音噪比 (TNR) 分析
音噪比量化离散音调成分的能量相对于同一临界频带内宽带噪声能量的大小。TNR 广泛用于产品噪声
认证、IT 设备标准和环境噪声评估，用于客观判定音调内容是否突出到足以需要施加惩罚或采取
纠正措施。
支持的标准
| 标准 | 适用范围 | 版本 |
|---|
| ECMA-418-1 附录 A | 基于 Aures/Terhardt 模型的心理声学音调度 | 第 3 版 (2022) |
| ECMA-74 | 信息技术和电信设备辐射空气噪声的测量 | 第 18 版 (2023) |
ECMA-74 定义了 IT 设备（服务器、工作站、打印机等）的 TNR 测量流程，并引用 ECMA-418-1
附录 A 作为详细的计算算法。该方法也适用于 IT 领域之外的一般产品噪声评估。
理论
临界频带分析
输入信号使用高分辨率 FFT 进行分析。对于每个检测到的音调成分，识别其对应的临界频带。该
临界频带内的能量被划分为音调能量（离散峰值）和宽带噪声能量（其余频谱内容）：
TNR = 10 · log10(Wtone / Wnoise) [dB]
其中 Wtone 是音调峰值的功率（在峰值周围的窄带宽内求和），Wnoise 是扣除音调
贡献后临界频带内的总噪声功率。
音调识别
音调峰值通过频谱峰值拾取算法识别。候选峰值必须满足以下条件：
- 峰值电平至少高出局部噪声本底一个最小阈值
- 峰值带宽较窄（通常小于该频率处的临界带宽）
- 峰值两侧相邻的谱线均显示电平递减
突出度评估
ECMA-74 根据音调的 TNR 值使用与频率相关的阈值对其进行分类：
突出音调：TNR ≥ ΔTPR(f)
不突出：TNR < ΔTPR(f)
阈值 ΔTPR(f) 随频率变化，反映了人耳对噪声中音调内容的频率相关灵敏度。典型阈值
从低频的 6 dB 到 1 kHz 以上的 8 dB 不等。
参数
| 参数 | 选项 | 说明 |
|---|
| FFT 大小 | 8192 – 65536 采样点 | 频谱分辨率；更大的尺寸可改善音调与噪声本底的分离 |
| 窗函数 | Hanning（默认）/ Flat-top / 矩形 | FFT 前施加的加窗；ECMA-74 规定使用 Hanning |
| 平均次数 | 1 – 200 | 参与平均的频谱块数；更多平均可提高噪声本底稳定性 |
| 频率范围 | 50 Hz – 16000 Hz | 音调搜索的分析带宽 |
| 信号类型 | 稳态 / 时变 | 选择单结果或运行分析模式 |
输出量
| 量 | 单位 | 说明 |
|---|
| TNR | dB | 每个检测到的音调的音噪比 |
| 音调频率 | Hz | 检测到的音调成分的中心频率 |
| 音调电平 | dB SPL | 音调成分的声压级 |
| 噪声电平 | dB SPL | 临界频带内的宽带噪声电平 |
| 突出度标志 | 是 / 否 | 音调是否超过突出度阈值 |
| TNR(t) | dB | 时变信号的 TNR 随时间变化曲线 |
TNR vs 时间
在时变模式下运行时，TNR 对每个分析块独立计算。得到的 TNR(t) 曲线用于：
- 评估产品运行周期中音调突出度的时间稳定性
- 识别在稳态平均分析中可能被遗漏的瞬态音调事件
- 将音调的出现与运行工况关联（例如风扇转速变化、压缩机循环）
TNR vs 转速
音噪比还提供 vs 转速变体。结果是一张彩图，把 vs 时间分析的时间轴换成转速，
从而一次性展示 TNR 随频率与运行转速的变化。音调阶次因其频率与转速成正比，
在图上表现为一道斜脊；固定频率的音调则表现为一道水平脊线。
- 标准：ECMA-418-1，与 vs 时间变体同基础。
- 适用于升速/降速工况；录音需包含转速信息。
- 转速步长默认 50 rpm；升/降速方向若不显式指定则自动判定。
- 频谱分辨率继承自分析设置；FFT 大小默认 65536 采样点，加 Hanning 窗。
- 结果：随频率与转速变化的 TNR（dB）。页脚不给出单值——突出音调直接从彩图上读取。
与其它随转速变化的心理声学分析共用的参数，以及彩图的读法建议，
参见心理声学 vs 转速。
解读指南
ECMA-74 分类：当 TNR 超过与频率相关的阈值时，音调被分类为"突出"。突出音调会
触发报告要求，并可能需要重新设计产品以满足噪声排放申报。
- TNR < 0 dB — 音调能量低于临界频带内的宽带噪声能量；音调被掩蔽且
不可闻。
- 0 – 6 dB — 音调存在但不突出；通常无需施加惩罚。
- 6 – 10 dB — 音调处于或接近突出度阈值；视频率可能被分类为突出。
- > 10 dB — 明显突出的音调；烦扰潜力高，很可能触发音调惩罚。
实际应用说明
- ECMA-74 规定使用 Hanning 窗，并根据采样率有特定的 FFT 大小要求。进行合规性测试时务必
使用标准规定的参数。
- 对于 IT 设备认证，必须在每个申报的运行模式（空闲、活动、最大）下报告 TNR。各模式中
最坏情形的 TNR 决定音调分类。
- TNR 与音调度 (DIN 45681) 评估类似现象，但使用不同的数学框架。TNR 在线性能量域中运算，
而 DIN 45681 使用基于掩蔽的可闻度模型。对于复杂的多音调信号，结果可能不同。
- 当宽带噪声电平非常低时，TNR 值可能被人为抬高。请确保测量链的信噪比足够（背景噪声至少
比设备噪声低 10 dB）。
- 临界频带的划分至关重要：位于两个临界频带边界附近的音调可能被拆分，从而给出低于预期的
TNR。请使用足够的频率分辨率以准确捕捉音调峰值。
标准参考
- ECMA-418-1:2022 — Psychoacoustic metrics for ITT equipment — Part 1: Prominent
discrete tones (Edition 3), Annex A
- ECMA-74:2023 — Measurement of airborne noise emitted by information technology and
telecommunications equipment (Edition 18)
- ISO 7779:2018 — Acoustics — Measurement of airborne noise emitted by information
technology and telecommunications equipment
- E. Terhardt, G. Stoll & M. Seewann, "Algorithm for extraction of pitch and pitch salience
from complex tonal signals," JASA, vol. 71, 1982
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