Šum na pozadí v audiu

Naše nové poslechové studio neslouží jen pro poslech hudby, ale poskytuje nám také dostatečný prostor pro různé experimenty a měření. Tento článek se bude zabývat měřením šumu audio sestavy ve slyšitelném spektru, kde mikrofonem měříme šum vycházející přímo z reproduktoru. Porovnávat budeme reálný šum zesilovače, který je napájen přímo ze sítě a potom přes síťový filtr RD EMI Neutralizer.

Konfigurace audio sestavy a měření

Měření provádíme na vysoce citlivých širokopásmových reprosoustavách Evolution, před které je v ose reproduktoru na stativu umístěn profesionální mikrofon Rhode, ze kterého je nekomprimovaná zvuková informace zaznamenána pomocí digitální zrcadlovky EOS70D. Mikrofon je přepnut do lineálního módu a jeho zisk nastaven na 0 dB.

Reprosoustavy jsou připojeny k elektronkovému zesilovači PrimaLuna Dialogue Premium HP. Všechny jeho vstupy jsou odpojeny.  

PrimaLuna amplifier

Měření bylo provedeno ve čtyřech různých konfiguracích:

1. Napájeno ze sítě, úroveň hlasitosti na nule

2. Napájeno ze sítě, úroveň hlasitosti na maximu

3. Napájeno z RD EMI Neutralizeru, úroveň hlasitosti na nule

4. Napájeno z RD EMI Neutralizeru, úroveň hlasitosti na maximu

Znečištění napájecí soustavy

Jednoduché měřidlo EMI znečistění ukazuje relativně dobrou hodnotu vysokofrekvenčního rušení v síti 428–430 mV. Poslechové studio naštěstí máme vzdálené od velkých zdrojů rušení. Standardně se lze setkat s hodnotami 2000–4000 mV v blízkosti střídačů nebo průmyslových areálů.

Kvalita napětí za RD EMI Neutralizerem je potom  jen 27 mV vysokofrekvenčního rušení.

Šum na pozadí

se najde u každého zesilovače nebo audio komponentu. Díky vyjímečné citlivosti reprosoustav Evolution je šum na pozadí slyšitelný uchem. Šum je slyšitelný jak při nulové, tak i maximální hlasitosti zesilovače.

Orientační měření šumu pomocí mobilu

Pomocí aplikace SPECTROID, což je jednoduchý spektrální analyzátor, lze ze šumu vyčíst některé základní údaje. Použil jsem mobil Samsung Galaxy S7, spektrální analyzátor byl nastaven takto:

Vzorkovací frekvence: 96 000 Hz
FFT rozlišení: 8192 vzorků (12 Hz)
Decimace: 6 (0,18 Hz)
Transformační interval: 50 ms
Exponenciální vyhlazovací faktor: 0,05

Na obrázku níže vidíme vidíme žlutě okamžité hodnoty, červeně potom maximální. Měření trvalo asi 5 sekund. Všimněme si, že zřetelně vynikají špičky síťové frekvence 50 Hz a jejich harmonické násobky 100 Hz, 150 Hz, 200 Hz, 250 Hz, … S největší pravděpodobností za toto mohou usměrňovací diody ve zdrojích elektronkového zesilovače. Polemika ohledně konstrukce zesilovače však není cílem tohoto článku. Každý zesilovač nějaký vlastní šum produkuje, pojďme se na šum podívat podrobněji citlivějším mikrofonem Rhode

Subjektivní vnímání šumu

U vnímání hudby lidským sluchem jsou harmonické frekvence hudebního nástroje mnohem více podstatné, než jeho frekvence základní. Harmonické frekvence totiž onomu nástroji dávají charakter a barvu. Více o vnímání hudby se dočtete zde

Stejně tak i šum různě vnímáme podle určitých frekvencí, které konkrétnímu šumu na pozadí dominují. Šum je přirozený, najdeme ho všude kolem nás. Základní je bílý šum, který se často přirovnává k bílému světlu. Dále podle jeho charakteru lze definovat celou řadu dalších šumů, růžový, hnědý, … viz Wikipedie

V audiu šum na pozadí uslyšíme v nejtišší pasáži nahrávky. Tento šum nám ale také zkreslí části hlasité, jelikož šum pozadí se vždy přičítá k užitečnému signálu. 

Metodika a zpracování naměřených dat

Mikrofon Rhode umístěn na stativu v ose reproduktoru, 15 cm před středovým magnetem reproduktoru. Všechna čtyři měření byla provedena ve stejné konfiguraci bez pohybu s mikrofonem. K reprosoustavám Evolution je připojen pouze zesilovač s odpojenými vstupy (připojené vstupy měřený šum znatelně nemění).

Audio záznam je snímán nekomprimovaně ve formátu WAV, na začátku každého vzorku je hlasový komentář určující identifikaci vzorku. Následuje 15 sekund ticha, respektive šumu, který měříme. Pomocí programu Audacity je z posledních deseti sekund každého vzorku proveden výpočet spektrální analýzy. Výsledek Fourierovy transformace je z programu Audacity exportován do textového souboru, ze kterého jsou pro porovnání výsledků vygenerovány grafy ve frekvenčním rozsahu 20 Hz až 20 kHz.

Šum na pozadí – hlasitost na nule

Rozdíl vzorků 20 Hz až 20 KHz (napájení ze sítě) a (napájení přes filtr RD EMI Neutralizer)

Aritmetický průměr 2,227138352 dB
Medián 2,2827415 dB

Při napájení přes sítový filtr RD EMI Neutralizer je celkový šum pozadí potlačen o více než 2,2 dB v celém slyšitelném spektru.

Šum na pozadí – hlasitost na maximu

Rozdíl vzorků 20 Hz až 20 KHz (napájení ze sítě) a (napájení přes filtr RD EMI Neutralizer)

Aritmetický průměr 2,77435877 dB
Medián 2,8479005 dB

Při napájení přes sítový filtr RD EMI Neutralizer je celkový šum pozadí potlačen o více než 2,7 dB v celém slyšitelném spektru.

Závěrem

Leckdo by mohl namítnout „3 dB přece nic neznamenají“. My se však zabýváme těmi nejjemnějšími detaily, díky kterým se zvuková nahrávka rozjasní. Ušima, při napájení zesilovače z RD EMI Neutralizeru, je odstup šumu znatelný a celková dynamika nástrojů výraznější.