技术文章 | 影响测量值准确度的主要因素

2023-03-28 07:46:18来源：Audio Precision

“测量值是估算值”是我曾经的老板说过的一句话。我认为这句话在音频测试中非常有用，因为它有助于我们确定测量的方法。与其认为音频分析仪返回的是绝对值，我们更应该把它看作是评估声音各种属性的工具。一旦我们理解了我们是在对设备进行估算，我们就可以开始思考是什么影响了这些估算值的准确性。

【资料图】

首先，也是最主要的，音频分析仪不是完美的设备。它们是真实世界中的仪器，具有自己的残留噪声和失真、频率响应等。例如，当您使用Audio Precision音频分析仪测量设备的噪声时，就是在测量被测设备（DUT）的噪声与仪器的自噪声之和。噪声之和等于两个值的平方和的平方根。这个公式有助于更准确的估算DUT噪声：在未连接DUT的情况下，先测量分析仪的残余噪声，然后测量分析仪与DUT的噪声和，最后使用公式 DUT噪声=（总噪声）²减去（分析仪噪声）²的平方根来求解DUT噪声。

AP分析仪的模拟性能之所以如此关键，是因为如果您非常接近仪器的残余或固有性能，仪器的固有分辨率将限制您的估算精度。一般来说，当测量噪声或失真时，您期望分析仪的残差比被测设备低10 dB左右。

将测量值视为估算值的第二个想法是，在某些情况下，我们花费的时间越多，估算可能就越准确。在我们的日常生活中，如果你想非常准确地测量距离，那么就需要小心谨慎，花费较多的时间。在音频测量中，我们本质上是对时变信号进行表征，这在很多方面都适用。如果我们在估计噪声电平，也就是说，我们试图粗略估计一个不断变化的信号值，那么本质上，我们对该信号采样的时间越长，我们的测量就越准确。

在上面的图表中，我们查看了从20 Hz到20 kHz带宽上估算白噪声声源振幅的测量精度。如果你平均信号的时间仅为50毫秒，那么精度只有2%左右。如果你有耐心平均10秒，精度将达到0.2%。

在其他测量环境中，可以使用额外的测量时间来减少噪声的影响。例如，当执行傅里叶分析时，可以在时域内对采集信号进行平均（即同步平均）。作为不相关噪声分量的一般规则，通过N的平方根提高S/N比率，其中N是执行的平均数。

在上图中，我们试图解析一个非常小的信号。如果不进行任何平均，则无法从噪声中辨别出信号，但是在64次同步平均之后，随机噪声被减少，并且相关信号可以被非常精确地测量。

也就是说，虽然我们通常认为提高测量中信噪比的唯一方法是提高信号电平或降低噪声，但还有第三种选择。当信号包含不相关的噪声时，平均会增加我们停留在测量上的时间，但该时间能提供更好的信噪比和更好的测量精度。

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