SNR 与人耳动态范围之间的联系

信息处理 信噪比 量化
2022-02-18 14:23:13

对于信噪比 (SNR),SNR=6B dB 称为量化器的动态范围。

16 位量化器的动态范围为 6B = 6·16 = 96 dB。请注意,人耳的动态范围约为 100 dB。因此,来自 16 位量化器的量化噪声大约在听觉阈值处。这就是为什么“CD 质量”数字音频需要至少 16 位量化的原因。

我们如何获得(计算)人耳的动态范围约为 100 dB 的事实?

3个回答

这句话出自哪里?对我来说,它看起来不像是可靠的信息来源。

16 位量化器的动态范围为 6B = 6·16 = 96 dB。

错误的。16 位双极舍入量化器的量化噪声约为 -101dB dFS。这使得正弦波的信噪比为 98dB,而“平均”音乐文件​​的信噪比约为 8dB-90dB。

请注意,人耳的动态范围约为 100 dB。

过于简单化和误导。人类听觉系统的动态范围在很大程度上取决于频率(不幸的是,还取决于年龄以及你玩过多少摇滚乐,叹息)。中频的最大动态范围约为 120 dB。

这就是为什么“CD 质量”数字音频需要至少 16 位量化的原因。

在创建标准时,选择 16 位量化是为了在量化噪声的可听性与成本和技术复杂性之间进行复杂的权衡。在许多情况下,16 位本身是不够的,除非还应用了适当的“抖动”和“噪声整形”。

解释真的错过了重点。量化噪声的 SNR 和可听度很大程度上取决于频率和特定信号。16 位 PCM 量化是一种“蛮力”方法,大部分位被浪费,一些重要的位丢失。AAC、MP3、Ogg 等感知编解码器在这方面做得更好,并产生更多的“每比特音质”。

最后,问题:

我们如何获得(计算)人耳的动态范围约为 100 dB 的事实?

通过对各种不同主题和测试信号进行的听力测试。听力阈值被确定为受试者说“我再也听不到这个”时的声压,并且疼痛阈值对应于“哇,那疼。停止它!”。疼痛阈值特别难以测试,因为它相当主观,并且测试可能对测试对象造成身体伤害。然后使用统计分析编译听力测试的结果。您最终会得到一组曲线,如下所示:https ://en.wikipedia.org/wiki/Equal-loudness_contour 。

人耳的动态范围与其所能承受的最大声强与能听到的最小声强之比有关。

最大声强的一个例子是近距离通过的喷气式机动飞机,而最小声强的一个例子是旋转的 HDD 驱动器(比听阈高约 21 dB)。

首先你应该知道声压级定义为

SPL=20log10ppref
在哪里p是声压和pref代表参考压力。参考压力是人耳能感知的最小声压,空气中为20 uPa,水中为1 uPa。因此 0 dB 是最小的可听电平。

至于最高水平,长期暴露在100分贝以上的噪声环境中,虽然也能听到更大的声音,但会对人耳造成不可逆转的伤害。

这应该可以解释人耳的动态范围约为 100 dB 的事实。