基于音频测量和音频处理的民机旅客广播优化分析

朱旭

【摘 要】本文从优化民机旅客广播系统音频的角度出发，在系统设计中将音频测量和音频处理相结合，首先通过音频测量，分析旅客广播系统的声学与电气特性，分析需要调节和优化的设备或系统指标。再根据音频测量的结果，通过音频处理和控制对声音进行放大和加工处理，改善旅客广播系统的声学和电特性，提高旅客舒适度。

【关键词】旅客广播；音频测量；音频处理

0 引言

旅客广播舒适性，是飞行过程中旅客对于客舱广播的一种感官体验，优化民用飞机旅客广播系统目的主要是提高旅客在飞行过程中听觉的舒适性。

人耳的听觉有个范围。频率方面，可被听见的声音频率范围为20Hz～20kHz，其中人耳对频率范围在3～4kHz的声音感觉最为灵敏。幅值方面，正常人听觉的声压级范围为0～140dB，当声压达到140dB及以上，人耳会感到疼痛，这个听觉阈值称为“痛阈”；当声压大于0dB，通常为0.3dB左右，人耳刚刚可以听见声音，这个听觉阈值称为“听阈”。

综上可知，要保证良好的听觉体验，需对声音的频率和听觉环境的音量进行调整与优化。

本文将对音频测量和音频处理等方法进行分析，讨论如何优化系统性能和提高旅客广播的舒适性。

1 音频测量与分析

首先通过音频测量，分析旅客广播系统的声学与电气特性，分析需要调节和优化的设备或系统指标。

针对旅客广播的音频测量包括串音和隔离度测量、噪声测量、相位和频率测量、信号频谱分析、非线性抑制测量、眼图及抖动测量等。1.1 串音和隔离度测量

串音是表征从一个音频通道到另外一个通道的泄露程度，隔离度是指隔离串音的能力。测量过程中，将正弦波信号输入到被测设备的一个通道中，然后从其他通道测量该信号的电平，可用带通滤波器进行串音和隔离度测量。

1.2 噪声测量

噪声测量时，使用宽带滤波器对被测系统进行约定的带宽滤波，使用宽带噪声测量仪得到噪声的测量值，并与信号的测量值之比就是信噪比，通过信噪比对系统的噪声做出相应分析，抑制系统噪声并减少随机噪声。

1.3 相位和频率测量

音频系统在输入端注入激励的音频信号时，其输出端总会表现出一定程度延迟。对系统的输入输出信号分别做相位测量和频率测量，有助于通过测量结果来对相移、相频响应和幅频响应做出分析。

1.4 信号频谱分析

频谱分析主要是针对时域和频域进行分析。时域一般可采用示波器，频域可采用谐波分析仪、频谱分析仪等仪器对信号频谱进行分析。另外，经过对被测信号的向下变频，得到固定的低频信号，再使用灵敏度较高的幅值检波电压表可以对音频的一次、二次或高次谐波进行精确测量。

1.5 非线性抑制测量

此测试主要是测量旅客广播系统信号的非线性失真。由于系统固有的一些非线性特性，使得音频信号在传输过程中输出特性与输入特性相比发生变化和差异，这种变化和差异统称为非线性失真。测量方法有基波抑制法，交互调节法和白噪声法。

1.6 眼图及抖动测量

眼图是利用示波器的余辉作用，将扫描所得的每一个码元波形重叠在一起，形成的一种图形。当系统有噪声时，噪声将叠加在音频信号上，造成眼图模糊。若同时存在码间串扰，“眼睛”将开得更小。与无码间串扰时的眼图相比，原来清晰端正的细线迹，变成了不对称的模糊带状线。噪声越大，线迹越宽，越模糊；码间串扰越大，眼图越不端正。如图1所示。

抖动能够造成数据在系统传输上的瞬间偏差，当偏差变得足够大是，会造成眼图张开度很小，从而导致数据错误。抖动可大致分为绝对抖动、定时抖动、校正抖动和低频抖动。

根据眼图的测量结果，分析造成抖动的原因，可优化和改善传输系统抖动特性。

1.7 基于DO-214的最小系统性能检验

在旅客广播音频的测试中，还需要参考DO-214进行系统性能的检测，检测的对象主要为手持受送话器和扬声器，如图2和图3所示，测试指标包括：输出阻抗、负载阻抗、输出功率特性、设备额定功率、极性等。

通过以上的音频测量，分析广播系统的声学和电学特性，梳理需优化的参数和指标，以确定是否需要改进设计。此外，还可通过音频处理和控制的方法优化广播系统设计。

2 音频处理与控制

根据音频测量的结果，通过音频处理和控制对声音进行放大和加工处理，改善旅客广播系统的声学和电特性，提高旅客舒适度。可以应用的设备包括但不限于：滤波器、均衡器、压限器、激励器、噪声门等，还可利用软件进行数字音频处理。

2.1 设置滤波器和均衡器

通过对不同频率或频段的音频信号分别进行变频、衰减或滤波，可美化音色、改进传输信道质量，并可对扩音环境的频率特性加以修正。

2.2 设置压限器

压限器对音频信号的动态范围进行压缩和限制，即减小音频信号的最大电平与最小电平之间的相对变化范围，以达到减小失真、减少噪声的目的，同时还可以保护功放和扬声器，并在一定程度上抑制嚣叫和提高灵敏度。

2.3 设置听觉激励器

在原来的音频信号中加入适当的谐波分量，模拟出客舱环境声音，使信号具有自然鲜明的细腻感，使声音更具穿透力，从而提高声音的品质。

2.4 设置噪声门

噪声门可以限制低电平的噪声信号进入电路，根据客舱的声学环境设定合适的噪声门阈值，低于设定的阈值的噪声将被抑制，从而在声音处理中减少背景噪声。

2.5 设置均衡器

使用均衡器可以改善声场的频率传输特性，根据对旅客广播声源的音色加工处理，改善系统的频响特性，降低噪声。

2.6 软件处理

在进行数字音频处理过程中，通过采用标准数据编解码格式、数字音频调制和数字音频噪声处理算法等来提升输出音频的品质和舒适度。

3 总结

综上所述，在优化民用飞机旅客广播系统的设计过程中，将上述音频测量与音频处理方法进行综合应用，运用音频测量来分析设备的性能指标、运用音频处理和控制来调整系统声学和电学特性，实现了优化系统性能和提高音频广播品质的目的。

【参考文献】

[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

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[4]布里克林.声频信号的仪表计量[M].朱伟，译.人民邮电出版社，2012，5.

[5]韩纪庆.音频信息处理技术[M].清华大学出版社，2007，1.

[责任编辑：王伟平]