Maßeinheiten & Präfixe in der Ton- und Audioelektronik
Ton und Audio werden regelmäßig gemessen, um unser Verständnis der Funktionsweise von Audiogeräten zu verbessern.
Es gibt viele Maßeinheiten und Präfixe, die diese Messungen oft begleiten. In diesem Artikel werden wir die Definitionen gängiger Maßeinheiten durchgehen; wie sie im Kontext von Sound und Audio funktionieren, und die Präfixe, die wir oft zu den Einheiten finden.
Hier ist eine Tabelle der gebräuchlichen Messungen und der Maßeinheiten, auf die wir bei der Untersuchung von Ton und Audio stoßen:
| Einheit/Messung | Menge | Symbol |
|---|---|---|
| Hertz | Frequenz | Hz |
| Dezibel | Logarithmisch Verhältnis | Db |
| Ohm | Impedanz Widerstand Blindwiderstand |
Ω |
| Volt | Spannung | V |
| Ampere | Strömung | Ein |
| Grad | Phase Winkel |
º |
| Pascal | Druck | Papa |
| Watt | Macht | W |
| Sekunde | Zeit | s |
| Gramm | Gewicht | g |
| Pfund/Unze (Imperial) | Gewicht | lb/oz |
| Meter | Länge | m |
| Fuß/Zoll (Imperial) | Länge | ft/in |
| Prozentsatz | Prozentsatz | % |
| Grad Celsius | Temperatur | ºC |
| Grad Farenheit (Imperial) | Temperatur | ºF |
| Bit | Bittiefe | Bit |
| Farad | Kapazität | F |
| Coulomb | Berechnen | C |
| Newton | Kraft | N |
| Tesla | Magnetische Flussdichte | T |
| Henry | Induktivität | H |
Im Folgenden finden Sie eine Liste der Präfixe, die in unseren Messungen verwendet werden:
| Metrik Präfix | Symbol | Multiplikator/Exponential |
|---|---|---|
| Tera | T | 1012 |
| Giga | G | 109 |
| Mega | M | 106 |
| Kilo | k | 103 |
| Basis | N/A | 100 |
| Entscheidung | d | 10-1 |
| Zenti | c | 10-2 |
| Milli | m | 10-3 |
| Mikro | µ | 10-6 |
| Nano | n | 10-9 |
| Pico | p | 10-12 |
Hertz
Hertz (Hz), gemessen in Zyklen pro Sekunde sind Einheiten der Frequenz.
In Audio wird die Frequenz verwendet, um die Bandbreite und Tonhöhe von Audiosignalen zu definieren. Die Abtastraten der digitalen Audioauflösung und die bei der drahtlosen Audioübertragung verwendeten drahtlosen Trägersignale.
Der Bereich des Brummens reicht von 20 Hz bis 20.000 Hz mit Ultraschall darüber und Infraschall unterhalb dieses Bereichs. Die meisten Audiogeräte sollen in der Lage sein, Audio in diesem Frequenzbereich zu verarbeiten, zu erzeugen und/oder wiederzugeben.
Die Abtastrate von digitalem Audio (wie oft das Audiosignal pro Sekunde abgetastet wird) wird typischerweise in KiloHertz (kHz) gemessen und definiert die Auflösung des digitalen Audiosignals.
Zu den üblichen Stichprobenraten gehören:
- 44,1 kHz
- 48 kHz
- 88,2 kHz
- 96 kHz
- 176,4 kHz
- 192 kHz
Die Frequenz gilt auch für die Funkfrequenzen, die als Trägersignale bei der drahtlosen Audiosignalübertragung verwendet werden. Denken Sie an AM-Radio (ca. 550 bis 1720 kHz) und UKW-Radio (88 bis 108 MHz). Bluetooth und viele andere persönliche drahtlose Audioverbindungen verwenden Funkfrequenzen im Bereich von 2.400 bis 2.4835 GHz.
Dezibel
Dezibel beziehen sich auf 1/10 eines Bel. Ich habe immer nur Dezibel gesehen, die im Audio verwendet wurden.
Das Dezibel ist eine relative Maßeinheit (ein Verhältnis). Dezibel drücken das Verhältnis eines Wertes einer Leistung oder Wurzelpotenzgröße zu einem anderen auf einer logarithmischen Skala aus.
Dezibel sind etwas schwierig zu verstehen und auf viele Audioanwendungen anzuwenden.
Dies liegt daran, dass Dezibel für Leistungsmengen, Wurzelleistungsmengen und sogar für wahrgenommene Mengen gelten.
Leistungsmengen
Leistungsgrößen sind direkt proportional zu Leistung und Energie.
Zu den Leistungsgrößen gehören:
- Electrical power
- Energiedichte
- Akustische Intensität
- Lichtstärke
Root-Power-Mengen
Wurzelleistungsgrößen sind Größen, deren Quadratwurzelwerte proportional zur Leistung sind. Der Begriff „Wurzelleistungsmenge“ hat den Begriff „Feldmenge“ ersetzt.
Zu den Root-Power-Größen gehören:
- Schalldruck
- Spannung
- Strömung
- Elektrische Feldstärke
- Geschwindigkeit
- Ladungsdichte
Wahrgenommene Größen
Wahrgenommene Größen werden durch die Art und Weise definiert, wie wir Macht und Wurzelleistungsmengen wahrnehmen. Wir nehmen fast immer weniger wahr als das Niveau der Leistung oder der Wurzelleistungsmenge.
Die wahrgenommene Lautstärke ist die psychoakustisch wahrgenommene Größe, mit der wir uns in der Audiotechnologie befassen.
Dezibel helfen tatsächlich, die Dinge zu vereinfachen, indem sie ein Verhältnis für Leistung, Wurzelleistung und wahrgenommene Mengen zusammenführen. Ein bestimmtes Dezibel-Verhältnis vereinheitlicht diese verschiedenen Größen, bedeutet jedoch unterschiedliche tatsächliche Verhältnisse für jede Art von Menge.
Ein Unterschied von 20 dB bedeutet beispielsweise:
- 1:100 (oder 100:1) für Leistungsgrößen
- 1:10 (oder 10:1) für Root-Power-Größen
- 1:4 (oder 4:1) für Lautheitsgrößen
Nehmen wir also an, wir wollten theoretisch die wahrgenommene Lautstärke um das 4-fache erhöhen, wir benötigen eine dB-Erhöhung (eine 10-fache Erhöhung des Schalldruckpegels am Hörpunkt und eine 100-fache Erhöhung der Schallintensität am Hörpunkt).
Hier ist eine Tabelle, die dB-Werte mit Leistungsmengen, Wurzelleistungsgrößen und wahrgenommenen Größen in Beziehung setzt:
| dB Veränderung
(Verhältnis) |
Leistungsmengenmultiplikator
• Akustische Leistung |
Root Power Mengenmultiplikator
•Spannung |
Wahrgenommener Mengenmultiplikator
• Lautstärke/Lautstärke |
|---|---|---|---|
| +60 dB | 1.000.000x | √1.000.000 1.000x |
64x |
| +50 dB | 100.000x | √100.000x 316x |
32x |
| +40 dB | 10.000x | √10.000x 100x |
16x |
| +30 dB | 1.000x | √1.000x 31,6x |
8x |
| +20 dB | 100x | √100x 10x |
4x |
| +10 dB | 10x | √10x 3,16x |
2x |
| +6 dB | 4x | √4x 2x |
1,52x |
| +3 dB | 2x | √2x 1,414x |
1,36x |
| 3 GB | 1x | 1x | 1x |
| -3 dB | 1/2x 0,5x |
1/√2x 0,707x |
0,816x |
| -6 dB | 1/4x 0,25x |
1/√4x 0,5x |
0,660x |
| -10 dB | 1/10x 0,1x |
1/√10x 0,316x |
0,5x |
| -20 dB | 1/100x 0,01x |
1/√100x 0,1x |
0,25x |
| -30 dB | 1/1.000x 0,001x |
1/√1.000x 0.031,6x |
0,125x |
| -40 dB | 1/10.000x 0.000,1x |
1/√10.000x 0,01x |
0,0625x |
| -50 dB | 1/100.000x 0.000,01x |
1/√100.000x 0.003,16x |
0,03125x |
| -60 dB | 1/1.000.000x 0,000,001x |
1/√1.000.000x 0,001x |
0,015625x |
Änderung der Leistungsmenge:
∆P = 10 • log10x
Änderung der Wurzelleistungsmenge:
∆PR = 20 • log10x
Änderung der Lautstärke (Psychoakustik):
∆L = 10 • log2x
Eine andere, weniger gebräuchliche Art, Dezibel zu betrachten, ist relativ zum wahren linearen Verhältnis von Leistung, Wurzelleistung und wahrgenommenen Größen:
| Verhältnis (X:1)
(Linear) |
dB Änderung der Leistungsmenge
• Akustische Leistung |
dB Änderung der Wurzelleistungsmenge
•Spannung |
dB-Änderung der wahrgenommenen Menge
• Lautstärke/Lautstärke |
|---|---|---|---|
| 40 | +16,02 dB | +32,04 dB | +53,22 dB |
| 30 | +14,77 dB | +29.54 dB | +49,07 dB |
| 20 | +13,01 dB | +26,02 dB | +43,22 dB |
| 15 | +11,76 dB | +23,52 dB | +39,07 dB |
| 10 | +10 dB | +20 dB | +33,22 dB |
| 5 | +6,99 dB | +13,98 dB | +23,22 dB |
| 4 | +6,02 dB | +12,04 dB | +20 dB |
| 3 | +4,77 dB | +9,54 dB | +15,58 dB |
| 2 | +3,01 dB | +6,02 dB | +10 dB |
| 1 | ± 0 dB | ± 0 dB | ± 0 dB |
| 1/2 | -3,01 dB | -6,02 dB | -10 dB |
| 1/3 | -4,77 dB | -9,54 dB | -15,58 dB |
| 1/4 | -6,02 dB | -12,04 dB | -20 dB |
| 1/5 | -6,99 dB | -13,98 dB | -23,22 dB |
| 1/10 | -10 dB | -20 dB | -33,22 dB |
| 1/15 | -11,76 dB | -23,52 dB | -39,07 dB |
| 1/20 | -13,01 dB | -26,02 dB | -43,22 dB |
| 1/30 | -14,77 dB | -29,54 dB | -49,07 dB |
| 1/40 | -16,02 dB | -32,04 dB | -53,22 dB |
Änderung der Leistungsmenge:
x = 10∆L/10
Änderung der Wurzelleistungsmenge:
x = 10∆L/20
Änderung der Lautstärke (Psychoakustik):
x = 2∆L/10
Dezibel werden regelmäßig verwendet, um Audiogerätedaten zu liefern. Schauen wir uns die Art und Weise an, wie Dezibel in Audio verwendet werden:
- Gewinnen
- Signalpegel
- Maximaler Eingangspegel
- Dynamikbereich
- Einfügedämpfung des Transformators
- Lärm
- Gleichtakt-Unterdrückungsrate
- Übersprechen/Kanaltrennung
- Eigenrauschen (äquivalentes Rauschen)
- Signal-Rausch-Verhältnis
- Energieübertragung
- Schalldruckpegel
- Empfindlichkeit
- Maximaler Schalldruckpegel
- Passive Dämpfungseinrichtung (Pad)
- Toleranz
- Frequenzgang
- Leistungsbandbreite
- Treiberabgleich
- Polarreaktion
- Abstrahlwinkel
- Eq
- Boosts/Cuts
- Filter/Frequenzweichen (dB/Oktave)
- Geräuschunterdrückung
- Passive Geräuschunterdrückung
- Aktive Geräuschunterdrückung
Gewinnen
Dezibel werden vielleicht am häufigsten verwendet, um die Verstärkung zu definieren. Die Verstärkung ist technisch das Verhältnis eines verstärkten Ausgangssignals zum Eingangssignal (Vorverstärkung).
Die Verstärkung ist eine einheitslose Messung, die technisch als lineares Verhältnis definiert ist. Dezibel liefern eine logarithmische Skala für dieses Verhältnis.
Die Verstärkung von Audiosignalen ist Standard und die Verstärkung ebenfalls. Dezibel sind die herkömmliche Methode zur Messung und Zustandsverstärkung in Audioverstärkern.
Signalpegel
Dezibel sind sehr häufig bei der Definition des Pegels eines Audiosignals.
Die beiden gebräuchlichsten Dezibelmessungen des Audiosignalpegels sind:
- Dbv: Dezibel relativ zu einer Spannung von 1 Volt.
- 1 Volt = 0 dBV
- dBu: Dezibel relativ zu einer Spannung von 0,7746 Volt.
- 0,7746 Volt = 0 dBu
- dBFS: Dezibel relativ zur digitalen Obergrenze von 0 dBFS.
Um diese beiden Bewertungen weiter zu relativieren:
- Verbraucher-Nennleitungspegel = -10 dBV (0,3162 Volt)
- Professioneller Leitungspegel = +4 dBu (1.228 Volt)
- Digitales Audioclipping erfolgt über 0 dBFS
Hier sind einige Formeln zur Definition der analogen Audiosignalpegel (Spannung):
Pegel (in dB) = 20 • log (V / V)0)
Spannung (in Volt) = V0 • 10L (in dB) / 20
Wobei V0 = 1 V zur Messung von dBV und V0 = 0,7746 zur Messung von dBu.
Diese Dezibeleinheiten werden häufig zur Messung des Signalpegels verwendet.
dBV, dBu und dBFS finden Sie in den folgenden Audiospezifikationen:
- Maximaler Eingangspegel: Die maximale Signalstärke, die einen Eingang ohne nennenswerte Verzerrung und Überlastung ansteuern kann.
- Dynamikbereich: Der Bereich zwischen dem leisestmöglichen Signal (Grundrauschen) und dem lautesten möglichen Signal.
- Einfügedämpfung des Transformators: jeder Signalverlust beim Anschluss verteilter Lautsprecher an eine verteiltes System.
Lärm
Dezibelwerte werden auch häufig verwendet, um Rauschen in einem Signal anzugeben.
Zu den allgemeinen Geräuschspezifikationen für Audiogeräte gehören:
- Gleichtakt-Unterdrückungsrate: Die Menge an Rauschen/Interferenzunterdrückung, die als Folge des Differenzverstärkers in einem symmetrischen Eingang auftritt.
- Übersprechen/Kanaltrennung: Die Signalmenge, die vom rechten Kanal in den linken Kanal und umgekehrt übergeht.
- Eigenrauschen (äquivalentes Rauschen): Das inhärente Geräusch, das von der Elektronik eines aktiven Audiogeräts erzeugt wird.
- Signal-Rausch-Verhältnis: Das Verhältnis des beabsichtigten Signals zum unbeabsichtigten Rauschen in einem Gesamtaudiosignal.
Energieübertragung
Die Leistungsübertragung bezieht sich auf die Menge an Leistung, die zwischen Audiogeräten übertragen wird (wie viel Leistung bei Last abgebaut wird). Es ist eine andere Möglichkeit, uns die Stärke eines Audiosignals zu sagen.
Die Audioleistung wird häufig in Watt wenn es auf Endstufen und Lautsprecher angewendet wurde.
In anderen Audiogeräten wird es oft in dBm definiert (Dezibel bezogen auf 1 Milliwatt).
0 dBm = 1 mW.
Technisch gesehen ist dies nur ein Hinweis auf die Macht und berücksichtigt nicht Spannung, Strömung oder Widerstand/Impedanz.
Davon abgesehen erlauben die Konventionen die Annahme, dass dBm auf 1 Milliwatt bezogen wird, das in eine 600Ω-Last abgeführt wird.
Bei einer Last von 600 Ω erzeugen 0,775 V (0 dBu) 1 mW (0 dBm).
dBm wird aufgrund dieser Annahme nicht mehr übermäßig verwendet.
Die Gleichung zur Berechnung von dBm lautet wie folgt:
dBm = 10 • log (P / P0)
wobei P0 = 1 mW
Schalldruckpegel
Schalldruckpegelmessungen (SPL) werden uns viel über die Stärke der Schallwellen sagen. SPL kann linear gemessen werden in Pascal (SI-Einheit) oder in Pfund pro Quadratzoll (imperiale Einheit).
SPL wird jedoch häufiger in dB SPL gemessen. Das sind Dezibel Schalldruck relativ zur Schwelle des menschlichen Gehörs (20 x 10-6 Pa oder 20 μPa).
Die Gleichung zur Berechnung von dB SPL aus typischen Pascal-Druckmessungen lautet wie folgt:
dB SPL = 20 • log (P / P0)
wobei P0 = 20 x 10-6 Papa
Hier ist eine Tabelle, die dB-SPL-Werte mit Pascal-Werten und gemeinsamen Quellen der verschiedenen Pegel in Beziehung setzt.
| dB Schalldruckpegel | Pascal | Beispiel für eine Klangquelle |
|---|---|---|
| 0 dB Schalldruckpegel | 0,00002 Pa | Schwelle des Gehörs |
| 10 dB Schalldruckpegel | 0,000063 Pa | Blätter rascheln in der Ferne |
| 20 dB Schalldruckpegel | 0,0002 Pa | Hintergrund eines schalldichten Studios |
| 30 dB SPL | 0,00063 Pa | Ruhiges Schlafzimmer in der Nacht |
| 40 dB Schalldruckpegel | 0,002 Pa | Ruhige Bibliothek |
| 50 dB Schalldruckpegel | 0,0063 Pa | Durchschnittlicher Haushalt ohne Gespräche |
| 60 dB Schalldruckpegel | 0,02 Pa | Normales Gesprächsniveau (1 Meter Abstand) |
| 70 dB Schalldruckpegel | 0,063 Pa | Staubsauger (1 Meter Abstand) |
| 80 dB Schalldruckpegel | 0,2 Pa | Durchschnittlicher Stadtverkehr |
| 90 dB Schalldruckpegel | 0,63 Pa | Transport-LKW (10 Meter) |
| 100 dB Schalldruckpegel | 2 Pa | Presslufthammer |
| 110 dB Schalldruckpegel | 6,3 Pa | Schwelle des Unbehagens |
| 120 dB Schalldruckpegel | 20 Pa | Ambulanzsirene |
| 130 dB SPL | 63 Pa | Düsentriebwerk hebt ab |
| 140 dB Schalldruckpegel | 200 Pa | Schmerzschwelle |
Als zusätzliche Ressource finden Sie hier eine Tabelle, in der die sicheren Expositionszeiten für Menschen bei verschiedenen Schalldruckpegeln aufgeführt sind (wie vom National Institute for Occupational Safety and Health und Occupational Safety and Health Administration definiert):
| NIOSH-Standard (dBA) | Äquivalenter Schalldruckpegel (bei 1 kHz) | Maximale Expositionszeit | OSHA-Standard (dBA) | Äquivalenter Schalldruckpegel (bei 1 kHz) |
|---|---|---|---|---|
| 127 dBA | 127 dB Schalldruckpegel 44,8 Pa |
1 Sekunde | 160 dBA | 160 dB SPL 2,00 kPa |
| 124 dBA | 124 dB SPL 31,7 Pa |
3 Sekunden | 155 dBA | 155 dB Schalldruckpegel 1,12 kPein |
| 121 dBA | 121 dB Schalldruckpegel 22,4 Pa |
7 Sekunden | 150 dBA | 150 dB SPL 632 Pa |
| 118 dBA | 118 dB Schalldruckpegel 12,6 Pa |
14 Sekunden | 145 dBA | 145 dB Schalldruckpegel 356 Pa |
| 115 dBA | 115 dB Schalldruckpegel 11,2 Pa |
28 Sekunden | 140 dBA | 140 dB Schalldruckpegel 200 Pa |
| 112 dBA | 112 dB Schalldruckpegel 7,96 Pa |
56 Sekunden | 135 dBA | 135 dB Schalldruckpegel 112 Pa |
| 109 dBA | 109 dB Schalldruckpegel 5,64 Pa |
1 Minute 52 Sekunden | 130 dBA | 130 dB SPL 63,2 Pa |
| 106 dBA | 106 dB Schalldruckpegel 3,99 Pa |
3 Minuten 45 Sekunden | 125 dBA | 125 dB Schalldruckpegel 35,6 Pa |
| 103 dBA | 103 dB SPL 2,83 Pa |
7 Minuten 30 Sekunden | 120 dBA | 120 dB Schalldruckpegel 20,0 Pa |
| 100 dBA | 100 dB Schalldruckpegel 2,00 Pa |
15 Minuten | 115 dBA | 115 dB Schalldruckpegel 11,2 Pa |
| 97 dBA | 97 dB Schalldruckpegel 1,42 Pa |
30 Minuten | 110 dBA | 110 dB Schalldruckpegel 6,32 Pa |
| 94 dBA | 94 dB Schalldruckpegel 1,00 Pa |
1 Stunde | 105 dBA | 105 dB Schalldruckpegel 3,56 Pa |
| 91 dBA | 91 dB Schalldruckpegel 0,71 Pa |
2 Stunden | 100 dBA | 100 dB Schalldruckpegel 2,00 Pa |
| 88 dBA | 88 dB SPL 0,50 Pa |
4 Stunden | 95 dBA | 95 dB Schalldruckpegel 1,12 Pa |
| 85 dBA | 85 dB SPL 0,36 Pa |
8 Stunden | 90 dBA | 90 dB Schalldruckpegel 0,63 Pa |
| 82 dBA | 82 dB SPL 0,25 Pa |
16 Stunden | 85 dBA | 85 dB SPL 0,36 Pa |
dB SPL ist wichtig bei der Definition von Audiowandlern (die Geräte, die Schallwellen oder Vibrationen in Audiosignale oder Audiosignale in Schallwellen umwandeln).
Audiowandler umfassen Mikrofone, Kopfhörer, Lautsprecher und mehr.
Von diesen Geräten werden dB-SPL-Werte verwendet, um einige Dinge zu beschreiben, hauptsächlich:
Empfindlichkeit
Die Mikrofonempfindlichkeit gibt an, wie viel Signalpegel das Mikrofon für einen bestimmten Schalldruckpegel an seiner Membran ausgibt.
Die Kopfhörerempfindlichkeit sagt uns, wie viel Schalldruck der Kopfhörer erzeugt (am Ohr des Hörers, wenn der Kopfhörer wie vorgesehen getragen wird), wenn ein bestimmter Signalpegel (typischerweise gemessen als 1 mW) darauf angewendet wird.
Die Lautsprecherempfindlichkeit sagt uns, wie viel Schalldruckpegel ein Lautsprecher in einer bestimmten Entfernung (typischerweise 1 Meter) erzeugt, wenn ein bestimmter Signalpegel (im Allgemeinen gemessen bei 1 Watt oder 2.83 volt) wird darauf angewendet.
Maximaler Schalldruckpegel
Der maximale Schalldruckpegel eines Mikrofons sagt uns, wie viel Schalldruckpegel das Mikrofon effektiv in ein Audiosignal umwandeln kann, ohne zu verzerren.
Der maximale Schalldruckpegel (oft als maximaler Ausgangspegel bezeichnet) für Kopfhörer und Lautsprecher bezieht sich auf den maximalen Schalldruckpegel (gemessen in einer bestimmten Entfernung), den das Gerät ohne nennenswerte Verzerrung erzeugt.
Passive Dämpfungsvorrichtung (Pad)
Ein Pad ist eine passiv schaltbare Schaltung, die in einigen Audiogeräten enthalten ist und den Pegel des Signals um einen definierten Betrag senkt. Die Höhe der Dämpfung ist im Pad-Design vorgegeben und wird in der Regel in Dezibel gemessen.
Genauer gesagt werden Pad-Werte in negativen dB-Werten definiert (da sie mit dem gedämpften Ausgangssignalpegel zum Eingangssignalpegel verglichen werden).
Toleranz
Toleranz ist die „Marge oder Fehler“ oder „Schwankungsbreite“, die dazu beiträgt, anderen Spezifikationen Bedeutung zu verleihen.
Die Toleranz wird typischerweise in Dezibel gemessen (als Vergleich zum Mittelwert oder zum Punktwert). Es sind die Maße nach den Zeichen „+/-“ oder „±“.
Eine Toleranz gibt uns eine viel bessere Vorstellung von allen Bereichen im Audiobereich. Es kann häufig in den folgenden Audiogerätespezifikationen gesehen werden:
Frequenzgang
Der Frequenzgang bezieht sich auf die frequenzspezifische Empfindlichkeit eines Audiogeräts.
Mit anderen Worten, wie gut (und gleichmäßig) ein Audiogerät das Audiosignal erzeugt, reproduziert oder verarbeitet. Färbt das Audiogerät das Signal, indem es bestimmte Frequenzen ausschneidet, während andere reduziert oder verstärkt werden?
Beachten Sie, dass der Bereich des menschlichen Gehörs 20 Hz bis 20.000 Hz beträgt.
Der Frequenzgang wird am besten mit einem Diagramm dargestellt:
- Frequenz (in Hertz) entlang der X-Achse
- Empfindlichkeit (in Dezibel) entlang der Y-Achse
Hier ist die Shure SM57 (Link, um den Preis bei Amazon zu überprüfen) Frequenzgangdiagramm als Beispiel. Wir können sehen, dass:
- Der SM57 ist nicht in der Lage, 20 Hz bis 20.000 Hz zu erzeugen.
- Nicht alle Frequenzen, die das Mikrofon ausgibt, werden gleichermaßen im Ausgangssignal dargestellt.
Der Frequenzgang ist jedoch im Allgemeinen nur als ein Bereich zwischen der niedrigsten Frequenz, die das Gerät verarbeiten kann, und der höchsten Frequenz, die das Gerät verarbeiten kann, definiert.
Die Bereiche sind ziemlich nutzlos ohne eine Art Toleranzwert, der uns die Punkte sagt, an denen die frequenzabhängige Verarbeitung / Empfindlichkeit des Geräts abfällt.
Zum Beispiel ist 20 Hz – 20.000 Hz viel weniger beschreibend als 20 Hz – 20.000 Hz ± 3 dB.
Leistungsbandbreite
Diese Spezifikation ist so ziemlich die gleiche wie der Frequenzgang. Es bezieht sich auf die Bandbreite (Frequenzbereich), die ein Verstärker effektiv ausgeben kann.
Obwohl ein Diagramm für das Verständnis am besten geeignet wäre, ist ein Toleranzwert (gemessen in dB) sehr nützlich, um die Leistungsbandbreite zu verstehen.
Treiberabgleich
Dies ist eine Kopfhörerspezifikation, die uns den maximalen Fehlerspielraum für die relativen Ausgangspegel der beiden Treiber (links und rechts) angibt.
Polar Response
Die Richtcharakteristik (auch Richtcharakteristik genannt) eines Mikrofons bezieht sich auf die Richtungsabhängigkeit dieses Mikrofons.
Mit anderen Worten, es sagt uns, relativ zur On-Axis-Richtung des Mikrofons, wie das Mikrofon Schall aus allen anderen Richtungen aufnimmt.
Diese Mikrofonspezifikation wird am besten mit einem Diagramm definiert, wie das des oben genannten Shure SM57 Nierenmikrofons. Wir können aus den Grafiken unten sehen:
- Das Richtcharakteristik variiert mit der Frequenz (wird bei höheren Frequenzen gerichteter).
- Der empfindlichste Punkt befindet sich auf der Achse (0º) und ist auf 0 dB eingestellt. Alle anderen Winkel sind relativ zu dieser 0 dB-Referenz.
Neben (oder anstelle von) einem Diagramm kann ein Mikrofon einen qualitativen Richtcharakteristiktitel haben (z. B. das oben erwähnte Nierenmuster). Es kann auch einen Akzeptanzwinkel mit einer „Toleranz“ oder Grenzfrequenz haben.
Zum Beispiel könnte der Shure SM57 einen Aufnahmemusterakzeptanzwinkel von 60º ± 3 dB haben.
Abstrahlwinkel
Der Abstrahlwinkel bezieht sich auf den Ausgang eines Lautsprechers. Die meisten Lautsprecher sind aufgrund ihrer relativ großen Treiber und Gehäuse zumindest etwas gerichtet (insbesondere bei mittleren und oberen Frequenzen).
Dezibel relativ zur On-Axis-Antwort sind nützlich, um einen festgelegten Grenzwert / Schwellenwert zu bestimmen, bei dem die Richtungsabhängigkeit des Sprechers definiert werden kann.
Eq
Dezibel werden verwendet, um das frequenzabhängige Schneiden und Verstärken zu definieren, das bei der Audioentzerrung auftritt.
Filter (einschließlich derer, die in Lautsprecherweichen verwendet werden) können auch mit Dezibel definiert werden. Genauer gesagt werden Filter weitgehend durch den Roll-off (Dezibel / Oktave) definiert, in dem sie den Audiopegel reduzieren.
Geräuschunterdrückung
Die Geräuschunterdrückung ist eine Kopfhörerspezifikation, die uns sagt, wie stark der Kopfhörer externe Geräusche ausblendet. Dies wird typischerweise in Dezibel im Verhältnis zu dem „Geräusch“ gemessen, das wir sonst hören würden, wenn wir die Kopfhörer nicht getragen hätten.
Dies gilt für die passive und aktive Geräuschunterdrückung.
Passive Geräuschunterdrückung ist die einfache mechanische Blockierung von Schallwellen, die in den Gehörgang gelangen.
Aktive Geräuschunterdrückung bezieht sich auf die Verwendung komplexer Schaltungen mit Mikrofonen; Feed-Forward- und Feedback-Schaltungen; Phasen- und Lautstärkeanpassungen sowie Lautsprecher, um die Anti-Rausch-Schallwellen in den Kopfhörerausgang zu injizieren.
Ohm
Das Ohm ist die Maßeinheit für mehrere wichtige elektrische Größen, die mit Audiogeräten zu tun haben. Diese Mengen sind:
Widerstand
Der elektrische Widerstand (R) ist der Widerstand gegen den Stromfluss in einem elektrischen Stromkreis. Weitere SpezifikationenEs ist der Gegensatz zu Gleichstrom (DC).
1 Ohm ist definiert als der Widerstand eines Leiters mit einem Potential von 1 Volt angewandt auf die Enden, durch die 1 Ampere der Stromflüsse.
Obwohl analoge Audiosignale AC (Wechselstrom) sind, ist die Widerstandsfähigkeit immer noch wichtig.
Die meisten Audiogeräte haben Widerstände in ihren Schaltkreisen. Wenn dies nicht der Fall ist, gibt es zumindest einen natürlichen Widerstand, der in den Komponenten und der Verdrahtung der Schaltung auftritt.
Widerstand fungiert auch als eine Art Platzhalter für die Impedanz, um Gleichungen in der Audiowelt zu vereinfachen.
Elektrische Impedanz
Wir haben erwähnt, dass Audiosignale Wechselströme sind. Daher ist die elektrische Impedanz (Z) ein Faktor bei der Audiosignalübertragung.
Die elektrische Impedanz erweitert im Wesentlichen die Idee des Widerstands gegen Wechselstromkreise. Die Impedanz hat daher sowohl Magnituden- als auch Phasenkomponenten und ist frequenzabhängig. Es setzt sich aus elektrischem Widerstand (real) sowie elektrischem Reaktanz (imaginär) zusammen.
Impedanz ist tatsächlich eines der wichtigsten (und missverstandenen) Konzepte für Audiogeräte. Sie gilt für alle Audiogeräte.
Die Eingangs- und/oder Ausgangsimpedanzen sind für Audiogeräte von besonderer Bedeutung.
Die interne Impedanz der Schaltkreise ist ebenfalls kritisch, ist aber in der Regel so konzipiert, dass das Gerät so funktioniert, wie es soll.
Eingangs- und Ausgangsimpedanzen sind von besonderer Bedeutung, da Ein- und Ausgang die Verbindungen sind, die ein Audiogerät mit einem anderen verbinden. Das Senden eines Audiosignals vom Ausgang einer Quelle an den Eingang einer Last erfordert geeignete Quellimpedanzwerte (Ausgangsimpedanz) und Lastimpedanzwerte.
Eine allgemeine Faustregel für eine anständige Spannungs- / Signalübertragung von einem Gerät zum anderen ist, eine Lastimpedanz zu haben, die mindestens 10-mal größer ist als die Quellenimpedanz. Dieses ZLast > ZQuelle Bedingung gilt für alle Audioverbindungen, bei denen die Quelle ein Audiosignal an die Last sendet.
Wir können einen Blick auf einen einfachen Spannungsteiler werfen, um zu verstehen, warum:
VL = VS • [ZL / (ZS + ZL)]
So können wir sehen, dass das größere ZLast ist relativ zu ZQuelle, je näher VLast wird zu V seinQuelle. Anders ausgedrückt bedeutet dies eine bessere Spannungs-/Signalübertragung.
Der Dämpfungsfaktor einer Verstärker-Lautsprecher-Verbindung ist definiert als das Verhältnis von ZLast bis ZQuelle. Höhere Dämpfungsfaktoren ermöglichen eine höhere Verstärkersteuerung und einen saubereren Klang bis zu einem gewissen Punkt.
Elektrische Reaktanz
Elektrische Reaktanz (X) ist der Widerstand von elektrischem Strom aufgrund der Induktivität oder Kapazität eines Schaltungselements.
Die Reaktanz beeinflusst die Phase und Amplitude der Impedanz einer Audiokomponente.
Dies zeigt sich in Lautsprecher- und Kopfhörertreibern, wo die induktive Reaktanz die Impedanz in den hohen Frequenzen erhöht.
Volt
Das Volt ist die Einheit der Spannung oder des elektrischen Potentials. Es ist ein Maß für die Differenz des elektrischen Potentials zwischen zwei Punkten.
1 Volt entspricht 1 Joule Arbeit pro 1 Coulomb der Ladung.
Spannung wird aus vielen Gründen in der Audiotechnik benötigt.
Zunächst werden die Audiosignale selbst durch Wechselspannung definiert. Die Signalstärke wird oft in Volt (oder Millivolt) gemessen. dBV (Dezibel relativ zu 1 Volt) oder dBu (Dezibel relativ zu 0,7746 Volt).
Zweitens benötigen aktive Audiogeräte eine Stromquelle und in vielen Fällen eine Stromversorgung, um die richtige Vorspannung bereitzustellen, um ordnungsgemäß zu funktionieren.
Hier einige Beispiele:
- Leistungsverstärker benötigen sowohl positive als auch negative Spannungsschienen.
- Kondensatormikrofone benötigen Gleichspannung, um ihre Impedanzwandler anzutreiben und in einigen Fällen ihre Kapseln zu polarisieren (oft über +48 VDC Phantomspeisung).
Diese Spannung ist Teil der Stromversorgung der aktiven Schaltung.
Ampere
Das Ampere (oft abgekürzt zu „Ampere“) ist ein Maß für elektrischen Strom.
1 Ampere entspricht 1 Coulomb der Ladung Überschreiten eines bestimmten Punktes pro Sekunde.
Es gibt im Wesentlichen zwei Arten von elektrischem Stromfluss:
- Gleichstrom: elektrischer Strom, der nur in eine Richtung fließt.
- Wechselstrom: elektrischer Stromt wechselt seine Fließrichtung.
Analoge Audiosignale bestehen aus Wechselstrom.
Dieser Wechselstrom hat die Form einer Welle, die im Allgemeinen Frequenzen im Bereich von 20 Hz – 20.000 Hz hat (obwohl ein breiterer oder verengter Bereich sicherlich möglich ist). Denken Sie daran, dass das menschliche Gehör nur von 20 Hz bis 20 kHz reicht.
Eine einfache Möglichkeit, die Tatsache zu visualisieren, dass Audiosignale Wechselstrom sind, besteht darin, an einen Lautsprechertreiber zu denken. Der Lautsprecherantrieb muss relativ zum Audiosignal schwingen (hin und her bewegen), um Schallwellen zu erzeugen.
Wenn ein Gleichstrom an den Lautsprechertreiber angelegt wurde, schoss er nach außen (oder nach innen, je nach Polarität) und blieb dort, bis der Gleichstrom gestoppt (oder im Pegel angepasst) wurde.
Das Anschließen einer Klimaanlage an den Lautsprechertreiber bewirkt, dass sich der Treiber nach innen und außen bewegt und dabei Klang erzeugt.
Gleichstrom ist in Audiogeräten immer noch erforderlich, da er sich auf Stromversorgungen und Vorspannungen bezieht Stromspannungen.
Grad
Grad werden verwendet, um die Phase von Audiosignalen und die Winkel der Schallausbreitung darzustellen.
Phase bezieht sich typischerweise auf das Timing von Wellen (ob es sich um Schallwellen von Audiosignalen handelt). Ein Phasenunterschied zwischen zwei identischen Signalen bedeutet eine Verschiebung der Stelle, an der jede Wellenform beginnt, relativ zu der Stelle, an der die andere beginnt.
Phasenprobleme treten auf, wenn sich zwei oder mehr Wellen gegenseitig aufheben (eine Welle ist beispielsweise auf ihrem Höhepunkt positiv, während die andere auf ihrem Höhepunkt negativ ist).
180º würde bedeuten, dass ein Signal mit einem anderen völlig phasenverschoben ist. Dies ist in der Regel schlecht, aber es ist eine Schlüsselkomponente für symmetrisches Audio, bei dem der symmetrische Eingang über einen Differenzverstärker verfügt, um die Unterschiede zwischen den beiden phasenverschobenen, aber ansonsten identischen Signalen.
Phase wird auch in Impedanzdiagrammen von Kopfhörer- und Lautsprechertreibern verwendet, um uns zu zeigen, ob der Treiber Strom vom Verstärker „zieht“ oder Strom zurück zum Verstärker „drückt“.
Winkel sind nützlich, um die Richtcharakteristik und den Akzeptanzwinkel eines Mikrofons oder den Abstrahlwinkel eines Lautsprechers zu bestimmen.
Pascal
Der Pascal (Pa) ist die SI-Einheit für Druck.
1 Pascal ist gleich eins Newton der Kraft pro Quadratmeter.
Der Schalldruckpegel wird, wie besprochen, typischerweise in Dezibel gemessen, wird aber letztendlich durch den Druck definiert. SPL ist ein wichtiger Faktor, der bei Audiowandlern (Mikrofone, Kopfhörer, Lautsprecher usw.) berücksichtigt werden muss.
Watt
Das Watt ist ein Maß für die Leistung. Audiogeräte befassen sich mit elektrischer Energie und manchmal mit akustischer Leistung (obwohl akustische Leistung normalerweise nicht diskutiert wird).
Elektrische Leistung ist die Übertragung von elektrischer Energie und 1 Watt entspricht der Übertragung von 1 Joule pro Sekunde.
In einigen Kleinsignal-Audiogeräten (Mikrofone, Vorverstärker usw.) können Dezibel relativ zu 1 Millivolt (dBm) verwendet werden, um die Signalstärke zu definieren.
Bei größeren Signal-Audiogeräten (Leistungsverstärker und Lautsprecher) beschäftigen wir uns mehr mit der Leistungsübertragung, definiert in Watt.
Lautsprecher haben eine Belastbarkeit, die die Menge an Leistung angibt, die sie von einem Verstärker empfangen sollen.
In ähnlicher Weise haben Leistungsverstärker Nennleistungen, die die Leistungsmenge definieren, die sie mit einem Lautsprecher versorgen können.
Aktive Audiogeräte benötigen auch Strom, um zu funktionieren. Der Leistungsbedarf wird jedoch typischerweise in Spannung und gezogenem Strom und nicht in Watt angegeben.
Sekunde
Zeit und Audio sind eng miteinander verflochten. Der zweite ist der Baustein der Zeit.
Hier sind nur einige der Möglichkeiten, wie Zeit verwendet wird, um Faktoren in Audio und Audiogeräten zu messen:
- Anstiegsrate (typischerweise gemessen in Volt pro Mikrosekunde): misst die Geschwindigkeit, mit der ein Verstärker auf ein Eingangssignal reagieren kann.
- Hertz (misst in Zyklen pro Sekunde): bezieht sich auf Audio, Abtastrate und Funkträgerwellenfrequenz.
- Garantie (gemessen in Jahren): die Garantie für Audiogeräte.
Gramm
Audiogeräte haben Gewicht. Das Gramm ist ein metrisches Maß für das Gewicht.
Pfund/Unze
Imperiale Einheiten für Gewicht.
Meter
Audiogeräte haben Abmessungen und Kabel haben Lauflängen. Das Messgerät ist ein metrisches Maß für das Gewicht.
Fuß/Zoll
Imperiale Einheiten für die Länge.
Prozentsatz
Der Prozentsatz wird bei bestimmten Messungen verwendet, die sich auf Audiogeräte beziehen. Am bemerkenswertesten unter diesen Messernts sind Gesamtharmonische Verzerrung, Intermodulationsverzerrung und relative Feuchte.
Totale harmonische Verzerrung
THD ist ein Maß für die harmonische Verzerrung in einem Signal und ist definiert als das Verhältnis der Summe der Leistungen aller harmonischen Komponenten zur Leistung der Grundfrequenz.
Sie wird mit einer einfachen Sinuswelle (einer einzigen Frequenz) berechnet und als Prozentsatz angegeben.
Intermodulationsverzerrung
Intermodulationsverzerrung (IMD) wird wie THD gemessen und als Prozentsatz der Gesamtleistung unter bestimmten Testbedingungen dargestellt.
IMD tritt auf, wenn zwei oder mehr Signale im Verstärker gemischt werden. Töne interagieren miteinander und erzeugen oft modulierte nichtharmonische „Seitenband“-Frequenzen, die eigentlich nicht Teil der Eingangssignale sind. Diese zusätzlichen Frequenzen werden vom Verstärker verstärkt und verzerren das Ausgangssignal.
Relative Luftfeuchtigkeit
Audiogeräte sind elektrisch. Elektrische Komponenten sind nicht immer so gebaut, dass sie längeren Perioden hoher Luftfeuchtigkeit standhalten.
Die Spezifikation der relativen Luftfeuchtigkeit eines Audiogeräts bezieht sich auf die maximale empfohlene Luftfeuchtigkeit, bei der das Gerät in Prozent erwartet werden sollte.
Grad Celsius
Audiogeräte funktionieren nur so, wie sie innerhalb eines definierten Temperaturbereichs sollen, unabhängig davon, ob dieser Bereich angegeben ist oder nicht.
Grad Celsius ist eine metrische Einheit zur Messung der Temperatur.
Verstärker und Lautsprechertreiber sind die typischen Opfer, die einem in den Sinn kommen, wenn sie überhitzt sind.
Rohrgetriebe ist die typische Art von Getriebe, an die wir denken, wenn sie unterheizt oder zu schnell von einer kalten Temperatur erhitzt werden.
Grad Fahrenheit
Imperiale Einheiten für die Temperatur.
Bit
Digitales Audio wird, wie wir besprochen haben, zum Teil durch die Abtastrate definiert (die Anzahl der Male pro Sekunde, mit der das digitale Signal abgetastet wird).
Die Bittiefe bezieht sich auf die potenziellen Amplituden, die jedes dieser Samples potenziell haben könnte.
Übliche Bittiefen sind:
- 16-Bit: 65,536
- 24-Bit: 16,777,216
Farad
Der Farad ist ein Maß für die Kapazität. Kapazität ist die Fähigkeit eines Körpers, eine elektrische Ladung zu speichern.
Eine Kapazität von 1 Farad würde eine Potentialdifferenz von 1 Volt über einen Kondensator verursachen, wenn Aufgeladen mit 1 Coulomb.
Eine sehr große Anzahl von Audiogeräten hat Kondensatoren in ihren Schaltkreisen, um DC- und Filtersignale zu blockieren.
Die Kapazität ist besonders wichtig für Kondensatormikrofone, die über Kapseln verfügen, die effektiv als große parallele Kondensatoren fungieren.
Coulomb
Das Coulomb ist die SI-Einheit der elektrischen Ladung. Audio ist elektrisch und daher ist elektrische Ladung inhärent.
Davon abgesehen sehen wir normalerweise keine Spezifikationen bei Coulombs und diskutieren auch keine Coulombs, wenn wir mit Audio zu tun haben.
1 Coulomb ist gleich der Menge an elektrischer Ladung, die durch einen konstanten elektrischen Strom von 1 transportiert wird Ampere in 1 Sekunde.
Newton
Der Newton ist die SI-Einheit für Kraft.
Manchmal listen Kopfhörerhersteller auf, wie viel Kraft ihre Kopfhörer auf die Ohren des Zuhörers ausüben, wenn sie richtig getragen werden. Dies ist das einzige Mal, dass ich Newtons in einer Spezifikation für ein Audiogerät gesehen habe.
Tesla
Der Tesla ist ein Maß für die magnetische Flussdichte.
Moving-Coil-Wandler (insbesondere Lautsprechertreiber) können einen bestimmten Tesla-Wert für die von ihren Magneten erzeugte magnetische Flussdichte aufweisen.
Henry
Der Henry ist eine SI-Maßeinheit für elektrische Induktivität.
Leitfähige Spulen, die regelmäßig in Moving-Coil-Wandlern verwendet werden, haben eine Selbstinduktivität, die eine Rolle dabei spielt, wie sie sich verhalten, wenn Elektrizität (Audiosignale) durch sie geleitet wird.
Eine Spule mit einer Selbstinduktivität von 1 Henry erzeugt einen Fluss von 1 Weber mit einem Strom von 1 Ampere fließen durch sie.
