动态范围与动态阈的.doc

Bvoadcast—pvoduction—2006.10.发表 动态范围与动态阈的测量 [提要] 本文详细的分析了. 各种声音(节目)信号(乐器和人声)的动态范围.定 义.计量方法及其特征,重点强调与简谐信号计量值的区别;而动态阈是指电声系统和设备的最高允许准峰值电平与它们的噪声准峰值电平之差。动态阈是对电声糸统和设备的技术指标的要求,显然动态范围与动态阈是两个完全不同的概念,而动态阈与信号噪声比也是不 同的, 因此在动态范围与动态阈这两个向题上是不能混淆的. [关键词] 动态范围 ,动态阈,信号噪声比. 声音（节目）信号的动态范围是指声音（节目）信号的最强声与声音（节目）信号的最弱声的强度之差。一般用分贝表示。 声音（节目）信号的强度可以用好几种计量值表示，而且声音（节目）信号的几种基本计量值之间的关系又不是固定不变的，所以使用不同的计量值来表示声音信号的动态范围时，数值上就会有所不同，甚至于产生很大的差异。在广播、电视和电声工程中更多的是使用声音（节目）的有效值和准平均值来表示声音（节目）的动态范围，近年来，为了更准确地反映声音（节目）信号在广播、电视和电声系统中的流程状态，使用声音（节目）信号的准峰值来计量声音（节目）信号的动态范围占了绝大多数。 声音信号强度的几种计量值 在声音信号强度测量准中，为了能充分反映出声音信号的波形特点，前后出现了五种计量值来表示声音信号地声压和电压的强弱，在将声压折算成声压级以及将电压折算成电平时，也会涉及这五种计量值。其中有三种是基本的计量值，两个是导出的计量值。 1．峰值：它是声音信号在一个完整周期内（周期信号）或一定长时间内（非周期信号）的最大瞬间绝对值。声音信号电压的峰值表示为： 式中： －－声音信号电压在 至 时间内的峰值，脚注p为Peak的缩写； ――声音信号电压的瞬时值；T ――计量周期。 2．有效值（或称均方根值） 有效值：它是指声音信号瞬时值平方平均值的平方根值，它等同于相同功率的直流信号强度来代表数值。所以声音信号电压的有效值定义为： 式中：Urms ――声音信号电压在 至 时间内的有效值，脚注rms为root mean square的缩写； ――声音信号电压的有效值；T ――计量周期。 3．整流平均值（简称平均值） 整流平均值：它是指声音信号瞬时绝对值的平均值，也就是将声音信号进行全波整流（取绝对值）后的直流分量数值（取平均值）。 声音信号的整流平均值电压的定义式如下： 式中：U avg ――声音信号电压在 至 的时间间隔内的整流平均值，脚注avg为average的缩写； ――声音信号电压的瞬时值；T ――计量时间区间。 从上述的定义可以看出，声音信号的峰值、有效值和整流平均值都是用一个直流信号与之相比较而得来的有关数值。这三个基本计量值在广播、电视、音响系统的测量中得到广泛的应用。 准峰值和准平均值是用声音信号的有关数值与简谐信号的有效值相比而导出的计量值。 4．准峰值：它是用与声音信号相同峰值的稳态简谐信号的有效值表示的数值。 准峰值定义式为： 式中： ――声音信号电压的准峰值；脚注q-p为quasipeak的缩写。 5．准平均值：它是用与声音信号相同平均值的稳态简谐信号的有效值表示的数值。 准平均值定义式为： 式中： ――声音信号电压的准平均值，脚注q-a为quasiaverage的缩写。 综上所述，不难看出，简谐信号的五个计量值有其特有的固定比例关系。如图所示： 图1 简谐信号的五个计量值之间的固定比例关系 但是，对声音（节目）信号来说是千变万化的，它们的五个计量值之间的比例关系不再像简谐信号那样有固定的比例关系，而是因声音（节目）信号的频谱成分或波形的不同而不同。如图2所示 图2 相同有效值的声音信号与简谐信号峰值的不同 为相同有效值的声音（节目）信号与简谐信号峰值的不同，即一个简谐信号的有效值和一个声音（节目）信号的有效值是相同的，从图2中不难看出，声音（节目）信号的峰值与简谐信号的有效值却完全不同，声音（节目）信号（实线）与简谐信号（虚线）的有效值是相同的，而它们的峰值却是完全不同的，此时，声音（节目）信号的峰值与有效值之间不再按简谐信号的 / 的比例关系了。当然，声音（节目）信号的峰值与其整流平均值之间也不再按简谐信号的 的固定比例关系了。 经过大量的测量统计发现，有些声音（节目）信号声压（或对应的电压）波形有特别高的峰尖，它们的峰值对其有效值之比，称峰值因数，有的可能高达16－18分贝，而大多数常见的声音（节目）信号的峰值因数，一般在0－15分贝，绝大多数在13分贝