射频噪声源的详解

测试射频、微波和毫米波通信、传感和信号生成系统对噪声影响的性能通常是至关重要的。然而，为了从具有人工噪声源的测试系统中获得最大的洞察力，重要的是要使噪声源的行为具有可测量的可预测性。这就是各种类型的RF噪声源发生器的目的。这些设备通常与被测设备（DUT）或被测系统（SUT）串联，在设备或系统的另一端具有某种类型的测量系统，通常是矢量网络分析仪。这里的目标是测量设备在暴露于校准噪声水平时的性能差异，或确定设备或系统在过度噪声条件下的功能极限。

校准型射频噪声源，输出ENR 26dB，+28VDC，12GHz~18GHz，SMA

关键射频噪声源发生器电气规范性能参数

许多现代噪声源使用专门为其噪声产生能力而设计的二极管。例如稳压二极管在反向偏置模式下被驱动到击穿点，在击穿点，这些二极管产生雪崩噪声，这导致相对平坦的频谱噪声源，即白噪声。在这个阶段，对白噪声、附加电路和其他设计特征进行了额外的处理，可以合并到噪声源中，使其具有广泛应用的特定特性。射频噪声源与典型噪声源的区别在于，射频噪声源被专门设计为达到与测试射频设备和系统相关的更高频率。

WR-22 带输出隔离器的精密校准型波导噪声源，33 GHz ~ 50 GHz，精密校准，输出 ENR 为 15 dB，+28 VDC

噪声发生器有几种不同的类型，即：

在一些使用情况下，希望具有比通常使用的具有更高输出噪声功率的噪声源，这需要精确的宽带放大。因此，放大的噪声源用于提供更高的噪声功率电平，同时最大限度地减少失真和非线性，否则会降低噪声质量。经校准的噪声源设计用于在特定频率范围内提供精确的类型噪声水平。经过校准的噪声源是精确测量和测试的理想选择。一些噪声源在输出端包括隔离器，该隔离器在输出端提供增强的端口匹配。噪声源的输出隔离导致更精确的测量，以及保护噪声源免受噪声源输出端口处的入射射频功率的影响。当噪声源连接到反射组件和设备时，这尤其有用，例如一些滤波器、混频器等。

为家庭工作室降噪的几个小技巧

对于家庭式的音乐工作室而言，如何处理噪声问题可谓是一大挑战。噪声的来源与类型多种多样，好在我们也有不少应对它们的方法，而且其中一些方法的成本相对较低，有些甚至是免费的。

噪声的类型

Cirrus Research是英国一家专门研究噪声的公司——当然不是制造噪声，而是研究如何测量、控制并减少噪声。该公司主要专注于工业领域中的噪音处理，而非音乐领域，不过，他们所提供的噪声分类法却非常实用，以下这四种噪声几乎涵盖了您可能会遇到的所有噪声类型：

“连续性噪声”（Continuous Noise） – 连续产生的噪声，其音量水平通常保持在一个稳定的水平上

“间歇性噪声”（Intermittent Noise） – 间歇性噪声的音量水平会发生迅速地上升或下降变化

“脉冲噪声”（Impulsive Noise） – 突发性的噪声

“低频噪声”（Low-Frequency Noise） – “隆隆声”（Rumble）

根据“持续时间”（Duration）和“频率范围”（Frequency Range）分析噪声是个不错的办法，它也能够帮助您选择较佳的降噪方式。您在音频制作中遇到的任何噪声，大多都能被归入到以上的一个或多个类别之中。

音频制作中的噪声类型

“风噪声”（Wind Noise） –这类噪声经常在“户外录音”（Field Recording）时出现，并表现为低频的“砰砰声”和“隆隆声”。它通常会造成“信息遗失”（Dropout）的问题。

“哼声”（Hum） – 通常是来自电气系统（50 Hz或60 Hz）、或者由于接地不当问题而产生的嗡嗡声。

“嗡嗡声”（Buzz） –这类噪声与哼声有关，它与后者出现在相同的频率上，但拥有更多高次谐波。

“射频干扰”（RF Interference） –这类噪声由射频或无线信号引起。

“电气噪声”（Electrical Noise） –这类噪声由“接地回路”（Ground Loop）、工作室照明系统设计不当、音频线材品质不佳及接线不良、或“线材摆放”（Cable Positioning）不当等问题引起。

“环境噪声”（Environmental Noise） –即外部噪声，例如交通噪声、邻居和动物发出的噪声等等。

“机械噪声”（Mechanical Noise） – 这类噪声来自供热与通风系统或计算机和音频设备的冷却风扇。

“齿音”（Sibilance）和“爆破音”（Plosive） – 在人声制作中出现的人声噪声。

“嘶嘶声”（Hiss） – 一种高频噪声，通常是乐器、音箱、麦克风等设备的“本底噪声”（Self-Noise）。

“噼啪声”（Crackle）和“咔嗒声”（Clicks） –这种“间歇性瞬态噪声”（Intermittent Transient Noise） 通常由“布线”（Cabling）和连接不当、电位器旋钮和电位器推子内积尘、或采样率不一致等问题引起。

音频制作工作中的防噪措施

防风

在“户外录音”（Field Recording）时，尤其是在电影制作工作中，我们经常需要用到一些防风装置，以避免风和环境造成的噪声问题。通常与“枪式麦克风”（Shotgun Microphone）配合使用的两种常见防风设备是：“毛绒式防风罩”（Fuzzy，也被称为Windscreen，它正好能套在麦克风上），以及能够将麦克风悬置在其中的“毛绒式防风笼”（Fuzzy-Covered Zeppelin）。

除此之外，您较好再使用一个高通滤波器（您可以根据录制的内容，将截止频率设置为80 Hz左右或更高），以减少风吹引起的“隆隆声”（Rumble）。想要干净无染地修复有严重风噪问题的录音文件是很困难的，所以我们就更应该从源头上抑制这一问题。

音频线及其“摆放位置”（Positioning）

品质不佳的音频线或“非平衡线”（Unbalanced Cable）会引起恼人的“电气噪声”（Electrical Noise）。随着使用时长的增加，所有音频线都会出现一些毛病，而且问题通常发生在音频线末端，因此学习如何正确地焊接线材，可以让您节省不少时间和金钱。此外，“平衡线”（Balanced Cable）能够消除并避免外部噪声进入音频信号，而非平衡线则很容易受到各种噪声的影响，例如：来自“射频”（Radio Frequencies）或其他无线信号、以及来自电脑显示器和“交流输电线”（AC Power Line）的干扰。

·如果您需要使用非平衡线，例如用于连接吉他和部分合成器的音频线，请尽可能选择较短的线材（小于10英尺）。

·如果您使用了很长的非平衡线，就可以通过一台DI盒将非平衡信号转换为平衡信号。

·记得经常归整线材，别让它变成一团乱麻。

·在布线时，请避免让音频线与交流输电线呈平行状态，并尽量不要将其布置在电脑显示器或其他电磁设备附近。

Unbalanced cable

非平衡线

Balanced cables

平衡线

“电气噪声”（Electrical Noise） 与“接地回路”（Ground Loop）

另一类令人抓狂的问题就是接地回路和电气噪声。他们是由于各种设备之间的电路设计差异以及不同设备之间的电压不一致所引起的，并且会以“哼声”（Hum）和“嗡嗡声”（Buzz）的形式在音频信号中出现。除了上述的布线方式之外，以下几种简单的防噪措施也能对您有所帮助：

让所有设备都连接在同一个电路中。

尤其要确保将“电子管麦克风”（Tube Mic）的电源与话放连接至同一电路。如果无法做到这一点，您也可以使用一台线路电平“隔离变压器”（Isolation Transformer）以减少哼声。

对信号链之外的设备进行电气隔离，例如空调和照明设备。

许多DI盒与Re-Amp设备都带有“接地悬浮”（Ground Lift）开关，您可以开启该功能，使其与地线相隔离，以达到减少哼声的效果。

为所有音频设备使用“电源净化”（Power Conditioning）设备。该设备旨在通过调节电压以避免“浪涌”（Surge）和“电压凹陷”（Sag），并保持线路的低噪状态。

一定要避免使用“灯光调节器”（Lighting Fader）和荧光灯（LED灯是不错的选择）。

安装机架设备时请配合使用尼龙垫圈，以防止设备外壳与机架导轨接触而造成接地回路。

清洁或保养设备上的电位器和推子，并清除其中堆积的灰尘和碎屑。

线路电平隔离变压器

电源净化器

带有接地悬浮开关的DI盒

如果您想找到接地回路的来源，也可以通过这种方式：即拔掉信号链中所有设备的电源，再逐一将其电源接回，直到噪音消失为止。一旦您找到了有问题的那台设备，即可利用上述的方法与步骤解决接地回路的问题。

警告：打开设备的接地悬浮功能可能会增加触电的危险，这种情况下请勿使用“三脚转两脚”（Three-Prong to Two-Prong）的电源插头。因为使用未接地的设备很可能会造成生命危险！上世纪70年代的英国音乐家Leslie Harvey和Keith Relf都因触电而不幸身亡，而造成二者触电的原因都是非常致命的。（来自参考资料）

请勿使用这类插头

“增益级”（Gain Staging）设置不当

糟糕的录音电平或不合理的增益级设置，会将噪声注入到原本干净的信号中。每台设备或软件都会对信号的增益度产生影响。一旦您将微弱的信号或过载的信号录制了下来，就很难在不加入噪声和其他“音频伪像”（Audio Artifacts）的情况下将其恢复到正常的电平值。

“环境噪声”（Environmental Noise）

如果您没有足够的资金打造一个完全隔音的录音环境，那该怎么办？来自交通道路、吠叫的狗、邻居、和鸟类的噪音很可能会毁了您原本出色的录制内容。除了对门窗进行声学处理之外，还有一个简单的解决方案，那就是将您的录制工作安排在一天中最安静的时间段内——通常是在晚上，或者也可以根据您邻居的作息情况，选择在上午的晚些时候进行录音，也就邻居去上班的时候。鸟类通常不会在夜间鸣叫，此时的交通流量也是最少的。如果您无法完全将外部环境隔离在外，的办法就是依照外部环境的情况选择适合的录制时间段。

“机械噪声”（Mechanical Noise）

由交流电和供热系统产生的噪声同样会污染录音内容。除了改造整个系统以满足声学要求之外，比较简单的办法就是在录音的时候暂时将这些系统关闭。主动留意这些问题是非常有必要的，因为我们平时总会自然而然地忽略这种类型的低音量背景噪声，但是当我们在聆听录音内容时，这些噪声就会变得非常明显且刺耳。

另一个机械噪声的来源就是电脑设备的冷却风扇。您可以暂时地手动关闭风扇（这种情况下会出现设备过热的风险），另外您也可以通过将电脑搬到别的房间以隔离噪声，或者将机箱放在隔音箱里。

乐器与音箱产生的噪声

音箱和吉他的单线圈拾音器是臭名昭著的噪声制造者。针对这类噪声，常见的处理方式是使用“噪声门”（Noise Gate，硬件设备或软件都可以）。噪声门会根据您设定的阈值处理相应的低电平信号，并能够将其衰减至负无穷小。但是当系统中的噪声的整体电平高于阈值时，它就不会被噪声门所消除。噪声门的“起始时间”（Attack Time）决定了门限在信号电平达到阈值时的开门速度。如果这些参数设置不当，就会在某些情况下产生奇怪的效果，例如在一个“持续性和弦”（Sustained Chord）逐渐淡出的时候，因此您需要根据具体情况调节噪声门的参数值。“扩展器”（Expander）类似于门限，并且能更好地控制信号电平衰减的过程。它的作用是扩展信号的动态范围，这一点与音频压缩是相反的。EQ有时也能用于隔离和消除噪声，但是您需要谨慎地使用它，因为它一种无差别性的滤波方式，所以可能会把有用的信号也一并去除了。

在以磁带录音为主要录音方式的年代，经常会使用“预加重”（Pre-Emphasis）和“去加重”（De-Emphasis）的降噪技术，其操作方法是：先在信号进入磁带之前使用高频搁架式滤波器提升信号中的高频，录制完毕之后再用类似的搁架式滤波器以同样的截止频率衰减这部分信号，使其恢复到正常的电平值，这样一来就能让在录音过程中出现的“嘶嘶声”（Hiss）一并被衰减，从而达到降噪的效果。（来源：Rumsey 190）

预加重和去加重滤波器（来自参考资料）

这个有趣的技巧还可以用于其他创造性的声音处理工作当中。正如Cristofer Odqvist在他的著作“Making Sound”中提到的那样，您可以实验性的运用这一概念以创造出新颖的音色变化（来源：Odqvist 18）。

与人声相关的噪声

表演者在自然地说话或唱歌时就会产生“人声噪声”（Vocal Noise）。语音中充满了“瞬态”（Transient）声，因此您在录制人声的时候就会产生一些噪声问题。在制作人声时的两种最常见的降噪方法就是使用“防喷罩”（Pop Filter），或调整麦克风的摆放位置（以减轻爆破音）。而“齿音”（Sibilance）等噪声问题则更适合通过下文中的软件解决方案来处理。

Pop filter

防喷罩

后期制作中的软件降噪解决方案

如果您获得了或录制了具有噪声问题的音频文件，其实也有办法补救。事实上，后期制作的主要任务之一就是降噪，而且市面上也有不少出色的工具供您调遣。正如上文所提到的，门限和扩展器可以帮助您降噪，虽然这类方案相对来说比较激进，但是很适合用于某些特定的降噪场景。以下是两款Logic Pro自带的插件：

使用“陷波”（Notch）式EQ能够有效处理有着特定频率的噪声。FabFilter Pro-Q 3就能够为您提供手术刀般精密准确的、曲线斜率非常陡峭的陷波滤波功能。

一些EQ还可以同时对某个基频及其高次谐波进行陷波处理——非常适合用于消除“嗡嗡声”（Buzz）。

“60Hz哼声”（60 Cycle Hum）抑制

“嘶声消除器”（De-Esser）是一种可调节频率的压缩器，它可以对经常出现齿音的频率（5 kHz -10 kHz）进行衰减。嘶声消除器是一种自动式的动态处理器，它仅会在信号中出现不良瞬态时才会开始工作，而且仅会对噪声峰值进行衰减，所以它不会对音频信号造成破坏。

FabFilter Pro-DS插件

不少音频工程师在后期降噪时的优选方案，就是使用带有FFT（快速傅立叶变换）算法的数字降噪软件。该算法可以将复杂的波形分解为诸多正弦波的组合，并创建一个包含了频率、振幅、与相位信息的数据表。用户在识别出噪声后，只需选择一小段仅包含噪声的音频，算法就可以据此在音频文件中寻找其他类似的声音内容，随后您就可以根据需要降低这些噪声内容的电平值。它与其他方法的不同之处，就在于它会保留与噪音类似的乐音部分。其中一些降噪软件还会提供“动态降噪”（Dynamic Noise Reduction）处理功能，它可以根据音频内容实时地对噪声进行相应的处理，以减少“音频伪像”（Audio Artifacts）。这些年来，降噪软件的处理性能也在不断变得更为强大和高效，其中的佼佼者就是iZotope的RX9后期制作套装。

RX9套装能够为您提供诸多专业的降噪处理功能，例如：“串音消除”（De-Bleed）、“咔哒声消除”（De-Click）、“削波修复”（De-clip）、“噼啪声消除”（De-Crackle）、“嘶声消除”（De-Ess）、“哼声消除”（De-Hum）、“爆破声消除”（De-Plosive）、“沙沙声消除”（De-Rustle）、“风声消除”（De-wind）、“人声降噪”（Voice De-noise）等等。这是一套相当完备的工具集，它对于电影的后期制作人员而言必不可少，而且在音乐制作中也非常实用，因为它本身就是一款出色的音频编辑器。无论是调整用户自己制作的采样内容，还是为录制好的音频降噪，RX9套装都能轻松胜任。

若您相获得更多软件降噪解决方案，我非常建议您阅读Danny Echevarria的这篇文章：“帮您修复坏素材的6款插件”。

结论

自从录音技术发明以来，如何消除音乐中出现的恼人噪声一直是个令人头痛的问题，即使在这个拥有高达144 dB的信噪比和24位精度的数字音频时代，它仍然是一个常被提及的话题。我们正处于硬件降噪和软件降噪的黄金时代，降噪技术只会变得越来越强大和迅速，但是这篇文章想要告诉您的是：相比在混音阶段修复音频，您更应该在录音之前或者录音期间内避免噪声的发生。因此，在按下录音按钮之前，请您务必花时间分析一下您的录音环境，并调整您工作室内的各项设施，以减少您在后期降噪时的工作量。

References参考资料

Bartlett, Bruce, and Jenny Bartlett. Practical Recording Techniques: The Step-by-Step Approach to Professional Audio Recording. Routeledge, 2017.Huber, David Miles, and Robert E. Runstein. Modern Recording Techniques. Routledge, 2018.

Odqvist, Cristofer. Making Sound. Cristofer Odqvist, 2019.

Rumsey, Francis. Sound and Recording. Routledge, 2021.

Thompson, Daniel M. Understanding Audio: Getting the Most out of Your Project or Professional Recording Studio. Berklee Press, 2018.

Winer, Ethan. The Audio Expert: Everything You Need to Know about Audio. Routledge, 2018.

关于作者Philip Mantione

Philip Mantione是一位活跃于洛杉矶实验音乐界的作曲人、合成器玩家、吉他手、教育者和声音设计者。他的音乐曾在世界各地的会演、展馆和展览中出现。他目前的音乐项目是一个名为TriAngular Bent的三人电声组合，成员包括Don Preston（Frank Zappa的Mothers of Invention乐队的创始成员）和电路改装高手Jeff Boynton。

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