Шумови характеристики на аудиоинтерфейс

Измерих някои основни шумови характеристики на USB аудиоинтерфейс Steinberg UR22C.

Без да включвам нищо на входовете (без кабели) записах четири файла със сигнал: gain0.wav, gain50.wav, gain80.wav, gain100.wav при различни нива на усилването на входа. Записвах при точност 24-bit/96000 Hz.
Така се получиха файлове, съдържащи само собствения шум на аудиоинтерфейса.

За всеки файл измерих средноквадратичното ниво на целия сигнал за левия и десния стереоканали:

Файл	GAIN, [%]	Продължителност, [s]	L RMS, [dBFS]	R RMS, [dBFS]
gain0.wav	0	58.0	-103.6	-103.6
gain50.wav	50	57.0	-99.8	-99.4
gain80.wav	80	57.0	-88.6	-89.2
gain100.wav	100	58.0	-69.5	-69.7

Мерната единица на нивото е dBFS, където 0 съответства на максималната числова стойност на цифровия сигнал, когато всички битове са единици.

След това в програмата Audacity разгледах спектрите на шумовите сигнали от файловете. За целта първо увеличих нивото на всеки сигнал със +40 dB.
Избрах ширина на прозореца на преобразуванието на Фурие 8192 точки, защото тогава при честотата на дискретизация 96000 Hz се получава приемлива минимална честота на анализа 96000/8192 = 11.71875 Hz. За изглаждане на спектъра използвах прозоречната функция "Hanning window".

Ето как изглеждат спектрите на файловете със шум:

Собственият шум при GAIN 0%

 

При ниски нива на усилването и ниски честоти до около 200 Hz шумът е близък до розов шум. Това се вижда най-ясно на участъка от 40 до 80 Hz, където графиката спада от -79 dB до около -82 dB. Теоретически спектърът на розовия шум (Pink Noise) трябва да има графика, спадаща с 3.01 dB на октава.

 

Собственият шум при GAIN 50%

 

 

Собственият шум при GAIN 80%

При високи нива на усилването в състава на шума, особено при високи честоти над 200 Hz, започва да преоблaдава бял шум с равномерен спектър.

Собственият шум при GAIN 100%

Вижда се, че в собственият шум на входа на този аудиоинтерфейс има две компоненти: при малко усилване на входа и ниски честоти - розов шум, а при увеличaване на усилването и високи честоти - бял шум. Има и неголям пик при 50 Hz - мрежов брум. Над около 16000 Hz силата на шума спада рязко.

Розовият шум, наричан още 1/f шум, има голямо значение за акустиката и електронната музика. Това е най-музикалният шум, естествено генериран от различни природни системи. На слух звукът на розовия шум прилича на шума от бушуването на някакъв водопад.