基于音頻測量和音頻處理的民機旅客廣播優化分析

朱旭

【摘 要】本文從優化民機旅客廣播系統音頻的角度出發，在系統設計中將音頻測量和音頻處理相結合，首先通過音頻測量，分析旅客廣播系統的聲學與電氣特性，分析需要調節和優化的設備或系統指標。再根據音頻測量的結果，通過音頻處理和控制對聲音進行放大和加工處理，改善旅客廣播系統的聲學和電特性，提高旅客舒適度。

【關鍵詞】旅客廣播；音頻測量；音頻處理

0 引言

旅客廣播舒適性，是飛行過程中旅客對于客艙廣播的一種感官體驗，優化民用飛機旅客廣播系統目的主要是提高旅客在飛行過程中聽覺的舒適性。

人耳的聽覺有個范圍。頻率方面，可被聽見的聲音頻率范圍為20Hz～20kHz，其中人耳對頻率范圍在3～4kHz的聲音感覺最為靈敏。幅值方面，正常人聽覺的聲壓級范圍為0～140dB，當聲壓達到140dB及以上，人耳會感到疼痛，這個聽覺閾值稱為“痛閾”；當聲壓大于0dB，通常為0.3dB左右，人耳剛剛可以聽見聲音，這個聽覺閾值稱為“聽閾”。

綜上可知，要保證良好的聽覺體驗，需對聲音的頻率和聽覺環境的音量進行調整與優化。

本文將對音頻測量和音頻處理等方法進行分析，討論如何優化系統性能和提高旅客廣播的舒適性。

1 音頻測量與分析

首先通過音頻測量，分析旅客廣播系統的聲學與電氣特性，分析需要調節和優化的設備或系統指標。

針對旅客廣播的音頻測量包括串音和隔離度測量、噪聲測量、相位和頻率測量、信號頻譜分析、非線性抑制測量、眼圖及抖動測量等。1.1 串音和隔離度測量

串音是表征從一個音頻通道到另外一個通道的泄露程度，隔離度是指隔離串音的能力。測量過程中，將正弦波信號輸入到被測設備的一個通道中，然后從其他通道測量該信號的電平，可用帶通濾波器進行串音和隔離度測量。

1.2 噪聲測量

噪聲測量時，使用寬帶濾波器對被測系統進行約定的帶寬濾波，使用寬帶噪聲測量儀得到噪聲的測量值，并與信號的測量值之比就是信噪比，通過信噪比對系統的噪聲做出相應分析，抑制系統噪聲并減少隨機噪聲。

1.3 相位和頻率測量

音頻系統在輸入端注入激勵的音頻信號時，其輸出端總會表現出一定程度延遲。對系統的輸入輸出信號分別做相位測量和頻率測量，有助于通過測量結果來對相移、相頻響應和幅頻響應做出分析。

1.4 信號頻譜分析

頻譜分析主要是針對時域和頻域進行分析。時域一般可采用示波器，頻域可采用諧波分析儀、頻譜分析儀等儀器對信號頻譜進行分析。另外，經過對被測信號的向下變頻，得到固定的低頻信號，再使用靈敏度較高的幅值檢波電壓表可以對音頻的一次、二次或高次諧波進行精確測量。

1.5 非線性抑制測量

此測試主要是測量旅客廣播系統信號的非線性失真。由于系統固有的一些非線性特性，使得音頻信號在傳輸過程中輸出特性與輸入特性相比發生變化和差異，這種變化和差異統稱為非線性失真。測量方法有基波抑制法，交互調節法和白噪聲法。

1.6 眼圖及抖動測量

眼圖是利用示波器的余輝作用，將掃描所得的每一個碼元波形重疊在一起，形成的一種圖形。當系統有噪聲時，噪聲將疊加在音頻信號上，造成眼圖模糊。若同時存在碼間串擾，“眼睛”將開得更小。與無碼間串擾時的眼圖相比，原來清晰端正的細線跡，變成了不對稱的模糊帶狀線。噪聲越大，線跡越寬，越模糊；碼間串擾越大，眼圖越不端正。如圖1所示。

抖動能夠造成數據在系統傳輸上的瞬間偏差，當偏差變得足夠大是，會造成眼圖張開度很小，從而導致數據錯誤。抖動可大致分為絕對抖動、定時抖動、校正抖動和低頻抖動。

根據眼圖的測量結果，分析造成抖動的原因，可優化和改善傳輸系統抖動特性。

1.7 基于DO-214的最小系統性能檢驗

在旅客廣播音頻的測試中，還需要參考DO-214進行系統性能的檢測，檢測的對象主要為手持受送話器和揚聲器，如圖2和圖3所示，測試指標包括：輸出阻抗、負載阻抗、輸出功率特性、設備額定功率、極性等。

通過以上的音頻測量，分析廣播系統的聲學和電學特性，梳理需優化的參數和指標，以確定是否需要改進設計。此外，還可通過音頻處理和控制的方法優化廣播系統設計。

2 音頻處理與控制

根據音頻測量的結果，通過音頻處理和控制對聲音進行放大和加工處理，改善旅客廣播系統的聲學和電特性，提高旅客舒適度。可以應用的設備包括但不限于：濾波器、均衡器、壓限器、激勵器、噪聲門等，還可利用軟件進行數字音頻處理。

2.1 設置濾波器和均衡器

通過對不同頻率或頻段的音頻信號分別進行變頻、衰減或濾波，可美化音色、改進傳輸信道質量，并可對擴音環境的頻率特性加以修正。

2.2 設置壓限器

壓限器對音頻信號的動態范圍進行壓縮和限制，即減小音頻信號的最大電平與最小電平之間的相對變化范圍，以達到減小失真、減少噪聲的目的，同時還可以保護功放和揚聲器，并在一定程度上抑制囂叫和提高靈敏度。

2.3 設置聽覺激勵器

在原來的音頻信號中加入適當的諧波分量，模擬出客艙環境聲音，使信號具有自然鮮明的細膩感，使聲音更具穿透力，從而提高聲音的品質。

2.4 設置噪聲門

噪聲門可以限制低電平的噪聲信號進入電路，根據客艙的聲學環境設定合適的噪聲門閾值，低于設定的閾值的噪聲將被抑制，從而在聲音處理中減少背景噪聲。

2.5 設置均衡器

使用均衡器可以改善聲場的頻率傳輸特性，根據對旅客廣播聲源的音色加工處理，改善系統的頻響特性，降低噪聲。

2.6 軟件處理

在進行數字音頻處理過程中，通過采用標準數據編解碼格式、數字音頻調制和數字音頻噪聲處理算法等來提升輸出音頻的品質和舒適度。

3 總結

綜上所述，在優化民用飛機旅客廣播系統的設計過程中，將上述音頻測量與音頻處理方法進行綜合應用，運用音頻測量來分析設備的性能指標、運用音頻處理和控制來調整系統聲學和電學特性，實現了優化系統性能和提高音頻廣播品質的目的。

【參考文獻】

[1]RTCA DO-214 Audio System Characteristic and Minimum Operational Performance Standards for Aircraft Audio Systems and Equipment，March2，1993

[2]ARINC 715-3 Airborne Passenger Address Amplifier，July 6，1984

[3]倪其育.音頻技術教程[M].2版.國防工業出版社，2011，1.

[4]布里克林.聲頻信號的儀表計量[M].朱偉，譯.人民郵電出版社，2012，5.

[5]韓紀慶.音頻信息處理技術[M].清華大學出版社，2007，1.

[責任編輯：王偉平]