朱旭

【摘 要】本文從優(yōu)化民機旅客廣播系統(tǒng)音頻的角度出發(fā)，在系統(tǒng)設(shè)計中將音頻測量和音頻處理相結(jié)合，首先通過音頻測量，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)音頻測量的結(jié)果，通過音頻處理和控制對聲音進行放大和加工處理，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；音頻測量；音頻處理

0 引言

旅客廣播舒適性，是飛行過程中旅客對于客艙廣播的一種感官體驗，優(yōu)化民用飛機旅客廣播系統(tǒng)目的主要是提高旅客在飛行過程中聽覺的舒適性。

人耳的聽覺有個范圍。頻率方面，可被聽見的聲音頻率范圍為20Hz～20kHz，其中人耳對頻率范圍在3～4kHz的聲音感覺最為靈敏。幅值方面，正常人聽覺的聲壓級范圍為0～140dB，當(dāng)聲壓達到140dB及以上，人耳會感到疼痛，這個聽覺閾值稱為“痛閾”；當(dāng)聲壓大于0dB，通常為0.3dB左右，人耳剛剛可以聽見聲音，這個聽覺閾值稱為“聽閾”。

綜上可知，要保證良好的聽覺體驗，需對聲音的頻率和聽覺環(huán)境的音量進行調(diào)整與優(yōu)化。

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

1 音頻測量與分析

首先通過音頻測量，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)。

針對旅客廣播的音頻測量包括串音和隔離度測量、噪聲測量、相位和頻率測量、信號頻譜分析、非線性抑制測量、眼圖及抖動測量等。1.1 串音和隔離度測量

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

1.2 噪聲測量

噪聲測量時，使用寬帶濾波器對被測系統(tǒng)進行約定的帶寬濾波，使用寬帶噪聲測量儀得到噪聲的測量值，并與信號的測量值之比就是信噪比，通過信噪比對系統(tǒng)的噪聲做出相應(yīng)分析，抑制系統(tǒng)噪聲并減少隨機噪聲。

1.3 相位和頻率測量

音頻系統(tǒng)在輸入端注入激勵的音頻信號時，其輸出端總會表現(xiàn)出一定程度延遲。對系統(tǒng)的輸入輸出信號分別做相位測量和頻率測量，有助于通過測量結(jié)果來對相移、相頻響應(yīng)和幅頻響應(yīng)做出分析。

1.4 信號頻譜分析

頻譜分析主要是針對時域和頻域進行分析。時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信號頻譜進行分析。另外，經(jīng)過對被測信號的向下變頻，得到固定的低頻信號，再使用靈敏度較高的幅值檢波電壓表可以對音頻的一次、二次或高次諧波進行精確測量。

1.5 非線性抑制測量

此測試主要是測量旅客廣播系統(tǒng)信號的非線性失真。由于系統(tǒng)固有的一些非線性特性，使得音頻信號在傳輸過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)稱為非線性失真。測量方法有基波抑制法，交互調(diào)節(jié)法和白噪聲法。

1.6 眼圖及抖動測量

眼圖是利用示波器的余輝作用，將掃描所得的每一個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，噪聲將疊加在音頻信號上，造成眼圖模糊。若同時存在碼間串?dāng)_，“眼睛”將開得更小。與無碼間串?dāng)_時的眼圖相比，原來清晰端正的細(xì)線跡，變成了不對稱的模糊帶狀線。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，會造成眼圖張開度很小，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯誤。抖動可大致分為絕對抖動、定時抖動、校正抖動和低頻抖動。

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

1.7 基于DO-214的最小系統(tǒng)性能檢驗

在旅客廣播音頻的測試中，還需要參考DO-214進行系統(tǒng)性能的檢測，檢測的對象主要為手持受送話器和揚聲器，如圖2和圖3所示，測試指標(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。

通過以上的音頻測量，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設(shè)計。此外，還可通過音頻處理和控制的方法優(yōu)化廣播系統(tǒng)設(shè)計。

2 音頻處理與控制

根據(jù)音頻測量的結(jié)果，通過音頻處理和控制對聲音進行放大和加工處理，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、激勵器、噪聲門等，還可利用軟件進行數(shù)字音頻處理。

2.1 設(shè)置濾波器和均衡器

通過對不同頻率或頻段的音頻信號分別進行變頻、衰減或濾波，可美化音色、改進傳輸信道質(zhì)量，并可對擴音環(huán)境的頻率特性加以修正。

2.2 設(shè)置壓限器

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

2.3 設(shè)置聽覺激勵器

在原來的音頻信號中加入適當(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

噪聲門可以限制低電平的噪聲信號進入電路，根據(jù)客艙的聲學(xué)環(huán)境設(shè)定合適的噪聲門閾值，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的頻率傳輸特性，根據(jù)對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

在進行數(shù)字音頻處理過程中，通過采用標(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)化民用飛機旅客廣播系統(tǒng)的設(shè)計過程中，將上述音頻測量與音頻處理方法進行綜合應(yīng)用，運用音頻測量來分析設(shè)備的性能指標(biāo)、運用音頻處理和控制來調(diào)整系統(tǒng)聲學(xué)和電學(xué)特性，實現(xiàn)了優(yōu)化系統(tǒng)性能和提高音頻廣播品質(zhì)的目的。

【參考文獻】

[1]RTCA DO-214 Audio System Characteristic and Minimum Operational Performance Standards for Aircraft Audio Systems and Equipment，March2，1993

[2]ARINC 715-3 Airborne Passenger Address Amplifier，July 6，1984

[3]倪其育.音頻技術(shù)教程[M].2版.國防工業(yè)出版社，2011，1.

[4]布里克林.聲頻信號的儀表計量[M].朱偉，譯.人民郵電出版社，2012，5.

[5]韓紀(jì)慶.音頻信息處理技術(shù)[M].清華大學(xué)出版社，2007，1.

[責(zé)任編輯：王偉平]