信噪比与噪声

信噪比和噪声

以下摘自http://baike.baidu.com/view/7271.htm

信噪比和噪声

信噪比是音响行业公认的衡量音响设备质量水平的重要指标。几乎所有的电声设备都会标记这个指标。没有这个指标的设备要么是特殊的设备，要么是非正式的产品。信噪比、失真率、频率响应是音响设备的基本指标或基本特征。在评估音响设备或系统水平之前，我们必须首先评估这三个指标。这三个指标中的任何一个都不合格，这表明设备或系统存在重大缺陷。作为设备和系统的基本指标之一，必须高度重视信噪比。

信噪比，英文名称叫SNR或S/N（SIGNAL-NOICE RATE)，指电子设备或电子系统中信号与噪声的比例。信号是指需要通过设备外部处理的电子信号。噪声是指设备产生的原始信号中不存在的不规则的额外信号（或信息），该信号不会随着原始信号的变化而变化。还有一种叫做失真的原始信号不存在。失真实际上与噪声有关。两者的区别在于失真是有规律的，而噪声是不规律的。

测量信噪比的单位是dB，其计算方法为10LOG(Pn/Ps)，其中Ps和Pn分别代表信号和噪声的有效功率，也可转换为电压振幅值的比率关系：20LOG(Vn/Vs)，Vs和Vn分别代表信号和噪声电压的有效值。在音频放大器中，除了放大信号，我们希望放大器不应该添加任何其他额外的东西。所以信噪比越高越好。

T测量和计算信噪比：

通过计算公式，我们发现信噪比不是一个固定值，应该随着输入信号的变化而变化。如果噪声固定，输入信号越高，信噪比越高。显然，这种变化的参数不能用作衡量标准。要使其成为衡量标准，必须使其成为定值。因此，信噪比作为设备的参数，定义为设备最大不失真输出功率下信号与噪声的比率，使所有设备的信噪比指标的测量方法统一，可以在相同的测量条件下进行比较。信噪比通常不是直接测量的，而是通过测量噪声信号的范围来转换的。通常的方法是给放大器一个标准信号，通常是0.775Vrms或2Vp-p@1kHz,调整放大器的放大倍数，使其达到最大不失真输出功率或范围（失真范围由制造商决定，通常为10%和1%），并记下此时放大器的输出范围Vs，然后撤除输入信号，测量此时输出端的噪声电压，记录为Vn，再根据10LOG(Vn/Vs)可计算出信噪比。

这种测量方法完全可以反映设备的性能。然而，在实践中，我们发现这种测量方法经常出现误差。一些信噪比测量指标高的放大器听起来比指标低的放大器更大。研究发现，这不是测量方法本身的错误，但这种测量方法并没有考虑到耳朵对不同频率的声音的敏感性是不同的。如果同样的噪音集中在数百到数千之间Hz，和集中在20KHz以上是完全不同的效果，我们可能根本没有注意到后者。因此，引入了权的概念。这是一个统计概念，其核心思想是在统计中，应保留有效、有用的数据，无效、无用的数据应尽可能排除，使统计结果接近最准确，每个统计数据由权力，权力越高越有用，权力越低，无用数据权力为0。因此，经过一系列的测试和研究，科学家们发现了一条通用等响曲线，它代表了人耳对不同频率声音灵敏度的差异。将曲线引入信噪比计算方法后，先兆比指标更接近人耳感觉的结果。噪声中对人耳影响最大的频段权最高，而人耳听不到的频段权为0。这种计算方法被称为A计权已被称为音响行业中常用的计算方法。

噪声的类型、来源和电磁兼容性

在一个音响系统中，由于信号是串联的，设备的噪声将被放大到以下设备中，因此系统的最终噪声是系统中所有设备噪声的累积。然而，当我们了解系统中每个设备的信噪比指标时，我们能确定整个系统的信噪比指标吗？不，远非如此。这从噪声的来源和类型开始。

我们将噪声来源分为内部和外部。由于实验室的测试条件通常非常优越，在这种情况下测试的信噪比指标实际上是设备内部噪声的反应。内部噪声主要由电路设计、制造工艺等因素引起，外部噪声由电子环境和物理化学环境（自然环境）引起，外部噪声不能反映在信噪比指标中。这一点通常会被很多人所忽略，经常听到有人说：这唱机的信噪比指标不是挺高的吗？怎么听起来这么吵，骗人？……。这是对信噪比指标含义不清造成的误解。

外部噪声通常被称为干扰……简而言之，它不是由设备本身产生的。因此，另一个不显眼的指标突出了它的意义——电池兼容性。

电磁兼容性有两个层次的含义。一是设备在运行过程中不会干扰其他设备耐干扰性强，在一定的外部干扰下仍能正常工作。第一层意思很容易理解，第二层意思对音响设备有进一步的意义，即如何定义正常工作状态。这种正常不仅要出声，还要保证一定的性能指标，包括信噪比。也就是说，在一定的外部干扰条件下，电磁兼容性能优异的设备和设备的噪声比指标不应明显恶化。

事实上，许多音响产品在电路设计中都有电磁兼容的阴影，如滤波器、压敏电阻、金属材料外壳、屏蔽线内部信号线等。实践证明，这些措施对抑制干扰有很大的作用。

噪声来源非常复杂，我们可以大致分为三种，一种是部件产生的固有噪声，电路中几乎所有部件都会产生一定的噪声、晶体管、电阻、电容器，噪声连续，基本固定，频谱分布广泛，噪声除了改进部件材料和生产工艺外，也就是说，这种噪声几乎可以在没有实验的情况下计算出来。幸运的是，许多高质量部件的固有噪声非常小。在设计电路时，选择高质量的部件可以将噪声压制到一个非常小的水平，这样我们就根本听不到了。

第二种噪声来自电路本身的设计错误或安装过程中的缺陷。电路设计错误往往会导致电路的轻微自我激励（自由振荡状态）。这种自我激励通常超出了我们能听到的声音范围，但在某些特定条件下，它们会间歇性地影响声音的中高频率，从而产生噪音。安装过程有点复杂，如接触不良、接触表面形成二极管效应或接触电阻随温度和振动而变化，导致信号传输特性和噪声。还有部件布置的错误。将高温部件排列在对温度敏感的部件旁边，或者在对振动敏感的部件旁边放置一些轻微振动的部件，或者没有足够的减震措施……等等，会产生一定的噪音。这些噪音可以说是人为的，可以避免或大大降低经验丰富的电子设计师。

第三种噪声非常广泛，经常被提及。这种噪声来源非常复杂，主要包括几个方面：

空间辐射干扰噪声：任何导体通过交变电流的时候都会引起周围电场强度的变化，这种变化就是电场辐射，同样，像变压器这样的磁体也会引起周围磁场强度的交替变化。众所周知，交变电场和磁场中的闭合导体会产生与电场磁场变化频率相同的交变电流，也称为感应电流。所有部件、导线、电路板上的铜箔都是电导体，因此不可避免地会产生感应电流。这种感应电流叠加在信号中会产生噪声。

线路串扰噪声：一些电气设备通过电源、信号线等线路直接产生干扰信号进入音响设备。

传输噪声：这种噪声是信号在传输过程中由于传输介质的问题产生的，比如接插件的接触不良、信号线材质不佳、地电流串扰等等。其中，地电流串扰往往容易被忽视。由于大多数民用音响设备采用不平衡传输，信号线的外屏蔽层实际上参与了信号传输。通常，屏蔽层与音响设备的地面连接，大部分音响设备的地面与设备的外壳连接，并与住宅供电线路提供的地面连接。正常情况下，住宅供电的土地非常理想，使所有连接线路的土地平等。但是，一旦这个接地出现故障，甚至某些不负责任的电力公司将这个地与市电的“零线”连接，就会出现问题了。此时消耗大功率设备的地面电压比其他设备高一点 差异也会随着功耗的大小而变化。众所周知，一般音频信号线中传输的信号非常弱，足以使信号线中传输的信号发生很大变化。除了失真，这种变化还包含一定的噪音。而且由于接地不良，空间辐射对信号传输的影响也会加剧。

噪声的表现

我们以前对噪音有一些了解，那么我们如何区分这么多种噪音呢？当然，这取决于听。让我总结一下我们经常听到的噪音及其来源：

稳定的嘶嘶声或沙沙声：这是放大器电路元件产生的固有噪声，通常非常轻微和稳定，不会随着音量调节而变化。除了改变放大器的电路设计外，噪声无法消除。
嗡嗡声：这通常被称为交流声，来源非常复杂，设备工艺设计不合理，连接电缆的屏蔽能力会产生这样的声音。有时，电源电压过低会导致内部电路工作异常，也会产生交流声。
噼啪声：所谓放电声，设备内灰尘过多是造成这种声音的主要原因。有时，如果组件超过使用寿命而失效，也会产生这种声音。在这种情况下，应立即修理和检查，否则可能会出现更大的问题。
流水声：这是一种高频自激现象，是电路设计不良造成的，属于质量问题。
咆哮、汽船声：典型的高频、低频自激，应立即关闭系统电源，检查设备之间的连接是否有误。
偶尔的滋滋声：交流供电线路的串扰。当交流电的供电质量很差时，也会出现这种现象。
噗噗声:内部部件出现故障。
广播声：电路设计不良，放大器开环频率很差，非线性失真严重，不适当处理会产生这种现象。这种现象通常是由于设计师片面追求过宽的闭环频率噪声，而放大器电路本身的开环性能不良。这种情况往往会导致高频自我激励，严重时会导致喇叭或耳机燃烧。

噪声对音质的影响

噪声对音质的影响很大，尤其是主观音质评价，有时起着决定性的作用。音响行业从模拟音频向数字音频演变的主要目的之一是提高信噪比，降低噪声。盒式磁带录音机的信噪比指标约为-20~40dB采用杜比降噪技术后最大可达到－67dB，LP唱片约为－30～50dB，开盘式磁带录音机约为－50～60dB，一般的CD唱机则可以达到－90～110dB，而最新的DVD-A和SACD可以达到－120dB以上，从这个进步上看，音响行业对于信噪比指标式十分看重的。
　　噪声对于音质的表现主要有几个方面：

　　一是过大的噪声会严重干扰听音者对音乐本身的关注，这是对于那些幅度很大的噪声信号而言的，这情形就像听音乐会时你了邻座不断大声聊天、手机乱响、磕瓜子劈劈啪啪，在这种环境下听音乐，听者不会有好心情的。
　　二是噪声会影响音乐细节的再现。我们知道，人耳的听觉具有“遮蔽效应”，在遮蔽效应中，除了强音对于弱音具有“屏蔽作用”外，还包括另一个现象，就是当两个声音的响度相差不大的时候，往往我们会把这两种声音混淆在一起，或者会感到出现时间比较长的那个声音的存在，出现时间短的声音就会弱化。正常情况下，噪声电平通常都不高，而音乐中的某些细节和噪声电平相当，这样，这些细节就会被“淹没在噪声的海洋中”，使得我们无法感受到它们。而这些细节(也称为弱信号）在声音重播环节中往往起到非常微妙的作用，我们所谓的“临场感”“空气感”“堂音”“泛音”等等主观音质中的元素就靠它们来实现，没有了它们“高保真”的效果就会大打折扣。
　　三是某些类型的噪声时系统故障的先兆或者诱因，如果不及时解决和避免，可能对系统的安全造成隐患，这一点前面前面已经有所说明了，这里不再赘述。
　　此外，很多时候，噪声并不是孤立的，信噪比指标的不好有可能暗示着器材设计上的失误，这一点对于设计者来说很重要。

噪声的消除措施
  
　　对于一般的消费者来说，是不可能消除器材本身的固有噪声的，遇上这种情况除了更换器材没有其它方法。但是，对于外部干扰，我们是可以用一些办法解决的：

　　电磁屏蔽：对于空间辐射干扰，我们可以选择金属质地的机柜来承载我们的系统，并且将金属机柜有效接地，就可以低档很多空间辐射。此外，对信号线、电源线也采取特殊的屏蔽处理，可以有效消除电子辐射干扰。对于那些漏磁比较严重的器材，我们可以将其放到距离其它器材较远的地方，或者加一个铁制机柜包起来，也可以大大消除磁场辐射。

　　净化电源：对于从供电线路中窜入的干扰信号，采用交流净化电源是个非常有效的方法，这种电源分为有源和无源两种形式，前者兼具交流稳压作用，除了可以滤除干扰外，还可以稳定供电电压，保证器材的正常工作状态。后者仅仅起到滤除干扰的作用，通常是以电源插座的形式出现，如果家中供电电压比较稳定，这样的电源净化器也有不错的效果。某些交流净化电源除了稳压滤波作用外，还有功率因数补偿、波形校正的功能，这种净化电源是最理想的电源净化设备，可惜价格不菲，一般人难以接受。

　　牢靠连接：采用高质量的接插件，保证信号线接头部位接触良好。

　　保养维护：爱惜你的器材，不要让它们长期工作在恶劣的环境下。总之，你去看看使用说明书，厂家的提示一般都说得非常清楚了。

 

 

 以下摘自http://zhidao.baidu.com/question/24521618.html?si=1

THD+N

在介绍音频功率放大器的文章中，有时会看到“THD+N”，THD+N是英文Total Hormonic Distortion +Noise 的缩写，译成中文是“总谐波失真加噪声”。它是音频功率放大器的一个主要性能指标，也是音频功率放大器的额定输出功率的一个条件。
理想的音频功率放大器，若不考虑该功率放大器的增益大小，输入一定频率的正弦波信号，其输出也应该是没有失真（波形没有变形）、没有噪声的正弦波信号。但真实的音频功率放大器的输出音频信号总会有一点失真，并且叠加了噪声（在正弦波上叠加了高频杂波）。这种失真是较小的，从波形图中也难看出来，只有用失真仪才能测出。波形的失真是由于在正弦波上加了多种高次谐波造成的（如3次谐波、5次谐波等）所以称为总谐波失真。理想的音频功率放大器没有谐波失真及噪声，所以THD+N=0%。实际的音频功率放大器有各种谐波造成的失真及由器件内或外部造成的噪声，它有一定的THD+N的值。这个值一般在0.00n%-10%之间(n=1～9)。

THD+N性能指标
THD+N表示失真+噪声，因此THD+N自然越小越好。但这个指标是在一定条件下测试的。同一个音频功率放大器，若改变其条件，其THD+N的值会有很大的变动。
这里指的条件是，一定的工作电压VCC(或VDD)、一定的负载电阻RL、一定的输入频率FIN（一般常用1KHZ）、一定的输出功率Po下进行测试。若改变了其中的条件，其THD+N值是不同的。例如，某一音频功率放大器，在VDD=3V、FIN=1kHz、RL=32Ω、Po=25mW条件下测试，其TDH+N=0.003%，若将RL改成16欧，使Po增加到50mW，VDD及FIN不变，所测的TDH+N=0.005%。
一般说，输出功率小（如几十mW）的高质量音频功率放大器（如用于MP3播放机），它的THD+N指标可达10-5，具有较高的保真度。输出几百mW的音频功率放大器，要用扬声器放音，其THD+N一般为10-4；输出功率在1～2W，其THD+N更大些，一般为0.1～0.5%.THD+N这一指标大小与音频功率放大器的结构类别有关（如A类功放、D类功放），例如D类功放的噪声较大，则THD+N的值也较A类大。
这里特别要指出的是资料中给出的THD+N这个指标是在FIN=1kHz下给出的，在实际上音频范围是20Hz～20kHz，则在20Hz～20kHz范围测试时，其THD+N要大得多。例如，某音频功率放大器在1kHz时测试，其TDH+N=0.08%。若FIN改成20Hz-20kHz,，其他条件不变，其THD+N变为小于0.5%。
输出额定功率的条件
过去有用“不失真输出功率是多少”这种说法来说明其输出功率大小。这话的意思指的是输出的峰峰值没有“削顶”现象出现，即Vout(P-P)=Vcc-（上压差+下压差）这种说法是不科学的。即使不产生削顶，它也有一定的失真。较科学的说法是THD+N在某一指标下可输出的功率是多少。即在一定的Vcc电压、一定的负载电阻RL时、一定的THD+N下可输出多少功率。这输出功率一般是在这条件下的最大输出功率，称为额定功率。音频功率的额定功率主要取决于Vcc的大小。在THD+N不变条件下，如Vcc=5V，RL=4Ω时，输出额定功率为2W；若Vcc=3V、RL=4Ω时，输出额定功率降为0.7W。当然，若额定功率为2W，如果增加输入电压使输出超出2W，则其TDH+N必然大于额定值时的THD+N值。
输出功率在100mW左右的音频功率放大器常用THD+N=0.1%作为额定输出功率的条件。例如，某立体声耳机的音频功率放大器，在THD+N=0.1%，输出功率为80mW。这80mW可看作该音频功放的额定输出功率。
输出功率达几百毫瓦的常用THD+N=1%为条件。如某音频功率放大器在Vcc=5V、THD+N=1%时可输出330mW。这330mW也可看作是在Vcc=5V时的额定输出功率。从上面可以看出；这里的THD+N=0.1%、1%的值仅仅作为输出额定功率的一个条件。实际应用时比额定输出功率要小，其THD+N的值也要小得多。例如，Vcc=5V，额定输出功率为330mW时，其条件是THD+N=1%。若同样在Vcc=5V，输出功率降为120mW时，其THD+N的典型值仅为0.02%。