6.2　音频信号的测量

6.2.1　音频信号频率特性的测量

频率特性是指整机或电路的频率范围和对不同频率的响应性能。对音频设备来说主要是指收音机、放大器等电路的幅度对频率轴的变化特性，检测不同频率的信号增益是否一致、高频或低频性能如何等。

检测频率特性的方法如图6-17所示，使用双踪示波器时，低频信号发生器（信号源）的输出在送到音频电路的同时，也直接送到示波器CH1的信号输入端，被测音频电路的输出再送到示波器的CH2信号输入端。测量时，使信号源的输出电压保持恒定，然后测量输出电压，再求出频率特性。根据测量的输入和输出电压值即可以求出电路的增益A。

通常增益用dB表示，则

如果Ui=10mV、Uo=1000mV，则

如果使用单踪示波器进行测量，可先测量输入电压，然后测量输出电压，再求出增益值。

测量频率特性时，保持信号源的输出幅度不变。改变信号源的输出信号频率，从低频到高频测量若干频率点的增益，就得到了电路的频率特性。例如一个普通音频放大器在20Hz～20kHz的范围内增益基本一致，变化量不超过±1dB。

使用扫频信号发生器测量频率特性，可以直接读出频率特性的值。如图6-18所示。

扫频仪可以在一定的频段范围内输出频率连续变化的信号，如图6-19这样可以很方便直观地看出信号在什么频率上有衰落。

检测音频放大器的特性，可以通过对输入方波信号检测，即通过对方波上升沿和下降沿的检测来评价放大器的性能，这种方法称为方波响应测量法。前面我们介绍过脉冲幅度从电压的10％上升到90％的时间称为上升时间，下降时间则相反，如图6-20所示。脉冲信号的上升沿的倾斜的程度用“V/ms”表示，被称为上升速率。上升速率高表示放大器音频性能好。

另外用检测方波信号的方法还可以判别放大器的频率特性。如图6-21所示，如放大器的低频性能不好，则方波顶部有倾斜下降的情况出现；频率特性良好，则方波正常，波形方正；如果高频特性差，则波形上升不良，如放大器高频有提升，则方波前沿有过尖峰出现。

如需要严格的测量应按图6-22所示对示波器探头的电容进行调整，以满足频率特性的要求。

6.2.2　最大不失真功率的测量

利用图6-23所示的方法可以测量放大器的最大不失真功率。将低频振荡器输出的信号1kHz正弦波送到被测放大器的输入端，同时将此信号也送到示波器的X轴输入端。放大器的输出经过探头送到示波器的Y轴，同时接交流电压表。示波器工作在X-Y方式，在示波管上会出现李沙育图形，如图6-24所示。示波器出现变形的临界点的输出为放大器最大不失真输出，在负载上测得电压值，就可以算出最大不失真功率。

利用示波器可以监测高频振荡的形成。在负反馈放大器中，如果没有适当的相位补偿易于发生自激振荡。这种情况是在放大器没有信号输入时电路自己产生的振荡信号，在监测示波器上会有高频信号的波形出现。通过调整负反馈或是衰减高频可以防止振荡的形成。

借助示波器也可以比较方便地进行放大器工作点的选择。确定工作点就是选择晶体管的偏置电阻R，选择方法如图6-25所示，图中示出了放大器的电路结构。将低频信号发生器1kHz正弦信号加到放大器信号输入端，放大器的输出接到示波器上。一边观察示波器上的波形，一边调整电阻R的值（可以用电位器微调）。当波形上下同时出现削顶时，如图6-26所示的状态，即R的值为最佳偏置点（工作点）。从图6-26可见，当晶体管无信号，集电极-发射极间的电压等于电源电压UCC的1/2时，可以得到最大不失真输出。

6.2.3　立体声录放机的相位测量

立体声录放机磁头的方位角会影响双通道信号的相位差，应使磁头输出的相位一致，否则会影响音频立体声效果。利用示波器观测两通道输出信号的相位差，同时微调磁头方位角，使李沙育波形在0°～90°的范围内即可。注意，不能在135°～180°的范围内，如图6-27所示。

6.2.4　音频信号信噪比的测量

（1）音频设备的信噪比

信噪比的计量单位是dB，其功率比的计算方法是10lg（Ps/Pn），其中Ps和Pn分别代表信号和噪声的有效功率。它也可以换算成电压幅值的比率关系：20lg（Vs/Vn），Vs和Vn分别代表信号和噪声电压的“有效值”。

通过计算公式我们发现，信噪比不是一个固定的数值，它应该随着输入信号的变化而变化，如果噪声固定的话，显然输入信号的幅度越高信噪比就越高。显然，这种变化着的参数是不能用来作为一个衡量标准的，要想让它成为一个衡量标准，就必须使它成为一个定值。于是，作为器材设备的一个参数，信噪比被定义为了“在设备最大不失真输出功率下信号与噪声的比值”，这样，所有设备的信噪比指标的测量方式就被统一起来，可以在同一种测量条件下进行比较了。

信噪比通常不是直接进行测量而得到的，而是通过测量噪声信号的幅度换算出来的，通常的方法是：给放大器一个标准信号，调整放大器的放大倍数使其达到最大不失真输出功率或幅度，用万用表测量并记下此时放大器的输出电压Us，然后撤除输入信号，测量此时出现在输出端的噪声电压，记为Un，再根据20lg（Us/Un）就可以计算出信噪比了。

（2）信噪比的测量方法

音频信号放大器的信噪比（S/N）通常是指放大器的额定输出电平（dB）与噪声电平（dB）之比。测量时，用信号发生器作音频放大器的信号源，如图6-28所示。使用1kHz的正弦信号，调整信号源的输出幅度使放大器输出电平达到额定电平0.775V（0dB）。然后将音频放大器的输入端与地短路。此时，无信号输入测得的输出电平为-50dB，-50dB即为噪声电平，取两者之差，即为信噪比：S/N=0-（-50）=50dB。

音频功率放大器还有一个指标是动态范围，它与信噪比有一定的关系。动态范围是指放大器最大不失真输出电平与噪声电平之比。例如放大器最大不失真电平为+22dB，而噪声电平为-50dB，则动态范围为+22dB-（-50dB）=72dB。动态范围则为72dB。

6.2.5　音频信号抖动的测量

音频信号经录音和放音过程后，由于电机转速和机械振动等因素，会引起音频信号的颤抖，被称之为抖动，它必须用专门的抖动测试仪来测量，如图6-29所示。