基于音頻測(cè)量和音頻處理的民機(jī)旅客廣播優(yōu)化分析

朱旭

【摘 要】本文從優(yōu)化民機(jī)旅客廣播系統(tǒng)音頻的角度出發(fā)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中將音頻測(cè)量和音頻處理相結(jié)合，首先通過(guò)音頻測(cè)量，分析旅客廣播系統(tǒng)的聲學(xué)與電氣特性，分析需要調(diào)節(jié)和優(yōu)化的設(shè)備或系統(tǒng)指標(biāo)。再根據(jù)音頻測(cè)量的結(jié)果，通過(guò)音頻處理和控制對(duì)聲音進(jìn)行放大和加工處理，改善旅客廣播系統(tǒng)的聲學(xué)和電特性，提高旅客舒適度。

【關(guān)鍵詞】旅客廣播；音頻測(cè)量；音頻處理

0 引言

旅客廣播舒適性，是飛行過(guò)程中旅客對(duì)于客艙廣播的一種感官體驗(yàn)，優(yōu)化民用飛機(jī)旅客廣播系統(tǒng)目的主要是提高旅客在飛行過(guò)程中聽(tīng)覺(jué)的舒適性。

人耳的聽(tīng)覺(jué)有個(gè)范圍。頻率方面，可被聽(tīng)見(jiàn)的聲音頻率范圍為20Hz～20kHz，其中人耳對(duì)頻率范圍在3～4kHz的聲音感覺(jué)最為靈敏。幅值方面，正常人聽(tīng)覺(jué)的聲壓級(jí)范圍為0～140dB，當(dāng)聲壓達(dá)到140dB及以上，人耳會(huì)感到疼痛，這個(gè)聽(tīng)覺(jué)閾值稱(chēng)為“痛閾”；當(dāng)聲壓大于0dB，通常為0.3dB左右，人耳剛剛可以聽(tīng)見(jiàn)聲音，這個(gè)聽(tīng)覺(jué)閾值稱(chēng)為“聽(tīng)閾”。

綜上可知，要保證良好的聽(tīng)覺(jué)體驗(yàn)，需對(duì)聲音的頻率和聽(tīng)覺(jué)環(huán)境的音量進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化。

本文將對(duì)音頻測(cè)量和音頻處理等方法進(jìn)行分析，討論如何優(yōu)化系統(tǒng)性能和提高旅客廣播的舒適性。

1 音頻測(cè)量與分析

首先通過(guò)音頻測(cè)量，分析旅客廣播系統(tǒng)的聲學(xué)與電氣特性，分析需要調(diào)節(jié)和優(yōu)化的設(shè)備或系統(tǒng)指標(biāo)。

針對(duì)旅客廣播的音頻測(cè)量包括串音和隔離度測(cè)量、噪聲測(cè)量、相位和頻率測(cè)量、信號(hào)頻譜分析、非線性抑制測(cè)量、眼圖及抖動(dòng)測(cè)量等。1.1 串音和隔離度測(cè)量

串音是表征從一個(gè)音頻通道到另外一個(gè)通道的泄露程度，隔離度是指隔離串音的能力。測(cè)量過(guò)程中，將正弦波信號(hào)輸入到被測(cè)設(shè)備的一個(gè)通道中，然后從其他通道測(cè)量該信號(hào)的電平，可用帶通濾波器進(jìn)行串音和隔離度測(cè)量。

1.2 噪聲測(cè)量

噪聲測(cè)量時(shí)，使用寬帶濾波器對(duì)被測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行約定的帶寬濾波，使用寬帶噪聲測(cè)量?jī)x得到噪聲的測(cè)量值，并與信號(hào)的測(cè)量值之比就是信噪比，通過(guò)信噪比對(duì)系統(tǒng)的噪聲做出相應(yīng)分析，抑制系統(tǒng)噪聲并減少隨機(jī)噪聲。

1.3 相位和頻率測(cè)量

音頻系統(tǒng)在輸入端注入激勵(lì)的音頻信號(hào)時(shí)，其輸出端總會(huì)表現(xiàn)出一定程度延遲。對(duì)系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)分別做相位測(cè)量和頻率測(cè)量，有助于通過(guò)測(cè)量結(jié)果來(lái)對(duì)相移、相頻響應(yīng)和幅頻響應(yīng)做出分析。

1.4 信號(hào)頻譜分析

頻譜分析主要是針對(duì)時(shí)域和頻域進(jìn)行分析。時(shí)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(duì)信號(hào)頻譜進(jìn)行分析。另外，經(jīng)過(guò)對(duì)被測(cè)信號(hào)的向下變頻，得到固定的低頻信號(hào)，再使用靈敏度較高的幅值檢波電壓表可以對(duì)音頻的一次、二次或高次諧波進(jìn)行精確測(cè)量。

1.5 非線性抑制測(cè)量

此測(cè)試主要是測(cè)量旅客廣播系統(tǒng)信號(hào)的非線性失真。由于系統(tǒng)固有的一些非線性特性，使得音頻信號(hào)在傳輸過(guò)程中輸出特性與輸入特性相比發(fā)生變化和差異，這種變化和差異統(tǒng)稱(chēng)為非線性失真。測(cè)量方法有基波抑制法，交互調(diào)節(jié)法和白噪聲法。

1.6 眼圖及抖動(dòng)測(cè)量

眼圖是利用示波器的余輝作用，將掃描所得的每一個(gè)碼元波形重疊在一起，形成的一種圖形。當(dāng)系統(tǒng)有噪聲時(shí)，噪聲將疊加在音頻信號(hào)上，造成眼圖模糊。若同時(shí)存在碼間串?dāng)_，“眼睛”將開(kāi)得更小。與無(wú)碼間串?dāng)_時(shí)的眼圖相比，原來(lái)清晰端正的細(xì)線跡，變成了不對(duì)稱(chēng)的模糊帶狀線。噪聲越大，線跡越寬，越模糊；碼間串?dāng)_越大，眼圖越不端正。如圖1所示。

抖動(dòng)能夠造成數(shù)據(jù)在系統(tǒng)傳輸上的瞬間偏差，當(dāng)偏差變得足夠大是，會(huì)造成眼圖張開(kāi)度很小，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。抖動(dòng)可大致分為絕對(duì)抖動(dòng)、定時(shí)抖動(dòng)、校正抖動(dòng)和低頻抖動(dòng)。

根據(jù)眼圖的測(cè)量結(jié)果，分析造成抖動(dòng)的原因，可優(yōu)化和改善傳輸系統(tǒng)抖動(dòng)特性。

1.7 基于DO-214的最小系統(tǒng)性能檢驗(yàn)

在旅客廣播音頻的測(cè)試中，還需要參考DO-214進(jìn)行系統(tǒng)性能的檢測(cè)，檢測(cè)的對(duì)象主要為手持受送話器和揚(yáng)聲器，如圖2和圖3所示，測(cè)試指標(biāo)包括：輸出阻抗、負(fù)載阻抗、輸出功率特性、設(shè)備額定功率、極性等。

通過(guò)以上的音頻測(cè)量，分析廣播系統(tǒng)的聲學(xué)和電學(xué)特性，梳理需優(yōu)化的參數(shù)和指標(biāo)，以確定是否需要改進(jìn)設(shè)計(jì)。此外，還可通過(guò)音頻處理和控制的方法優(yōu)化廣播系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2 音頻處理與控制

根據(jù)音頻測(cè)量的結(jié)果，通過(guò)音頻處理和控制對(duì)聲音進(jìn)行放大和加工處理，改善旅客廣播系統(tǒng)的聲學(xué)和電特性，提高旅客舒適度?？梢詰?yīng)用的設(shè)備包括但不限于：濾波器、均衡器、壓限器、激勵(lì)器、噪聲門(mén)等，還可利用軟件進(jìn)行數(shù)字音頻處理。

2.1 設(shè)置濾波器和均衡器

通過(guò)對(duì)不同頻率或頻段的音頻信號(hào)分別進(jìn)行變頻、衰減或?yàn)V波，可美化音色、改進(jìn)傳輸信道質(zhì)量，并可對(duì)擴(kuò)音環(huán)境的頻率特性加以修正。

2.2 設(shè)置壓限器

壓限器對(duì)音頻信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行壓縮和限制，即減小音頻信號(hào)的最大電平與最小電平之間的相對(duì)變化范圍，以達(dá)到減小失真、減少噪聲的目的，同時(shí)還可以保護(hù)功放和揚(yáng)聲器，并在一定程度上抑制囂叫和提高靈敏度。

2.3 設(shè)置聽(tīng)覺(jué)激勵(lì)器

在原來(lái)的音頻信號(hào)中加入適當(dāng)?shù)闹C波分量，模擬出客艙環(huán)境聲音，使信號(hào)具有自然鮮明的細(xì)膩感，使聲音更具穿透力，從而提高聲音的品質(zhì)。

2.4 設(shè)置噪聲門(mén)

噪聲門(mén)可以限制低電平的噪聲信號(hào)進(jìn)入電路，根據(jù)客艙的聲學(xué)環(huán)境設(shè)定合適的噪聲門(mén)閾值，低于設(shè)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(shè)置均衡器

使用均衡器可以改善聲場(chǎng)的頻率傳輸特性，根據(jù)對(duì)旅客廣播聲源的音色加工處理，改善系統(tǒng)的頻響特性，降低噪聲。

2.6 軟件處理

在進(jìn)行數(shù)字音頻處理過(guò)程中，通過(guò)采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)編解碼格式、數(shù)字音頻調(diào)制和數(shù)字音頻噪聲處理算法等來(lái)提升輸出音頻的品質(zhì)和舒適度。

3 總結(jié)

綜上所述，在優(yōu)化民用飛機(jī)旅客廣播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，將上述音頻測(cè)量與音頻處理方法進(jìn)行綜合應(yīng)用，運(yùn)用音頻測(cè)量來(lái)分析設(shè)備的性能指標(biāo)、運(yùn)用音頻處理和控制來(lái)調(diào)整系統(tǒng)聲學(xué)和電學(xué)特性，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化系統(tǒng)性能和提高音頻廣播品質(zhì)的目的。

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[責(zé)任編輯：王偉平]