智慧型手機之使用者體驗解析-音質篇(Audio)-上

現在人對於智慧型手機要求甚高,除了先前提到的螢幕、相機品質之外,越來越多人透過手機聽音樂,對於音樂愛好者來說,手機的音質好壞才是最重要的。然而,若單純以人耳判斷音質好壞是非常主觀的,因此百佳泰將以儀器測試的手法,解析智慧型手機音質是否有衰減、失真、串音、雜訊等問題,進而做出手機的差異性比較分析。

測試樣機:

Spec

我們將音質(或音頻)測試分為輸出及輸入兩大類。

輸出的部分,指的是數位訊號轉類比訊號(Digital to Analog, D/A)的品質,像是耳機孔(前級)、擴大器(後級),喇叭都是屬於輸出的範圍。

輸入的部分,指的是類比訊號轉成數位訊號(Analog to Digital, A/D)的品質,手機的內建麥克風及耳麥孔皆屬於輸入的測試範圍。

針對這兩大類,我們分別制定了測試項目如下:

Test Items

各測試項目的詳細說明,請見: 電容產品 音質評測解析

音質輸出測試

測試儀器:

– Audio Precision APX585 + AP500 v4.2

– 10K Ohm Loading (模擬後端擴大機之假負載)

測試設定及流程:

從手機撥放音訊檔案,透過3.5mm並帶有10K Ohm負載抗阻的線纜,連結至Audio Precision APX585,量測出數據後再做比較。

DA Test Setup

圖一: D/A音效輸出測試設定流程

1. D/A – Full Scale Output Voltage and THD + n Ratio

測試目的: 該音頻測試主要是以最大音量為主要測試標準,但有些手機在最大音量時會有不穩定的現象,例如失真超過1%(截波) 會使得聲音產生不好的聽覺感受,像是破音,亦或是兩聲道level不同。因此在最大音量設定時,播放0dBFS檔案,電壓輸出要在300mV以上,藉由此測試得知其最大不失真值,後續測試也將以此數據作為參考基準。

建議標準值:低於1%的失真率,且必需輸出超過300mV以上的電壓。

測試訊號: 0dBFS / 1KHz, 44KHz 16bit PCM Wav。

Output 1

從測量的結果來看, iPhone6和Android Phone 2在輸出1KHz頻率時電壓較大(超過1V)而且失真率較低。Android Phone 1和Android Phone3 的失真率差不多,但相較之下 Android Phone3輸出稍大一點點。

整體表現排名: iPhone 6> Android Phone 2> Android Phone 3> Android Phone 1

2. D/A – THD+n Amp. vs Frequency

測試目的: 在全頻範圍內,檢查各頻率的輸出失真量。

建議標準值: 在全頻20Hz-20KHz中,須≦-65dB。

測試訊號: 採用44KHz以及48KHz採樣的音訊檔來做測試,44KHz是音訊常用標準採樣率,之所以外加48KHz採樣率,主要是針對百佳泰團隊曾發現Android系統在播放48KHz的音頻檔時出現過Resampling error,造成過大的失真和衰減,因此特別提出來在對應的項目中做檢測。

首先來看在播放44KHz採樣的音訊檔時,iPhone 6 及 Android Phone 2在中高頻皆有-85dB到-90dB的低失真表現,但Android Phone 2在低頻時,失真的幅度較iPhone 6大。然而,Android Phone 1在中頻的表現,與iPhone 6和Android Phone 2 差距約5dB。Android Phone 3的失真率全頻皆高於-80dB,為四支手機中表現最差。

Output 2

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在播放48KHz採樣的音訊檔時,失真表現與44KHz雷同, 所有受測物皆無Resample error現象

Output 3

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整體表現排名: iPhone6> Android Phone 2> Android Phone 1> Android Phone 3

3. D/A – Dynamic Range

測試目的: 在1KHz的頻率點上, 測量參考訊號和噪訊之間的距離。從此測試項目可以看出受測物和連接環境中會產出多大的雜訊總量。

建議標準值: 大於等於85dB, (44KHz 16 Bit的理想值是96dB)。

測試訊號: -60dBFS(微弱訊號) 1KHz 44KHz 16 bit PCM WAV。

所有DUT中除了Android Phone 1,其餘皆有90dB以上的表現。iPhone6 和Android Phone 2則有接近16bit音訊所能呈現最大動態範圍(96dB)的表現,如下圖: CH1為左聲道、CH2為右聲道。

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整體表現排名: iPhone6> Android Phone 2> Android Phone 3> Android Phone 1

4. Frequency Response

測試目的: 在全頻範圍內,檢查輸出對原始訊號的衰減程度曲線。

建議標準值: 低/高頻的衰減不能超過±1dB且中間波動部分不能超過±0.25dB。

測試訊號: 輸入-20dBFS強度的全頻訊號(20Hz-20KHz Sweep)以及44KHz和48KHz 16 bit PCM WAV採樣的音訊檔。

 

一般來說,我們人耳可以聽見的評響範圍是在20Hz-20,000Hz,超出這個範圍的聲音,大部分的人耳是沒辦法聽得到,但可能可以感覺得到。一般在市面上看到的頻率響應規格,僅展現出耳機可以發出的聲音,但是並不能呈現該副耳機在高頻(高音)/低頻(低音)表現的品質,百佳泰這次將以儀器來測量其高低頻的品質。

在播放44KHz採樣的音訊檔時,Android Phone1全頻如一直線,完全沒有任何衰減,表現最好。其他機種在中段部份雖算平順,但iPhone6在還原20KHz頻率時,有極微小的衰減。Android Phone 2重播能力只能到19KHz,而Android Phone 3到17.6KHz頻率就不支援了,表現最差。

4

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在播放48KHz採樣的音訊檔時,所有受測物表現皆十分相近,都能良好重播全頻音訊檔並無Resample Error情況。

Output4-2

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整體表現排名: Android Phone 1>iPhone6> Android Phone 2> Android Phone 3

5. D/A – Crosstalk vs Frequency

測試目的: 在全頻範圍內,檢查無聲聲道對有聲聲道電位的比例。此舉為用來判斷聲道和聲道之間是否有串音的現象。在類比的信號輸出上,串音是不可避免的一種情形,對使用者帶來的困擾在於所謂的立體聲在每聲道傳遞的信息和相位皆不同,若是信號有某種程度的混合,則立體感和音場定位將大為模糊。

建議標準值: 至少≧50dB,差距越大越好。(此項目數據取絕對值)。

測量結果將分為兩種檢查點來看,分別為傳統檢查點10KHz以及表現最差的頻率點。從下方數據及圖表可看出Android Phone 2表現較佳,全頻有近80dB左右的表現。Android Phone 1全頻表現約在75dB,iPhone在70dB上下,然而Android Phone 3則低於60dB,表現較差。

Crosstalk

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整體表現排名: Android Phone 2>Android Phone 1> iPhone6> > Android Phone 3

6. SPK- Full Scale SPL vs Frequency

測試目的: 了解受測物的喇叭在還原不同頻率時的能力。

測試訊號: 100Hz-15KHz, 0dBFS, 44KHz 16 bit Wave。

SPK測試儀器: 分貝機TES-1357 Sound Level Meter。

測試環境: 此測試進行於一個安靜的房間,環境噪音為38dBspl(Slow, A-weight)。Slow代表儀器變化取值的間隔為一秒,量測值會扣除A-weight的加權值。藉由播放23種不同頻率中最大值的數位訊號檔案,再利用分貝機量測不同頻率時的個別音壓,進而得知喇叭在還原不同頻率時的能力。

在測量的過程中,我們設定受測物的喇叭和分貝計之間的距離為10cm,透過近距離可以取得直接音,減少反射音的干擾。有些受測物內建有二顆喇叭,為求公平,所有的測量數據皆是以測量單顆喇叭品質為主。

SPL Test Setup

圖二: Sound Pressure Level 測試設定及流程,這邊的Fast Setting指的是分貝機測量DUT喇叭時的設定(100 millisecond取值),用來監測即時變動的情形。

根據我們的量測結果顯示,Android Phone 2曲線在高頻衰減較少,低頻則與iPhone 6的表現接近,因此整體看來聲壓較完整,在此項目中表現最佳。

iPhone 6 及Android Phone 3則表現的差不多。Android Phone 1和Android Phone 2一樣為雙喇叭設計, 但表現沒有像Android Phone 2優秀,很明顯單顆喇叭的能量不如其他機種,同時在高頻的衰減嚴重。

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整體表現排名: Android Phone 2> iPhone 6> Android Phone 3> Android Phone 1

 

 

結語

綜觀手機音效輸出的評比,可發現各家廠商著重的部分不盡相同。下方的統整評比,分數越低,代表品質越好,可得知iPhone 6在整體音質輸出的表現優於其他手機, Android Phone 2表現平平,Android Phone 1在失真以及背景噪音這部分表現較差。Android Phone 3在各項目的表現都不及其他手機,有很大的進步空間。百佳泰將於下篇文章介紹音質輸入的評測比較。

MobileAudio-16

相關連結:

智慧型手機分析體驗-螢幕(Display)篇

智慧型手機分析體驗-相機(Camera)篇