平板裝置音質表現大比拼

111隨著平板裝置這一年多來在消費電子產品市場的火速竄紅,越來越多不論是傳統電腦或是手機廠商都紛紛投入這塊領域積極開發,而這項產品也成為越來越多現代人隨身攜帶的配件之一,從網頁瀏覽、閱讀電子書、社群互動、收發郵件到遊戲消遣等多種功能應用,儼然已在許多人的生活中扮演了密不可分的角色。

目前市面上的平板裝置五花八門,命名方式從Tablet、Pad到Slate等不一而足,事實上,若是依據實際的架構與應用方向來看,可以簡單區分為媒體平板(Media Tablet)與PC型平板(PC Tablet)兩種類型。所謂的媒體平板,顧名思義是以多媒體資料的處理為核心應用,包括像是收聽音樂、即時視訊、觀看線上影片、遊戲娛樂等等,使用方式較為簡易直覺,像是iPad的產品定位就可以被歸屬於媒體平板這個類型;至於PC型平板則是近似於一般傳統電腦的設計架構,在硬體規格上更接近電腦的配置,而能滿足更多元的工作任務需求,但也因此在使用行為上更為複雜。不過值得注意的是,不論是媒體平板或PC型平板,多媒體影音播放的這項功能都是不可或缺、也持續是各廠商的開發重點。

然而市面上的平板裝置規格五花八門,其硬體規格包括處理器、記憶體、儲存容量、鏡頭像素等,消費者都能輕鬆查詢、選擇自己想要的規格,但提到與多媒體影音娛樂最直接相關的“音質”表現,則多半難以從其表面規格衡量該產品是否真能帶給使用者所喜好的音效聆聽體驗。我們知道音質是影響使用者觀感的一大重點、更是消費者難以自行判斷選擇的,因此為協助大眾更明瞭目前市面上平板裝置的音訊品質,百佳泰(Allion Test Labs, Inc)在此特別揀選了六款較具代表性的平板裝置,包括目前所有市面上的主流作業系統版本,透過各種音質測量方式進行評比,包括有Apple出產的iPad與iPad 2、華為的IDEOS S7、Motorola的XOOM、Acer的A500與Asus的TF101,為將本文焦點聚焦於測試方式與實際的觀察發現,所有受測產品的測試結果將以僅以代號方式顯示。

音質測試概念釋疑

表一 受測平板裝置總表

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在實際的測試上,我們使用音頻分析測試系統,並依據現實生活中可能遇到的實際使用情況,設計出各種不同的測試情境,以進行受測產品音源訊號在各種測試項目上的測量觀察、再根據測量結果來作音訊品質的比對與進一步分析,詳細的測試項目及測試情境包括有:

l 測試項目

1. 最大輸出不失真測試(Full Scale Test)

2. 動態範圍測試(Dynamic Range Test)

3. 全頻總諧波失真加噪聲測試(THD + n vs. Frequency Test)

4. 頻率響應測試(Frequency Response Test)

5. 串音測試(Crosstalk Test)

6. 聲道平衡度測試(Gain Ratio between Channel Test)

7. 聲道相位差測試(Interchannel Phase Difference Test)

l 測試情境

1. 44K音訊輸出(44K Audio Only)

2. 48K音訊輸出(48K Audio Only)

3. 44K藍牙音訊輸出(44K Bluetooth Audio Only)

4. 44K音訊及影像輸出(44K Audio & Video)

5. 音量控制(Volume Level)

為協助讀者更具體瞭解每個測試項目所代表的意義,以下僅就各個測試項目進行說明,以更清楚各項測試背後的邏輯及重點:

圖一 截波現象

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1. 最大輸出不失真測試(Full Scale Test

這個測項主要是在確認受測產品在不失真的情況下的最大輸出電壓,並觀察是否產生截波現象。輸出電壓會影響產品可輸出的最大音量,也就是會左右推動負載(像是耳機)的能力,當輸出電壓不足或是超出產品工作範圍限制而導致推力不佳時,便會使得播放出來的音質顯得生硬而乾扁、或是截波(Wave Clipping)而造成聲音失真的現象。

2. 動態範圍測試(Dynamic Range Test

這個測項主要是在瞭解受測產品的音質乾淨程度。所謂的動態範圍所要量測的便是原始音訊與背景噪訊的相對差距,以及噪訊在頻域上的分佈情形。訊噪比(Signal to Noise Ratio,SNR)指的是訊號與噪訊的比例(SNR=Psignal/ Pnoise),由於產品在輸出聲音訊號的同時也會同時輸出雜訊,因此,訊噪比越高就代表雜訊越小,音質越乾淨;反言之訊噪比低則代表雜訊較大較多,因而直接或間接的影響到原始訊號的音質和音色。

3. 全頻總諧波失真加噪聲測試(THD + n vs. Frequency Test

諧波失真(Total Harmonic Distortion)是一種非線性失真(Nonlinear Distortion)的結果,指的是輸入音訊經過受測裝置處理後在原始訊號頻率倍數位置產生的非原始的訊號,稱之為諧波。諧波失真的發生會使聲音訊號的品質下降、以及一些音訊細節的損失,而當諧波失真過大時則會相當程度改變原始的音色。諧波失真產生的主因可能來自主動元件(例如CODEC、Amplifier)或被動元件(例如Capacitor、Ferrite Bead)等。而這個測項便是在觀察受測產品諧波失真及噪訊在頻域分佈的情形,而由於音源在透過藍牙傳輸時受到的高頻干擾較大,因此在此測試情境下我們設定了不同標準,以符合實際情境。

4. 頻率響應測試(Frequency Response Test

圖二 頻率響應示意圖,可見在高頻處的訊號衰減

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頻率響應(Frequency Response)指的是一個裝置重現原始音訊的精度,也就是完整複製(重播)原始音色的能力。在實際的測試上需透過輸入一個振幅不變而頻率變化的訊號,觀察其輸出端的響應,若是頻率響應功能不佳,則會影響到裝置重現聲音頻率範圍的能力。好的頻率響應能力,是在不同頻率點都能輸出穩定的訊號,不過由於在高低頻訊號重建困難,所以在這兩個頻段通常都會出現衰減現象。這個測試項目主要就在量測聲音在各個不同頻率的位準並評估其漣波值(Passband Ripple)是否平順、以及觀察受測產品在高頻與低頻時的音訊重現能力,通帶漣波值代表的是音頻震盪的幅度,峰值與谷值間的距離越接近,代表漣波值越平穩。

   圖三 左右聲道音場示意圖

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5. 串音測試(Crosstalk Test

串音(Crosstalk)是指來自不同聲道的干擾噪訊和原始訊號的比值,由於左右聲道相位不同,因此串音有可能造成聲道分離度不足、音場模糊、而無法準確定位原始訊號要傳達的訊息。因此這個測試項目主要就在觀察受測產品防治串音的能力,以及評估其聲道分離度(Channel Separation)。

6. 聲道平衡度測試(Gain Ratio between Channel Test

左右兩聲道的輸出電壓不同時,會影響到立體聲的平衡度、造成音場偏左或偏右,而使發出的聲音產生落差,這個測試項目就在檢視兩聲道間輸出電壓的差異和比值。

7. 聲道相位差測試(Interchannel Phase Difference Test

兩聲道的相位差距過大時,會造成音像定位不準確而導致聲音模糊,而這個測試項目就在觀察兩聲道相位間的時間延遲(時間差),時間差越小就代表相位差越小、音像定位越準確。左右聲道的時間差會直接影響到正確的聲音相位,由於不同相位的互相抵消原理,因此會對原始音訊產生很大的影響。

平板裝置音質測試結果分析

在瞭解了前述基本的測試理論基礎之後,我們便可根據不同的測試情境進行測試執行與結果分析,本次測試所設計的五個情境,都是百佳泰根據我們的專業測試經驗,挑選出五個最具代表性、也是在一般消費者生活中最常見的可能使用情境,包含了對本機DAC的音質量測、不同音源格式的量測、透過藍牙傳輸的量測、影音同時播放的量測、以及音量控制的安全性驗證等。同時,由於各個測試情境的環境條件不相同,因此在不同的測試情境中,即使是執行相同的測試項目,我們也設定出不同的評斷標準,以符合實際使用環境的要求。在下列圖表中,數字越大者代表分數越佳、表現越好,以下便是在各個測試情境下所測得的測試結果。

1. 44K音訊輸出(44K Audio Only

44K是音訊播放所常見的採樣率,因此也是常見的使用情境,像是一般的音樂CD都是採用44K採樣率,因此大多數的使用者將CD轉為MP3時會延用原始的44K設定來避免二次採樣。這個測試情境是在觀察在44K音訊輸出時,受測產品本機DAC/ AMP的表現能力。

在總共八項的測試評量項目中,有其中兩個受測品(B及D)的整體表現為最佳,其餘四者則水準各有落差,受測品B並在總諧波失真這個項目表現最為突出,可惜的是觀察到串音變大的現象,至於受測品F則在高頻頻率響應衰減明顯,連帶導致漣波值過大,而受測品C則是在總諧波失真、聲道增益與相位差等三個項目較需改進,從表二簡單的評量結果便可看出,這六台平板裝置產品在音質處理能力的迥異。

表二 44K音訊輸出測試結果

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2. 48K音訊輸出(48K Audio Only

48K也是另一個音訊播放所常見的採樣率,主要應用在影像串流和DVD上,由於44K與48K兩者取樣頻率不同,因此在相同裝置上播放也可能會有不同的表現。這個測試情境是在觀察在48K音訊輸出時,受測產品本機DAC/ AMP的表現能力,我們選擇了在44K與48K音訊輸出可能會產生差異的五個測試評量項目來進行實際的測試。

從表三可以看出,受測品A與B在五個測項中的表現與前一個測試情境(44K音訊輸出)相似,但其餘四台受測品則在總諧波失真這個項目的表現則明顯產生落差,失真程度較為嚴重,為什麼會普遍出現這樣的現象呢?由於這四台受測品均是採用Android作業系統,而Android的原始碼是預設為會對48K音源進行重取樣(Re-sampling)成44K,因此會造成明顯諧波失真的現象。由此觀之,Android系統會對48K音源進行重取樣而影響音質的現象並未被相關廠商注意到,也才會使這樣的問題普遍出現在不同品牌的Android平板裝置中。

表三 48K音訊輸出測試結果

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3. 44K藍牙音訊輸出(44K Bluetooth Audio Only

藍牙在目前已是各種行動裝置不可或缺的規格之一,檔案傳輸以及即時音訊串流都是經常被應用的方向。由於透過藍牙音訊傳輸等於利用藍牙發送器(Bluetooth transmitter)進行輸出的動作,因此這個測試情境就是在觀察藍牙傳輸會不會對音質產生影響,總共有五個測試評量項目。

從表四的測試結果可以看出,雖然受測品C在前面兩個測試情境中表現不甚突出,但在透過藍牙傳輸時,反而是在所有受測品中表現最佳、最無失真影響的裝置,由此便可歸納出受測品C所選用的藍牙發送器在音訊處理的能力上較其他受測產品來的優秀。從上述的例子我們也可以瞭解到,任何一個零組件的選用都有可能大大影響到最終的產品品質功能,因此透過完善的前期驗證測試與比對,選擇出最合適的零組件是至關重要的課題。

表四 44K藍牙音訊輸出測試結果

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4. 44K音訊及影像輸出(44K Audio & Video

除了單純的音訊播放外,影片的播放也是常見於平板裝置的應用中,因此這個測試情境就是在觀察產品同時處理影音訊號時,本機DAC/ AMP的音質表現能力,共有六個測試評量項目。在與第一個測試情境(44K音訊輸出)比較後可以發現到,加上了影像檔的播放後,受測品A出現了串音變大的現象,受測品E則產生較多的諧波失真,相較之下受測品B與D則是不論是否加入影像檔播放,都能維持相同的音質表現,因此可以得知在實際的影音娛樂享受(同時播放音訊與影像)上,這兩台產品能提供較穩定的聲音效果。

表五 44K影像及音訊輸出測試結果

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5. 音量控制Volume Control

除了前述的幾個測試情境外,另外一個必須注意的便是音量大小的控制,由於過大的音量會造成對使用者聽覺上的損害,因此設計這個測試情境的重點就在觀察受測產品的各個可能聲音來源是否能輸出較接近的音量大小。試想,當使用者原本正在觀看網路串流影片,突然轉而聆聽本機中存放的音樂時,音量若是突然變大許多,極有可能會造成使用者聽覺上的不適,長此以往嚴重者更可能造成對聽力的危害。因此,廠商在設計上,便應注意到對不同聲音來源的音量大小控制。

在這個測試情境中我們便列出四種可能聲音來源,來量測所產生的輸出音量,並進一步比較這四種來源間音量的差距,差距越小代表越不會對使用者產生音量差異的衝擊。根據表六可以看出,以受測品C的音量差距為最小,僅有30.3mV,受測品D在播放44K本機音訊檔與播放Youtube內容時差距最大,達到104 mV,這樣的差距就有可能對使用者在音源切換時造成聆聽時的不舒適。

表六 音量強度控制測試結果

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追求好用、好看也”好聽”的平板裝置

從前述的測試結果可以觀察到,我們這次選擇的六台平板裝置出現的音質狀況各不相同,像是有的受測品在本機DAC就產生明顯失真,有的則是在透過藍牙傳輸時影響音質,有的是因為軟體設計重採樣而導致音質降低、有的則在播放影片檔時失真變大,也有在處理不同音源時音量差異過大而影響使用者感受。

這些狀況背後的原因各有不同,有可能是由於硬體的選擇不適當,像是DSP(數位訊號處理器,Digital Signal Processor)、DAC(數位類比轉換器,Digital to Analog Converter)、線纜、或其他主動、被動元件或擴大線路的影響;也可能是因為軟體面的問題,像是前面提到的Android系統原始設計會對48K音源進行重採樣所造成的問題,而廠商未能注意並加以修正;此外,裝置軟硬體間的整合不當,也會造成使用者感受上的極大差異。這些所有潛在的問題風險,都需要靠多樣化的測試情境設計,並經過反覆的測試驗證,才能找出問題所在、進而改善並提升品質。

百佳泰多年來在專業測試領域不斷鑽研,專精於各種不同產品項目的客製化測試與驗證分析,也積極將研究方向拓展到更多更新的技術領域,以平板裝置這項晚近才推出的新式產品為例,百佳泰便積極投入研發,目前已能提供從軟體到硬體的全面性整合驗證。本文僅以”音質”這項常被一般大眾忽略的重要功能為例,點出在目前市場上平板裝置所會出現的音質問題,希冀能作為相關廠商在開發時的一個參考指標,不論是媒體平板或是PC型平板,相信音質表現都是影響產品在多媒體效能的重要環節,而也唯有持續推動這項產品的技術進步、成熟,才能讓消費者享受到更好、更方便的產品。

備註:本文所呈現之測試結果,其評分標準涉及百佳泰所開發研究所得之評斷指標,因此在此不予詳細列出,如欲瞭解更詳細的測試計劃,請逕洽百佳泰。