数字音频设备信噪比的测量

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1、数字音频设备信噪比‘的测量孟子厚(北京广播学院音频工程系北京·100024),数字音频系统的量化噪声是伴随信号的出现而出现的因而无法应用传统的信噪比的测试方,法测盈数字音频系统的t化信嗓比二本文分析了数字音颇设备中t化噪声的特性介绍了借助,,FFT做功率谱密度函数计算进而由实测的系统的功率谱密度函教计算系统信噪比的方法并给出了应用实例.此法概念清晰直观,并借,。助FFT手段实现便于实用二,q一密度函数为P()则量化噪声x一y也是1引言一个,具有相同概率密度函数尸O的随机变,测量模拟式音频设备的信

2、噪比时,一般量其方差为2。2_。2。、,,、一E(,(、)‘是先测量信号的功率然后将输入信号置零卜{二,再测量噪声功率由分别测得的信号与噪声一(,,2二二二一),()d。3)的功率求得系统的信噪比。但对数字音频设鑫J几一备中信号对量化噪声的信噪比的测量就不能在不考虑过载噪声及在均匀量化的情形下,二R采用以上方法了因为量化噪声是与信号同△一2编/Z(4),,时出现的无信号输入时也就无量化噪声此量化器的误差值域为。‘一△/2镇时测得的只是热噪声或干扰噪声以下简介q蕊△/2(5),,由数字系统输出的功

3、率谱密度(PDS)来测量当量化位数R》1时△足够小可以近似认。,数字设备量化信噪比的方法为量化噪声在上述范围内是均匀分布的具,有白噪声的特性此时l/△;!g}簇L/△2数字系统的量化噪声P。(q)~(6)O;其它而量化噪声功率为一个数字音频系统一般由A/D变换器、,212~(1二名一明(7)‘~△//3)2、场传输信道(媒介)D/A变换器3部分组系统量化器的性能由信号对量化噪声的信噪,x,,成川设为输入y为输出整个系统的量比来度量y.,化过程由一Q(x)表示对量化位数为R量09(几22SNR=1

4、01/几)(dB)(8)况化阶数为L~2的均匀量化器x‘,·记为量化器的过载幅度人一匀/几为负,+l,·,y一y*=△;k~12.⋯L一1,(1)载因子则信噪比为x,;x“,xk+‘为+1一~△对有限.2SNR~6oZR一10109(无/3)(dB)(9)。么为量化器的量阶系统的量化误差为‘,对X~~X具有均匀概率密度函数的输宁=x一少~x一Q(x)(2),,。,入人一沂丁则也称为量化噪声不同于信道噪声或热噪声.SNR=602R(dB)(10),而是与信号相关量化噪声不是随意引入的,,~一X、,

5、。、,对X的正弦信号输入几~了万则的设输入xZ具有零均值其方差为dx概率:一一收稿日期9562。声学技术175SNR=6.02R+1.76(dB)(11)在实际计算或测量DFT时常对信号加,,音频工程中常用的非均匀的对数量化器是窗处理加窗的影响对信号和噪声都是相同,。,因而不影响对DFT和先将信号通过压缩器再通过均匀量化器量的SNR的测量由,,化最后通过扩张器还原信号其核心部件仍PDS测量数字音频系统的信噪比的步骤为,(1)对系统输入一确定频率和适当幅度是均匀量化器其性能取决于压扩方式和均。.匀

6、量化器的性能的正弦信号之2)计算或测量系统输出的DFT和3W.J量原理,。PDS由(16)式得输入信号的功率数字音频系统中信号对量化噪声的信噪(3)确定功率谱密度函数中的噪声平均比的测量必须在有信号存在的条件下进行,,。阐值NL得量化噪声的功率尹一NLx(t)~Asi2兀ft对系统输入一正弦信号n(+(4)计算系统的信噪比,二6)此信号的功率为SNR=一0109(P/a名)二.尸~A叮2(12)~PDS一NL+10logN+301(dB)(19)对量化后的x(t)做DFT(离散傅里叶变换)4实例

7、及应用x,e一Z,:x(m)一习()j,/N.一0图1给出了一计算机模拟信号的功率谱,,m~O1⋯⋯N一l(13)密度函数,此信号为三个幅度分别为5.12,功率谱密度函数为512,51.2的正弦信号加上二单位功率的白二2S(m)=(1/N)IX(m)1,,噪声信号而合成的对应最大谱峰值的理论Z,2二AN/4m一入寸/关.。(14)信噪比为5117dB图1的标度以未加窗的‘‘,{O二其它,。二二最大谱峰为参考点由图得最大谱峰为人为采样频率将S(m)与尸比较知·,,一754dB对应B[aekman窗

8、的增益平均噪P二=二25(m)/N(15)声阑值NL-一85.81dB.DFT的点数为用对数表示为,二1024(19)式ogP095二og101092点则由可得信噪比为10l~101(m)一10lN+51·18dB,。.与理论值相符=PDS一10logN+301(dB)(16)Sulat团P飞forSinu目ods运远知映‘1024脚.“荃竹斌比日.自山...如.PDS表示输入谱密度函数中输入正弦信号。对应的峰值由上式可根据系统输入的PDS台.Z嘴O净tl自.得到信号的总功率。l,〕如上节所述当