概念:
信噪比,即SNR(Signal to Noise Ratio)又稱為訊噪比,即放大器的輸出信號的電壓與同時輸出的噪聲電壓的比,常常用分貝數(shù)表示.設(shè)備的信噪比越高表明它產(chǎn)生的雜音越少.一般來說,信噪比越大,說明混在信號里的噪聲越小,聲音回放的音質(zhì)量越高,否則相反.信噪比一般不應(yīng)該低于 70dB,高保真音箱的信噪比應(yīng)達(dá)到110dB以上. 

解析:
信噪比是音箱回放的正常聲音信號與無信號時噪聲信號(功率)的比值.用dB表示.例如,某音箱的信噪比為80dB,即輸出信號功率比噪音功率大80dB.信噪比數(shù)值越高,噪音越小. 

“噪聲”的簡單定義就是:“在處理過程中設(shè)備自行產(chǎn)生的信號”,這些信號與輸入信號無關(guān).對于MP3播放器來說,信噪比都是一個比較重要的參數(shù),它指音源產(chǎn)生最大不失真聲音信號強(qiáng)度與同時發(fā)出噪音強(qiáng)度之間的比率稱為信號噪聲比,簡稱信噪比(Signal/Noise),通常以S/N表示,單位為分貝(dB).對于播放器來說,該值當(dāng)然越大越好. 

目前MP3播放器的信噪比有60dB、65dB、85dB、90dB、95dB等等,我們在選擇MP3的時候,一般都選擇60dB以上的,但即使這一參數(shù)達(dá)到了要求,也不一定表示機(jī)子好,畢竟它只是MP3性能參數(shù)中要考慮的參數(shù)之一. 

指在規(guī)定輸入電壓下的輸出信號電壓與輸入電壓切斷時,輸出所殘留之雜音電壓之比,也可看成是最大不失真聲音信號強(qiáng)度與同時發(fā)出的噪音強(qiáng)度之間的比率,通常以S/N表示.一般用分貝(dB)為單位,信噪比越高表示音頻產(chǎn)品越好,常見產(chǎn)品都選擇60dB以上. 

國際電工委員會對信噪比的最低要求是前置放大器大于等于63dB,后級放大器大于等于86dB,合并式放大器大于等于63dB.合并式放大器信噪比的最佳值應(yīng)大于90dB,CD機(jī)的信噪比可達(dá)90dB以上,高檔的更可達(dá)110dB以上.信噪比低時,小信號輸入時噪音嚴(yán)重,整個音域的聲音明顯感覺是混濁不清,所以信噪比低于80dB的音箱不建議購買,而低音炮70dB的低音炮同樣原因不建議購買. 

用途:
另外,信噪比可以是車載功放;光端機(jī);影碟機(jī);數(shù)字語音室;家庭影院套裝;網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī);音箱……等等,這里所說明的是MP3播放器的信噪比. 

以dB計算的信號最大保真輸出與不可避免的電子噪音的比率.該值越大越好.低于75dB這個指標(biāo),噪音在寂靜時有可能被發(fā)現(xiàn).AWE64 Gold聲卡的信噪比是80dB,較為合理.SBLIVE更是宣稱超過120dB的頂級信噪比.總的說來,由于電腦里的高頻干擾太大,所以聲卡的信噪比往往不令人滿意.  

圖像信噪比:
圖象的信噪比應(yīng)該等于信號與噪聲的功率譜之比,但通常功率譜難以計算,有一種方法可以近似估計圖象信噪比,即信號與噪聲的方差之比.首先計算圖象所有象素的局部方差,將局部方差的最大值認(rèn)為是信號方差,最小值是噪聲方差,求出它們的比值,再轉(zhuǎn)成dB數(shù),最后用經(jīng)驗公式修正,具體參數(shù)請參看“反卷積與信號復(fù)原(鄒謀炎)”. 

音頻信噪比:
音頻信噪比是指音響設(shè)備播放時,正常聲音信號強(qiáng)度與噪聲信號強(qiáng)度的比值.當(dāng)信噪比低,小信號輸入時噪音嚴(yán)重,在整個音域的聲音明顯變得渾濁不清,不知發(fā)的是什么音,嚴(yán)重影響音質(zhì).信噪比的大小是用有用信號功率(或電壓)和噪聲功率(或電壓)比值的對數(shù)來表示的.這樣計算出來的單位稱為“貝爾”.實用中因為貝爾這個單位太大,所以用它的十分之一做計算單位,稱為“分貝”.對于便攜式DVD來說,信噪比至少應(yīng)該在70dB(分貝)以上,才可以考慮. 

信噪比與噪聲:
信噪比是音響界公認(rèn)的衡量音響器材質(zhì)量水準(zhǔn)的一個重要指標(biāo),幾乎所有的電聲器材都會標(biāo)注這個指標(biāo),沒有這個指標(biāo)的器材,要么是一些特制的專用器材設(shè)備,要么就是不正規(guī)的產(chǎn)品.信噪比、失真率、頻率響應(yīng)這三個指標(biāo)是音響器材的“基礎(chǔ)指標(biāo)”或“基本特性”,我們在評價一件音響器材或者一個系統(tǒng)水準(zhǔn)之前,必須先要考核這三項指標(biāo),這三項指標(biāo)中的任何一項不合格,都說明該器材或者系統(tǒng)存在著比較重大的缺陷.信噪比作為設(shè)備、系統(tǒng)的基礎(chǔ)指標(biāo)之一,必須得到應(yīng)有的高度重視. 

信噪比,英文名稱叫做SNR或S/N(SIGNAL-NOICE RATE),是指一個電子設(shè)備或者電子系統(tǒng)中信號與噪聲的比例.這里面的信號指的是來自設(shè)備外部需要通過這臺設(shè)備進(jìn)行處理的電子信號,噪聲是指經(jīng)過該設(shè)備后產(chǎn)生的原信號中并不存在的無規(guī)則的額外信號(或信息),并且該種信號并不隨原信號的變化而變化.同樣是“原信號不存在”還有一種東西叫“失真”,失真和噪聲實際上有一定關(guān)系,二者的不同是失真是有規(guī)律的,而噪聲則是無規(guī)律的,這個以后再講. 

信噪比的計量單位是dB,其計算方法是10LOG(PS/PN),其中Ps和Pn分別代表信號和噪聲的有效功率,也可以換算成電壓幅值的比率關(guān)系:20LOG(VS/VN),Vs和Vn分別代表信號和噪聲電壓的“有效值”.在音頻放大器中,我們希望的是該放大器除了放大信號外,不應(yīng)該添加任何其它額外的東西.因此,信噪比應(yīng)該越高越好.


 

信噪比的測量與計算:
通過計算公式我們發(fā)現(xiàn),信噪比不是一個固定的數(shù)值,它應(yīng)該隨著輸入信號的變化而變化,如果噪聲固定的話,顯然輸入信號的幅度越高信噪比就越高.顯然,這種變化著的參數(shù)是不能用來作為一個衡量標(biāo)準(zhǔn)的,要想讓它成為一種衡量標(biāo)準(zhǔn),就必須使它成為一個定值.于是,作為器材設(shè)備的一個參數(shù),信噪比被定義為了“在設(shè)備最大不失真輸出功率下信號與噪聲的比率”,這樣,所有設(shè)備的信噪比指標(biāo)的測量方式就被統(tǒng)一起來,大家可以在同一種測量條件下進(jìn)行比較了.信噪比通常不是直接進(jìn)行測量的,而是通過測量噪聲信號的幅度換算出來的,通常的方法是:給放大器一個標(biāo)準(zhǔn)信號,通常是0.775Vrms或2Vp-p@1kHz,調(diào)整放大器的放大倍數(shù)使其達(dá)到最大不失真輸出功率或幅度(失真的范圍由廠家決定,通常是10%,也有1%),記下此時放大器的輸出幅Vs,然后撤除輸入信號,測量此時出現(xiàn)在輸出端的噪聲電壓,記為Vn,再根據(jù)10LOG(Vn/Vs)就可以計算出信噪比了. 

這樣的測量方式完全可以體現(xiàn)設(shè)備的性能了.但是,實踐中發(fā)現(xiàn),這種測量方式很多時候會出現(xiàn)誤差,某些信噪比測量指標(biāo)高的放大器,實際聽起來噪聲比指標(biāo)低的放大器還要大.經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn),這不是測量方法本身的錯誤,而是這種測量方法沒有考慮到人的耳朵對于不同頻率的聲音敏感性是不同的,同樣多的噪聲,如果都是集中在幾百到幾千Hz,和集中在20KHz以上是完全不同的效果,后者我們可能根本就察覺不到.因此就引入了一個“權(quán)”的概念.這是一個統(tǒng)計學(xué)上的概念,它的核心思想是,在進(jìn)行統(tǒng)計的時候,應(yīng)該將有效的、有用的數(shù)據(jù)進(jìn)行保留,而無效和無用的數(shù)據(jù)應(yīng)該盡量排除,使得統(tǒng)計結(jié)果接近最準(zhǔn)確,每個統(tǒng)計數(shù)據(jù)都由一個“權(quán)”,“權(quán)”越高越有用,“權(quán)”越低就越無用,毫無用處的數(shù)據(jù)的“權(quán)”為0.于是,經(jīng)過一系列測試和研究,科學(xué)家們找到了一條“通用等響度曲線”,這個曲線代表的是人耳對于不同頻率的聲音的靈敏度的差異,將這個曲線引入信噪比計算方法后,先兆比指標(biāo)就和人耳感受的結(jié)果更為接近了.噪聲中對人耳影響最大的頻段“權(quán)”最高,而人耳根本聽不到的頻段的“權(quán)”為0.這種計算方式被稱為“A計權(quán)”,已經(jīng)稱為音響行業(yè)中普遍采用的計算方式. 
 
噪聲來源:
在一個音響系統(tǒng)中,由于信號是串聯(lián)的,因此一件設(shè)備的噪聲會進(jìn)入下面的設(shè)備中被放大,所以系統(tǒng)最后的噪聲是系統(tǒng)中所有設(shè)備噪聲的累加.但是,當(dāng)我們了解了系統(tǒng)中每一件器材的信噪比指標(biāo)后,是否就可以確定整個系統(tǒng)的信噪比指標(biāo)了呢?不,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能.這就要從噪聲的來源和種類說起了. 

我們把噪聲的來源分為內(nèi)部和外部兩種,由于實驗室的測試條件通常都十分優(yōu)越,所以在這種條件下測試的信噪比指標(biāo)實際是設(shè)備內(nèi)部噪聲的反應(yīng),內(nèi)部噪聲主要是由于電路設(shè)計、制造工藝等因素,由設(shè)備自身產(chǎn)生的,而外部噪聲是由設(shè)備所在的電子環(huán)境和物理化學(xué)環(huán)境(自然環(huán)境)所造成的,外部噪聲是不可能反映在信噪比指標(biāo)中的.這一點通常會被很多人所忽略,經(jīng)常聽到有人說:這唱機(jī)的信噪比指標(biāo)不是挺高的嗎?怎么聽起來噪音這么大,騙人的吧…….這就是沒有搞清楚信噪比指標(biāo)含義所造成的誤解. 

外部噪聲通常被稱為“干擾”,這種干擾可能是電磁干擾,也可能是機(jī)械振動干擾,也可能來自溫度變化的干擾……總之,都不是器材自身產(chǎn)生的.于是此時另一個不太起眼的指標(biāo)凸現(xiàn)出了它的意義-電池兼容性. 

電磁兼容性有兩個層次的含義,一是設(shè)備在運行時不會對其它設(shè)備產(chǎn)生干擾,二是耐受干擾的能力強(qiáng),在一定的外界干擾下仍能正常工作.第一層意思容易理解,而第二層意思對于音響設(shè)備來說,還有更進(jìn)一步的含義,那就是如何定義“正常工作狀態(tài)”.這個正常工作不應(yīng)該僅僅是“出聲就好”,還應(yīng)該是保證一定的性能指標(biāo),這其中就包括有信噪比.也就是所,一個電磁兼容性能優(yōu)良的設(shè)備器材,在一定的外界干擾條件下,其信噪比指標(biāo)不應(yīng)該有明顯的劣化. 

實際上,很多音響產(chǎn)品在電路設(shè)計中都有“電磁兼容”的影子,比如在電源輸入端設(shè)計濾波器、壓敏電阻,外殼采用金屬材料,內(nèi)部信號線采用屏蔽線等等,實踐證明,這些措施對于抑制干擾有很大的作用. 

噪聲的來源很復(fù)雜,我們可以把它們大致歸結(jié)為三種,一種是元器件產(chǎn)生的固有噪聲,電路中幾乎所有的元器件在工作時都會產(chǎn)生一定的噪聲,晶體管、電阻、電容,這種噪聲是連續(xù)的,基本上是固定不變的,并且頻譜分布很廣泛,這種噪聲除了改進(jìn)元器件的材料和生產(chǎn)工藝外,幾乎沒有任何辦法消除,也就是說,這種噪聲幾乎可以不用實驗,在圖紙上進(jìn)行計算就可以推算出來.好在現(xiàn)在很多優(yōu)質(zhì)元器件的固有噪聲都很小,在設(shè)計電路時選擇優(yōu)質(zhì)元器件就可以把這種噪聲壓制到非常小的水平,小到我們根本不會聽見. 

第二種噪聲來源于電路本身的設(shè)計失誤或者安裝工藝上的缺陷,電路設(shè)計失誤往往會導(dǎo)致電路的輕微自激(一種自由振蕩狀態(tài)),這種自激一般在我們可以聽到的聲音范圍之外,但是在某些特定條件下它們會對聲音的中高頻產(chǎn)生斷續(xù)的影響,從而產(chǎn)生噪聲.安裝工藝失誤就稍微復(fù)雜一些,比如接插件接觸不良,接觸表面形成二極管效應(yīng)或者接觸電阻隨溫度、振動等影響發(fā)生變化而導(dǎo)致信號傳輸特性變化,產(chǎn)生噪聲.還有元器件排布上的失誤,將高熱的元器件排布在對溫度敏感的元器件旁邊,或者將一些有輕微振動的元器件放在對振動敏感的元器件旁邊,或者沒有足夠的避震措施……等等這些,都會產(chǎn)生一定的噪聲.這些噪聲可以說都是人為造成的,對于經(jīng)驗豐富的電子設(shè)計師來說,這些噪聲都是可以避免或者大大減輕的. 

第三種噪聲則是非常廣泛的,也是經(jīng)常被提起的干擾噪聲.這種噪聲來源很復(fù)雜,主要包括幾個方面: 

空間輻射干擾噪聲:任何導(dǎo)體通過交變電流的時候都會引起周圍電場強(qiáng)度的變化,這種變化就是電場輻射,同樣,像變壓器這樣的磁體也會引起周圍磁場強(qiáng)度的交替變化.我們知道,交變電場和磁場中的閉合導(dǎo)體會產(chǎn)生和電場磁場變化頻率相同的交變電流,也叫感應(yīng)電流.音響設(shè)備中所有的元器件、導(dǎo)線、電路板上的銅箔都是電導(dǎo)體,因此不可避免地會產(chǎn)生感應(yīng)電流.這種感應(yīng)電流疊加在信號中就會產(chǎn)生噪聲.

線路串?dāng)_噪聲:某些電氣設(shè)備會產(chǎn)生干擾信號,這些干擾信號通過電源、信號線等線路直接竄入音響設(shè)備中.

傳輸噪聲:這種噪聲是信號在傳輸過程中由于傳輸介質(zhì)的問題產(chǎn)生的,比如接插件的接觸不良、信號線材質(zhì)不佳、地電流串?dāng)_等等.其中,地電流串?dāng)_是經(jīng)常容易被忽視的問題.由于民用音響器材大多采用非平衡傳輸方式,信號線的外屏蔽層實際上也參與的信號的傳輸,通常屏蔽層與音響器材的“地”連接,大多數(shù)音響器材的地是和設(shè)備的外殼相連的,并且和住宅供電線路提供的“大地”相連接.在正常情況下,住宅供電的大地是非常理想的,它使得所有連接線路的“地”都是平等的.但是,一旦這個接地出現(xiàn)故障,甚至某些不負(fù)責(zé)任的電力公司將這個地與市電的“零線”連接,就會出現(xiàn)問題了.此時消耗功率大的器材的“地”電壓比別的器材要“高一點”,比且這個高低 的差別還會隨著消耗功率的大小發(fā)生變化,我們知道,一般的音頻信號線中傳輸?shù)男盘柺呛芪⑷醯?這變化則足以使得信號線中傳輸?shù)男盘柈a(chǎn)生很大的變化.這變化除了產(chǎn)生失真外,也包含了一定的噪聲.并且,由于接地不良,空間輻射對于信號傳輸?shù)挠绊懸矔觿? 

噪聲表現(xiàn):
前面我們對噪聲有了一些了解,那么我們?nèi)绾蝸矸直孢@么多種類的噪聲呢?當(dāng)然是靠聽了.我這里總結(jié)一下我們經(jīng)常聽到的噪聲以及它們的來源: 
 穩(wěn)定的咝咝聲或沙沙聲:這是放大器電路元器件產(chǎn)生的固有噪聲,一般非常輕微而且穩(wěn)定,不會隨著音量調(diào)節(jié)而變化.除了改變放大器的電路設(shè)計,這種噪聲無法消除. 
 嗡聲:這是通常所說的“交流聲”,來源非常復(fù)雜,器材工藝設(shè)計的不合理、連接線纜的屏蔽能力等都會產(chǎn)生這樣的聲音.有時,供電電壓過低導(dǎo)致內(nèi)部電路工作不正常也會產(chǎn)生交流聲. 
 噼啪聲:所謂的放電聲,器材內(nèi)部積累灰塵過多是產(chǎn)生這種聲音的主要原因.有時元器件超過使用壽命而失效也會產(chǎn)生這種聲音.遇上這種情況應(yīng)該立即修理檢查,否則有可能產(chǎn)生更大的問題. 
 流水聲:這是一種高頻自激的現(xiàn)象,是電路設(shè)計不良造成的,屬于質(zhì)量問題. 
 嘯叫聲、汽船聲:典型的高頻、低頻自激,應(yīng)該馬上關(guān)閉你的系統(tǒng)電源,檢查器材之間的連接是否有誤. 
 偶爾的滋滋聲:交流供電線路的串?dāng)_.當(dāng)交流電的供電質(zhì)量非常糟糕的時候,也會產(chǎn)生這種現(xiàn)象. 
 噗噗聲:內(nèi)部元器件出現(xiàn)故障的現(xiàn)象. 
 廣播聲:電路設(shè)計不良,放大器的開環(huán)頻響很差,非線性失真嚴(yán)重,并且沒有進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砭蜁a(chǎn)生這種現(xiàn)象.這種現(xiàn)象往往是設(shè)計者片面追逐過寬的閉環(huán)頻響,而放大器電路本身開環(huán)性能不良產(chǎn)生矛盾造成的.這種情況很多時候會引發(fā)高頻自激,嚴(yán)重時會導(dǎo)致喇叭或者耳機(jī)燒毀.

 
噪聲對音質(zhì)的影響:
噪聲對于音質(zhì)的影響,尤其是對于主觀音質(zhì)評價的影響是非常大的,有時會起到?jīng)Q定性的作用.音響行業(yè)從模擬音頻向數(shù)字音頻進(jìn)化的一個主要目的就是提高信噪比,減少噪聲.盒式磁帶錄音機(jī)的信噪比指標(biāo)約為-20~40dB,采用杜比降噪技術(shù)后最大可達(dá)到-67dB,LP唱片約為-30~50dB,開盤式磁帶錄音機(jī)約為-50~60dB,一般的CD唱機(jī)則可以達(dá)到-90~110dB,而最新的DVD-A和SACD可以達(dá)到-120dB以上,從這個進(jìn)步上看,音響行業(yè)對于信噪比指標(biāo)式十分看重的. 

噪聲對于音質(zhì)的表現(xiàn)主要有幾個方面: 

一是過大的噪聲會嚴(yán)重干擾聽音者對音樂本身的關(guān)注,這是對于那些幅度很大的噪聲信號而言的,這情形就像聽音樂會時你了鄰座不斷大聲聊天、手機(jī)亂響、磕瓜子劈劈啪啪,在這種環(huán)境下聽音樂,聽者不會有好心情的. 

二是噪聲會影響音樂細(xì)節(jié)的再現(xiàn).我們知道,人耳的聽覺具有“遮蔽效應(yīng)”,在遮蔽效應(yīng)中,除了強(qiáng)音對于弱音具有“屏蔽作用”外,還包括另一個現(xiàn)象,就是當(dāng)兩個聲音的響度相差不大的時候,往往我們會把這兩種聲音混淆在一起,或者會感到出現(xiàn)時間比較長的那個聲音的存在,出現(xiàn)時間短的聲音就會弱化.正常情況下,噪聲電平通常都不高,而音樂中的某些細(xì)節(jié)和噪聲電平相當(dāng),這樣,這些細(xì)節(jié)就會被“淹沒在噪聲的海洋中”,使得我們無法感受到它們.而這些細(xì)節(jié)(也稱為弱信號)在聲音重播環(huán)節(jié)中往往起到非常微妙的作用,我們所謂的“臨場感”“空氣感”“堂音”“泛音”等等主觀音質(zhì)中的元素就靠它們來實現(xiàn),沒有了它們“高保真”的效果就會大打折扣. 

三是某些類型的噪聲時系統(tǒng)故障的先兆或者誘因,如果不及時解決和避免,可能對系統(tǒng)的安全造成隱患,這一點前面前面已經(jīng)有所說明了,這里不再贅述. 

此外,很多時候,噪聲并不是孤立的,信噪比指標(biāo)的不好有可能暗示著器材設(shè)計上的失誤,這一點對于設(shè)計者來說很重要. 

噪聲的消除措施:
對于一般的消費者來說,是不可能消除器材本身的固有噪聲的,遇上這種情況除了更換器材沒有其它方法.但是,對于外部干擾,我們是可以用一些辦法解決的: 

 
電磁屏蔽:
對于空間輻射干擾,我們可以選擇金屬質(zhì)地的機(jī)柜來承載我們的系統(tǒng),并且將金屬機(jī)柜有效接地,就可以低檔很多空間輻射.此外,對信號線、電源線也采取特殊的屏蔽處理,可以有效消除電子輻射干擾.對于那些漏磁比較嚴(yán)重的器材,我們可以將其放到距離其它器材較遠(yuǎn)的地方,或者加一個鐵制機(jī)柜包起來,也可以大大消除磁場輻射. 

 
凈化電源:
對于從供電線路中竄入的干擾信號,采用交流凈化電源是個非常有效的方法,這種電源分為有源和無源兩種形式,前者兼具交流穩(wěn)壓作用,除了可以濾除干擾外,還可以穩(wěn)定供電電壓,保證器材的正常工作狀態(tài).后者僅僅起到濾除干擾的作用,通常是以電源插座的形式出現(xiàn),如果家中供電電壓比較穩(wěn)定,這樣的電源凈化器也有不錯的效果.某些交流凈化電源除了穩(wěn)壓濾波作用外,還有功率因數(shù)補償、波形校正的功能,這種凈化電源是最理想的電源凈化設(shè)備,可惜價格不菲,一般人難以接受. 

 
牢靠連接:
采用高質(zhì)量的接插件,保證信號線接頭部位接觸良好.

 
保養(yǎng)維護(hù):
愛惜你的器材,不要讓它們長期工作在惡劣的環(huán)境下.總之,你去看看使用說明書,廠家的提示一般都說得非常清楚了.