音频工作站的噪声

　　【摘要】本文阐述了数字音频工作站在使用过程中各种噪声的来源及处理方法。

　　【关键词】音频工作站 声卡 干扰 噪声

　　随着数字音频技术的发展与成熟，各地广播电台基本都采用了音频工作站进行广播节目的制作、编辑、管理和播出。濮阳人民广播电台子2000年开始使用成都德贝公司研制的AVS100数字音频处理系统，又与2013年又重新组建了中心机房，这次选用了永安博YAB3000 P3编播系统和PreciAusio2.2.6.2制作系统替代了原有的音频系统。彻底实现了电台节目制作，管理播出的数字化和自动化。高效方便的音频工作站受到广大编辑、记者和主持人不可或缺的节目制作工具，其高效自动化的播出功能也使得本来极易出错，需要精力高度集中的播控工作变得非常轻松。

　　采用数字技术的音频设备一般均具有较高的电声指标和近乎完美的还音效果，没有理由怀疑采用专业声卡和专业标准的压缩技术的音频工作站的传统的音频指标上会出现问题。如我台使用的永安博数字音频工作站系统采用的录音制作卡和播出卡，其标称信噪比都在80dB以上，频响20Hz～20KHz范围内小于±0.5dB，失真小于0.1%，远远高于一般模拟设备的指标要求，这一指标是合理并且相对保守的，没有任何理由值得怀疑。

　　然而，音频工作站使用的工作平台是普通的电脑，电脑生产厂商不会象CD、DAT、MD在音频方面进行专门的考虑与设计。因此，安装进电脑的各类专业声卡在正常工作时是否能达到的设计的指标，还需要实际的测试来证实。

　　一.低频共振噪声

　　在音频工作中，我们最常碰到的噪声干扰是低频噪声，即所谓的“嗡嗡声”。其频率通常是200Hz(倍频程)以下的声音，其产生的原因之一是由于相连设备的地电位不等，通过两端接地的屏蔽层形成环路，串入信号中，有时会产生大于信号幅度的干扰，严重影响信号的质量。此外质量不佳的电源输出的直流电源中也会有低频的噪声。这些噪声干扰在实际的音频工作中都会经常用到。

　　我台直播室目前使用的播出卡，播出方式为不平衡输出，所用电脑是2012年购置的，在实际应用中却遇到了播出站与调音台之间按常规连接后信噪比劣化，以至于无法正常工作的情况。测试结果为－46dB，有较明显的低频哼声。受其影响，谐波失真、通道串音、频率响应等指标也低于合理的数值。

　　起初我们认为这种情况只要适当改变接地方法，问题就可解决，但在实验中多次改变播出站的接地方式，仍无明显效果，开始怀疑声卡本身问题，但更换新声卡后再测试，信噪比仍达不到标称值。又排查整个播出机房接地情况，有效的接地仍无法有效地抑制这种干扰。怀疑播出站信噪比可能就是由于音频播出站受到某种干扰引起的，经过仔细查找，发现与播出站相连的校时信号线断开后，系统的信噪比有了大幅度提升，达到了59～60dB。原因很明显：校时信号是从远处的中控机房，通过不平衡的信号线送来的，较长的线距加上时钟本身的电源产生了较大的干扰，从而通过电脑影响到了播出声卡的信噪比指标。

　　考虑到工作时校时信号不可能与电脑断开，而上述噪声均属于通过地线串入的低频共模噪声，因此只要将调音台与噪声信号地分离，这一问题就应该能够得到解决。

　　我们当时采用了用音频变压器隔离的措施，隔离后测量整个广播大系统信噪比指标，最高可达67dB，比隔离前的单机指标还高！因为我们认为：使用不平衡输出的PCX20卡的音频播出站容易遇到低频公模干扰，可以采取用音频变压器加以隔离的方法加以改善。

　　二.声卡的高频噪声泰克VM700T测试PCX11+声卡失真度

　　我们用测试设备对音频工作站的单放声卡PCX20的指标进行测试，用创新声卡（不平衡输出）作为参照。为方便测试的连接，声卡信号不平衡输出到调音台，失真仪测试调音台的主输出（单机信噪比约为80dB、0dB信号电平）。测试结果如下：

　　在平衡输出不隔离的条件下，音频工作站声卡PCX20信噪比为60dB，失真为0.08%；

　　在平衡输出不隔离的条件下，创新声卡信噪比为61dB，失真0.075%；

　　在平衡输出隔离变压器的条件下，音频工作站声卡PCX20信噪比为64dB；

　　在平衡输出隔离变压器的条件下，创新声卡信噪比为65dB；

　　上述所有测试信号电平均为0dB。

　　由于实测信噪声均远大于-80dB，故调音台噪声可忽略，所测数值可视为音频工作站声卡输出的噪声。通过示波器我们可明显看到，未隔离时信号存在较强的低频干扰，这是机箱中电源的公模干扰。但是在加了低频隔离变压器后，示波器中基本已看不到50Hz和100Hz的噪音。可是，为什么这次测试中两种卡的信噪比依然远远低于标称值呢？

　　我们接着又测试了一块平衡输出的音频工作站的单放声卡PCX11+，由于是平衡输出，不再接隔离变压器。信噪比居然只有50dB！而且示波器中显示的噪声声波并没有低频的电源噪声。那么噪声是从哪里来的呢？为防止测试失真仪故障导致测试有误，我们又对失真仪进行了校对，失真仪并未故障。

　　为彻底查清这一问题，我们借来了泰克700数字测试仪，重新对声卡进行测试。

　　鉴于分析的噪声并非公模干扰噪声，我们重点用泰克700对采用PCX11+卡的工作站进行的测试。

　　泰克700测试出来的PCX11+的信噪比指标非常好，低频段看不出有任何明显的噪声，知道20kHz，各频段的噪声都很低，总的噪声电平为-76.7dB，远远低于先前模拟失真测试仪测出的数值。同时泰克700测试出该卡的频率响应曲线也非常的好看，与其标称值相符。

　　同时，且测出的失真度数据也不错。

　　从两种测试仪器测得的结果来看，对音频工作站的频率响应和失真度的测试结果是一致的，也基本符合厂家提供的数据，唯一的区别是在对设备信噪比的测试结果上，两种测试仪的结果相差近二十个dB，这无论如何是不符合常规的。

　　由于手头没有频谱仪，我们只能用普通示波器对BASLA模拟指针式失真仪测出的噪声信号进行观测，结果发现占噪声主体的信号波形的频率均在远离音频范围的高频端，其中创新声卡的主要噪声的频谱集中在50kHz左右，而两款Digigram声卡的噪声频谱均在100kHz以上，更加远离通常的音频信号范围，这就难怪音频测试范围仅在20～20kHz的泰克700没有测出那么高的噪声了。

　　三.如何看待数字设备的高频噪声

　　无独有偶，在此之前，我们曾经对数字音频光端机的指标进行测试，两款进口和国产的光端机在用BASLA模拟指针式是正义测试信噪比时又出现了信噪比指标与厂方提供指标相差悬殊的情况，用示波器观察，发现同样是设备音频输出的高端存在着约-60d B的噪声信号。可以由此推测，至少是部分的数字音频设备在其输出的高频段存在着频率在44～100kHz以上的幅度不等的噪声。我们分析，数字设备在编码解码的过程中，存在着量化噪声、混叠噪声以及电路本身的热噪声，在对这些噪声进行处理时，设计者一般考虑的是音频段内噪声的抑制，对于远离音频段的高频噪声，一般不予考虑或者考虑不多，而我们具体的使用者使用的测试仪一般也仅仅测试音频段的噪声，很少有机会注意到其高频段的噪声。从实际工作情况来看，这一类的噪声由于电平在-60d B以下，对实际的音频应用也没妨碍，也完全可以对此类噪声忽略不计。只是在今后的测试过程中，如果用模拟设备测试数字设备的信噪比不太理想，应该考虑到本文所述的原因。

　　张大珉