音頻工作站的噪聲

【摘要】 本文闡述了數(shù)字音頻工作站在使用過程中各種噪聲的來源及處理方法。

【關(guān)鍵詞】音頻工作站 聲卡 干擾 噪聲

隨著數(shù)字音頻技術(shù)的發(fā)展與成熟，各地廣播電臺基本都采用了音頻工作站進(jìn)行廣播節(jié)目的制作、編輯、管理和播出。濮陽人民廣播電臺子2000年開始使用成都德貝公司研制的AVSIOO數(shù)字音頻處理系統(tǒng)，又與2013年又重新組建了中心機(jī)房，這次選用了永安博YAB3000 P3編播系統(tǒng)和PreciAusio2.2.6.2制作系統(tǒng)替代了原有的音頻系統(tǒng)。徹底實(shí)現(xiàn)了電臺節(jié)目制作，管理播出的數(shù)字化和自動化。高效方便的音頻工作站受到廣大編輯、記者和主持人不可或缺的節(jié)目制作工具，其高效自動化的播出功能也使得本來極易出錯，需要精力高度集中的播控工作變得非常輕松。

采用數(shù)字技術(shù)的音頻設(shè)備一般均具有較高的電聲指標(biāo)和近乎完美的還音效果，沒有理由懷疑采用專業(yè)聲卡和專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的壓縮技術(shù)的音頻工作站的傳統(tǒng)的音頻指標(biāo)上會出現(xiàn)問題。如我臺使用的永安博數(shù)字音頻工作站系統(tǒng)采用的錄音制作卡和播出卡，其標(biāo)稱信噪比都在80dB以上，頻響20Hz-20KHz范圍內(nèi)小于±0.5dB，失真小于0.1%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般模擬設(shè)備的指標(biāo)要求，這一指標(biāo)是合理并且相對保守的，沒有任何理由值得懷疑。

然而，音頻工作站使用的工作平臺是普通的電腦，電腦生產(chǎn)廠商不會象CD、DAT、MD在音頻方面進(jìn)行專門的考慮與設(shè)計。因此，安裝進(jìn)電腦的各類專業(yè)聲卡在正常工作時是否能達(dá)到的設(shè)計的指標(biāo)，還需要實(shí)際的測試來證實(shí)。

一.低頻共振噪聲

在音頻工作中，我們最常碰到的噪聲干擾是低頻噪聲，即所謂的“嗡嗡聲”。其頻率通常是200Hz（倍頻程）以下的聲音，其產(chǎn)生的原因之一是由于相連設(shè)備的地電位不等，通過兩端接地的屏蔽層形成環(huán)路，串入信號中，有時會產(chǎn)生大于信號幅度的干擾，嚴(yán)重影響信號的質(zhì)量。此外質(zhì)量不佳的電源輸出的直流電源中也會有低頻的噪聲。這些噪聲干擾在實(shí)際的音頻工作中都會經(jīng)常用到。

我臺直播室目前使用的播出卡，播出方式為不平衡輸出，所用電腦是2012年購置的，在實(shí)際應(yīng)用中卻遇到了播出站與調(diào)音臺之間按常規(guī)連接后信噪比劣化，以至于無法正常工作的情況。測試結(jié)果為46dB，有較明顯的低頻哼聲。受其影響，諧波失真、通道串音、頻率響應(yīng)等指標(biāo)也低于合理的數(shù)值。

起初我們認(rèn)為這種情況只要適當(dāng)改變接地方法，問題就可解決，但在實(shí)驗(yàn)中多次改變播出站的接地方式，仍無明顯效果，開始懷疑聲卡本身問題，但更換新聲卡后再測試，信噪比仍達(dá)不到標(biāo)稱值。又排查整個播出機(jī)房接地情況，有效的接地仍無法有效地抑制這種干擾。 懷疑播出站信噪比可能就是由于音頻播出站受到某種干擾引起的，經(jīng)過仔細(xì)查找，發(fā)現(xiàn)與播出站相連的校時信號線斷開后，系統(tǒng)的信噪比有了大幅度提升，達(dá)到了59～60dB。原因很明顯：校時信號是從遠(yuǎn)處的中控機(jī)房，通過不平衡的信號線送來的，較長的線距加上時鐘本身的電源產(chǎn)生了較大的干擾，從而通過電腦影響到了播出聲卡的信噪比指標(biāo)。

考慮到工作時校時信號不可能與電腦斷開，而上述噪聲均屬于通過地線串入的低頻共模噪聲，因此只要將調(diào)音臺與噪聲信號地分離，這一問題就應(yīng)該能夠得到解決。

我們當(dāng)時采用了用音頻變壓器隔離的措施，隔離后測量整個廣播大系統(tǒng)信噪比指標(biāo)，最高可達(dá)67dB，比隔離前的單機(jī)指標(biāo)還高！因?yàn)槲覀冋J(rèn)為：使用不平衡輸出的PCX20卡的音頻播出站容易遇到低頻公模干擾，可以采取用音頻變壓器加以隔離的方法加以改善。

二.聲卡的高頻噪聲

我們用測試設(shè)備對音頻工作站的單放聲卡PCX20的指標(biāo)進(jìn)行測試，用創(chuàng)新聲卡（不平衡輸出）作為參照。為方便測試的連接，聲卡信號不平衡輸出到調(diào)音臺，失真儀測試調(diào)音臺的主輸出（單機(jī)信噪比約為80dB、OdB信號電平）。測試結(jié)果如下：

在平衡輸出不隔離的條件下，音頻工作站聲卡PCX20信噪比為60dB，失真為0.08%；

在平衡輸出不隔離的條件下，創(chuàng)新聲卡信噪比為6ldB，失真0.075%；

在平衡輸出隔離變壓器的條件下，音頻工作站聲卡PCX20信噪比為64dB；

在平衡輸出隔離變壓器的條件下，創(chuàng)新聲卡信噪比為65dB；

上述所有測試信號電平均為OdB。

由于實(shí)測信噪聲均遠(yuǎn)大于80dB，故調(diào)音臺噪聲可忽略，所測數(shù)值可視為音頻工作站聲卡輸出的噪聲。通過示波器我們可明顯看到，未隔離時信號存在較強(qiáng)的低頻干擾，這是機(jī)箱中電源的公模干擾。但是在加了低頻隔離變壓器后，示波器中基本已看不到50Hz和IOOHz的噪音。可是，為什么這次測試中兩種卡的信噪比依然遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)稱值呢？

我們接著又測試了一塊平衡輸出的音頻工作站的單放聲卡PCXll+，由于是平衡輸出，不再接隔離變壓器。信噪比居然只有50dB！而且示波器中顯示的噪聲聲波并沒有低頻的電源噪聲。那么噪聲是從哪里來的呢？為防止測試失真儀故障導(dǎo)致測試有誤，我們又對失真儀進(jìn)行了校對，失真儀并未故障。

為徹底查清這一問題，我們借來了泰克700數(shù)字測試儀，重新對聲卡進(jìn)行測試。

鑒于分析的噪聲并非公模干擾噪聲，我們重點(diǎn)用泰克700對采用PCX11+卡的工作站進(jìn)行的測試。

泰克700測試出來的PCXII+的信噪比指標(biāo)非常好，低頻段看不出有任何明顯的噪聲，知道20kHz，各頻段的噪聲都很低，總的噪聲電平為76.7dB，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于先前模擬失真測試儀測出的數(shù)值。同時泰克700測試出該卡的頻率響應(yīng)曲線也非常的好看，與其標(biāo)稱值相符。

同時，且測出的失真度數(shù)據(jù)也不錯，具體見下表。

從兩種測試儀器測得的結(jié)果來看，對音頻工作站的頻率響應(yīng)和失真度的測試結(jié)果是一致的，也基本符合廠家提供的數(shù)據(jù)，唯一的區(qū)別是在對設(shè)備信噪比的測試結(jié)果上，兩種測試儀的結(jié)果相差近二十個dB，這無論如何是不符合常規(guī)的。

由于手頭沒有頻譜儀，我們只能用普通示波器對BASLA模擬指針式失真儀測出的噪聲信號進(jìn)行觀測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)占噪聲主體的信號波形的頻率均在遠(yuǎn)離音頻范圍的高頻端，其中創(chuàng)新聲卡的主要噪聲的頻譜集中在50kHz左右，而兩款Digigram聲卡的噪聲頻譜均在lOOkHz以上，更加遠(yuǎn)離通常的音頻信號范圍，這就難怪音頻測試范圍僅在20-20kHz的泰克700沒有測出那么高的噪聲了。

三.如何看待數(shù)字設(shè)備的高頻噪聲

無獨(dú)有偶，在此之前，我們曾經(jīng)對數(shù)字音頻光端機(jī)的指標(biāo)進(jìn)行測試，兩款進(jìn)口和國產(chǎn)的光端機(jī)在用BASLA模擬指針式是正義測試信噪比時又出現(xiàn)了信噪比指標(biāo)與廠方提供指標(biāo)相差懸殊的情況，用示波器觀察，發(fā)現(xiàn)同樣是設(shè)備音頻輸出的高端存在著約60dB的噪聲信號。可以由此推測，至少是部分的數(shù)字音頻設(shè)備在其輸出的高頻段存在著頻率在44- lOOkHz以上的幅度不等的噪聲。我們分析，數(shù)字設(shè)備在編碼解碼的過程中，存在著量化噪聲、混疊噪聲以及電路本身的熱噪聲，在對這些噪聲進(jìn)行處理時，設(shè)計者一般考慮的是音頻段內(nèi)噪聲的抑制，對于遠(yuǎn)離音頻段的高頻噪聲，一般不予考慮或者考慮不多，而我們具體的使用者使用的測試儀一般也僅僅測試音頻段的噪聲，很少有機(jī)會注意到其高頻段的噪聲。從實(shí)際工作情況來看，這一類的噪聲由于電平在60dB以下，對實(shí)際的音頻應(yīng)用也沒妨礙，也完全可以對此類噪聲忽略不計。只是在今后的測試過程中，如果用模擬設(shè)備測試數(shù)字設(shè)備的信噪比不太理想，應(yīng)該考慮到本文所述的原因。