元件。大多数音频组件在其整个工作范围内设计为线性的。设计良好的固态放大器和 CD 播放器在 20 Hz 到 20 kHz 之间的频率响应可能仅变化 0.2 dB。[5]扬声器的平坦频率响应往往比这小得多。
总谐波失真 (THD)
音乐素材包含不同的音调,某些类型的失真涉及频率是这些音调频率的两倍或三倍的杂音。这种与谐波相关的失真称为谐波失真。对于高保真度,电子设备通常预计< 1%;扬声器等机械元件通常具有不可避免的更高电平。在使用负反馈的电子产品中,低失真相对容易实现,但以这种方式使用高电平反馈一直是发烧友中备受争议的话题。[来源请求]基本上,所有扬声器都比电子设备产生更多的失真,在中等响度的聆听水平下,1-5% 的失真并非闻所未闻。人耳对低频失真不太敏感,在大声播放时,音量通常低于 10%。仅为正弦波输入产生偶数次谐波的失真有时被认为比奇数次失真更麻烦。
输出功率
理想情况下,放大器的输出功率可以测量并引用为在特定负载下指定失真水平下每个通道的最大均方根 (RMS) 功率输出,根据惯例和**法规,这被认为是音乐信号上可用的功率最有意义的衡量标准,尽管真实的非削波音乐具有很高的峰均比,并且通常平均值远低于可能的最大值。通常给出的 PMPO(峰值音乐功率输出)的测量方法在很大程度上没有意义,并且经常用于营销文献中;在 1960 年代后期,关于这一点存在很多争议,美国** (FTA) 要求所有高保真设备都必须引用 RMS 数据。近年来,音乐力量一直在卷土重来。另请参阅 音频功率。
功率规格要求指定负载阻抗,在某些情况下会给出两个数字(例如,扬声器功率放大器的输出功率通常在 4 和 8 欧姆处测量)。为了向负载提供最大功率,驱动器的阻抗应该是负载阻抗的复共轭。在纯阻性负载的情况下,驱动器的电阻应等于负载的电阻,以实现最大输出功率。这称为阻抗匹配.
互调失真 (IMD)
与被放大的信号没有谐波关系的失真是互调失真。它是衡量不同频率输入信号的不必要组合所产生的杂散信号电平的量度。这种效果是由系统中的非线性引起的。足够高水平的负反馈可以减少放大器中的这种影响。许多人认为,最好以最小化反馈水平的方式设计电子设备,尽管这在满足其他高精度要求的同时很难实现。与谐波失真一样,扬声器驱动器中的互调几乎总是比大多数电子设备中的互调大。IMD 随着锥体偏移而增加。减少驱动程序的带宽会直接降低 IMD。这是通过将所需的频率范围分成单独的频段,为每个频段使用单独的驱动器,并通过分频滤波器网络馈送它们来实现的。陡峭斜率分频滤波器在降低 IMD 方面最有效,但使用大电流组件实现成本可能太高,并且可能会引入振铃失真。[6]使用有源分频器可以大大降低多驱动器扬声器中的互调失真,尽管它大大增加了系统成本和复杂性。
噪声
由系统本身或添加到信号中的外部源的干扰产生的不需要的噪声的级别。嗡嗡声通常仅指电源线频率下的噪声(与宽带白噪声相反),它是通过将电源线信号感应到增益级的输入端、调节不当的电源或组件接地不良而引入的。
串音
由接地电流、杂散电感或元件或线路之间的电容引起的噪声(来自另一个信号通道)的引入。串扰有时会显著减少声道之间的分离(例如,在立体声系统中)。串扰测量会产生一个以 dB 为单位的数字,相对于接收干扰的路径中的标称信号电平。串扰通常只是在同一机箱中处理多个音频通道的设备中的问题。
共模抑制比 (CMRR)
在平衡音频系统中,输入中存在相等和相反的信号(差模),施加在两条导联上的任何干扰都将被减去,从而抵消该干扰(即共模)。CMRR 是衡量系统忽略此类干扰的能力,尤其是其输入端的嗡嗡声的能力的指标。通常,只有当输入上的长线路或存在某些类型的接地回路问题时,它才有意义。不平衡输入没有共模电阻;其输入端的感应噪声直接显示为 Noise 或 Hum。
动态范围和信噪比 (SNR)
组件可以容纳的最大级别与它产生的噪声级别之间的差值。输入噪声不计入此测量。它以 dB 为单位。
动态范围是指给定信号源(例如,音乐或节目素材)中最大响度与最小响度的比率,此测量值还量化了音频系统可以承载的最大动态范围。这是无信号设备的本底噪声与可在指定(低)失真水平下输出的最大信号(通常为正弦波)之间的比率(通常以 dB 表示)。
自 1990 年代初以来,包括音频工程学会在内的多个权威机构建议在存在音频信号的情况下测量动态范围。这避免了基于使用空白介质或屏蔽电路的可疑测量。
然而,信噪比 (SNR) 是本底噪声与任意参考电平或对齐电平之间的比率。在“专业”录音设备中,此参考电平通常为 +4 dBu (IEC 60268-17),但有时为 0 dBu(英国和欧洲 – EBU 标准校准电平)。“测试级别”、“测量级别”和“阵容级别”的含义不同,通常会导致混淆。在“消费类”设备中,不存在标准,但 −10 dBV 和 −6 dBu 很常见。
不同的介质通常表现出不同数量的噪声和动态余量。尽管不同单位的值差异很大,但典型的模拟磁带可能提供 60 dB,CD 可能提供接近 100 dB。大多数现代质量放大器的动态范围为 >110 dB,[7] 接近人耳的动态范围,通常约为 130 dB。请参阅计划级别。
相位失真, 群延迟和相位延迟
完美的音频组件将在整个频率范围内保持信号的相位相干性。相位失真可能极难减少或消除。人耳在很大程度上对相位失真不敏感,尽管它对听到的声音中的相对相位关系非常敏感。我们对相位误差的敏感性很复杂,再加上缺乏提供易于理解的质量评级的便捷测试,这就是它不是传统音频规范的一部分的原因。[来源请求]多驱动器扬声器系统可能具有复杂的相位失真,这些失真是由分频器、驱动器放置和特定驱动器的相位行为引起或纠正的。
瞬态响应
对于稳态信号,系统可能具有低失真,但在突然的瞬态信号上则不然。在放大器中,这个问题可以追溯到在某些情况下的电源、高频性能不足或负反馈过多。相关测量包括 slew rate 和 rise time。瞬态响应的失真可能很难测量。按照现代标准,许多其他优秀的功率放大器设计被发现具有不足的转换速率。在扬声器中,瞬态响应性能受驱动器和外壳的质量和谐振以及分频滤波或扬声器驱动器时间对齐不足引起的群延迟和相位延迟的影响。大多数扬声器会产生大量的瞬态失真,尽管有些设计不太容易产生这种失真(例如静电扬声器、等离子弧高音扬声器、带状高音扬声器和具有多个入口点的号角外壳)).
阻尼系数
通常认为数字越高越好。这是衡量功率放大器控制扬声器驱动器意外运动的能力的指标。放大器必须能够抑制由扬声器锥体的机械运动(例如惯性)引起的共振,尤其是质量较大的低频驱动器。对于传统的扬声器驱动器,这主要涉及确保放大器的输出阻抗接近于零,并且扬声器线足够短且直径足够大。阻尼因数是放大器和连接电缆的输出阻抗与音圈直流电阻之比,这意味着长而高电阻的扬声器线会降低阻尼因数。对于现场扩声系统,20 或更高的阻尼系数被认为已经足够了,因为与惯性相关的驱动器运动的 SPL 比信号电平低 26 dB,并且不会被听到。[8]放大器中的负反馈会降低其有效输出阻抗,从而增加其阻尼系数。