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。

由車用電子市場來看汽車音響測試標準之發展

依據拓墣產業研究所的報告顯示,2009年CES展所展示車用科技(Car Tech),已將愈來愈多的消費性電子科技整合於汽車中,使人們可以在汽車行進中,同時享受消費性電子所帶來的音樂、影片及衛星電視等數位娛樂科技。消費性電子科技的應用,使汽車娛樂更加豐富並且揭露了車用科技三大核心趨勢-分享訊息、無線連接及功能整合。未來汽車將會成為一個移動式的娛樂環境,讓娛樂無所不在,而這些娛樂多媒體功能被設置於汽車中控台的車用影音娛樂導航資訊系統中。 


圖一 2009年CES展車用科技三大核心趨勢   資料來源:拓墣產業研究所,2009/03  

汽車音響朝向多媒體娛樂導航資訊系統發展

汽車音響從1950年來發展至今,從傳統早期的收音機加上喇叭,而後有了卡式錄音帶,再漸漸演變至有CD、VCD、DVD、MP3,到最近幾年甚至內建了衛星導航、數位電視、iPod支援、內建藍牙、內建USB插槽等….邁向了娛樂數位化與多元化的發展趨勢。 
而這波發展趨勢便可從2009年的CES展中看出。在廠商方面,不僅有傳統汽車音響製造商如Alpine、Sony、Pioneer、JVC等日本汽車音響製造商及Blaupunkt德國音響製造商,更有日本Fujitsu子公司Eclipse車用DVD導航製造商及一些提供服務的廠商也參與合作。 
也由於消費者的使用習慣不斷在改變,過去十幾年來最普及的音樂儲存媒體-CD已因數位音樂的普及,逐漸被體積小、可攜式、儲存量大的MP3播放器而取代。目前汽車音響興起內建USB插槽來與MP3播放器作結合的風潮,相信USB插槽的介面將是日後汽車音響不可或缺的基本配備。

雖然汽車音響內建USB插槽的普遍性漸增,但是大部分的駕駛朋友還是鮮少使用USB插槽來連接USB大拇哥或是 USB MP3 Player來聆聽音樂。原因是汽車音響的USB插槽相容性不佳,常常使用者興高采烈拿了MP3播放器到車上連接USB插槽後,汽車音響卻一點反應都沒有,完全無法辨識MP3播放器;或是好不容易找到汽車音響可以抓到的MP3播放器,音樂讀取的時候卻發生問題。導致即使汽車音響配備了USB插槽,使用者卻是在操作使用上問題重重而最後興趣缺缺,還是以CD/DVD Player來聽音樂。

超過30%的車用音響與MP3 Player有相互連結的問題

MP3 Player與車用音響連接後,有些功能無法正常使用

圖二  常見的汽車音響與多媒體裝置間的連接問題

車用音響與多媒體裝置的統一標準

許多MP3廠商與汽車音響製造商已經注意到了這樣的問題,也了解要達到真正的4C世界,數位產品和車用產品間的相容性問題便須要克服。讓開車族可以享受隨插即用的音樂環境或許也能進一步的刺激MP3 Player等可攜式影音產品的銷量或市占比率。

Microsoft便要求汽車音響的製造商,在產品製造時需依照其所訂定的標準,讓其推出的 Zune MP3 Player能順利的跟汽車音響連結運作。此一規範稱為ZCCP(Zune Connectivity Certification Program)。在今年CES展會及其他音響展覽中,Microsoft皆展示了此一認證計劃的概念和成果。依據ZCCP的規範,首先 Microsoft會要求音響廠商依據其所規範的規格界面開發產品並取得憑證(Certificate),接著便會透過三個步驟來驗證此憑證的正確性,這個動作則稱為Hand Shake,如果音響無法通過憑證的驗證,則表示音響與Zune MP3 Player是無法順利連結的。在通過第一步的確認後,還需要驗證Audio, Source Switching, Power, Disconnect, Content Enumeration 和Stress的功能運作,才算測試通過。

在微軟的推波助燃下,Zune MP3 Player與汽車音響間的統一平台有了測試的方向和標準,但其他品牌或是其他類型的Media Player要如何確保可與汽車音響連結,則還需進一步的規範。

如何透過測試確保產品的互通?

為了提升車用音響與其他數位多媒體產品之間的互容性,測試實驗室百佳泰與Microsoft合作,針對了MP3 Player, Mobile Phone, Stereo和車用音響的連接界面以及通訊協定訂定了一個測試方案(Allion Connect),以期能推動一個統一的標準。

圖三  Allion Connect的測試概念 

測試範圍涵蓋以下:

  • 電氣特性測試(Electrical Test)
    1. 壓降測試(Drop Test)。以USB embedded Host而言,是將所有USB連接埠插滿USB裝置後,量測DUT在USB裝置滿載下的電壓壓降值。壓降值必須小於500毫伏 (500mV)。
    2. 訊號信號品質(Signal quality)量測。訊號品質包含眼圖測試 (Eye-diagram)、信號速率、封包結束寬度(EOP width)、交叉電壓範圍(Crossover voltage range)、成對的JK抖動(Paired JK jitter range)、成對的KJ抖動(Paired KJ jitter range)、連續資料串的抖動(Consecutive jitter range)與上升及下降時間等。


USB Signal waveform data訊號波形測試結果 (圖片來源:百佳泰)


USB Signal Eye測試結果 (圖片來源:百佳泰)

  • 通訊協定測試(Protocol Test)
    規格書初期定義汽車音響與USB MP3 Player必須支援媒體傳輸協定(Media Transfer Protocol, MTP),而MTP是微軟以PTP (Picture Transfer Protocol) 為基礎開發出來媒體傳輸協定,期望能與Apple iPod產品匹敵。Allion開發了完整的測試工具用以來驗證MTP protocol這部份是否按規格書來設計。
  • Enumeration Test
    模擬真實的使用情境,透過以下各種不同的方式連接USB MP3 Player到汽車音響,汽車音響必須能正確偵測到USB MP3 Player並且播放音樂。
    1. 將汽車音響的輸入源切換至USB模式,再將USB MP3 Player連接到汽車音響。
    2. 當汽車音響正在使用CD, AUX, Radio或其他輸入源時,將USB MP3 Player接到汽車音響。
    3. 當汽車音響關機的情況下將USB MP3 Player接到汽車音響。
    4. USB MP3 Player 已連接上汽車音響,播放音樂中將USB MP3 Player移除,再將USB MP3 Player連接到汽車音響。
    5. 汽車尚未啟動前先將USB MP3 Player接到汽車音響,之後再啟動汽車與音響。
    6.USB MP3 Player 已連接上汽車音響,將汽車引擎關閉,之後再啟動汽車與音響。
    7. USB MP3 Player 已連接上汽車音響,將汽車音響關機,之後再啟動汽車音響。
  • 音樂播放測試Audio Playback Test
    汽車音響需支援MP3和WMA這兩種音樂格式,並且可以正常播放。對於讀取到有保護的音樂格式,當汽車音響不支援的時候必須顯示出適當的訊息讓使用者可以了解。
  • 輸入源切換測試Source Switch Test
    汽車音響在播放USB MP3 Player時切換到其他的輸入源,比如說AM/FM、CD/DVD、iPod,汽車音響必須可以再切回到USB MP3 Player並且正常播放音樂。
  • 穩定度測試Stress Test

    汽車音響必須可以連續播放音樂24小時,不能出現當機等不正常的狀況

未來,隨著USB儲存裝置與USB MP3 Player的普及,USB插槽成為未來汽車音響的標準配備,已成為必然的趨勢,在音響開發的初期便導入統一的介面平台和標準的測試步驟,才能讓消費者真正享受到車用電子產品所帶來的便捷以及隨插即用(plug-n-play)的娛樂享受。

高傳真測試規範

首次的強勢聲音標準

Microsoft 於2007年6月1日開始強制要求系統廠商如果想要拿到Vista 的Logo,就必須通過Windows Logo Program(WLP3.0X)中針對聲音品質的規範SYSFUND-0118(Premium),SYSFUND-0127(Basic)。
因此業界首次有了針對電子/電腦產品訂下聲音品質的標準規範,也因為Microsoft在產業的領導地位使其能成為廠商願意配合和改進產品品質的聲音規範。


()Microsoft規範的八項標準內容

Audio Precision

Microsoft 在Policy中指定使用Audio Precision的SYS-2722 Audio Analyzer做為Program的測試儀器,連Test Kits 也針對SYS-2722開發撰寫,使得這家公司一下子有名了起來。

這家位於美國奧勒岡州的專業聲音測試儀器公司是在1984年時一群原本任職於泰克的工程師所創立,其開發的儀器也是首先使用電腦圖型界面來取代傳統老式錶頭型式的儀器,其產品不只多年來廣受各家消費性電子廠商指定使用,同時也是美國杜比實驗室的長期合作廠商,目前杜比所推出的各項認證測試也大多指定其儀器做為訊號測量的專用設備,其在專業聲音訊號測量的領域的地位可以說是全世界公認的首席公司。

SYS-2722是一台二聲道的多功能的聲音測量儀器,本身除了聲音的分析之外還支援最高達192KHz的聲音產生器以及俱備了大部份數位類比的輸出和輸入界面。儀器本身無任何控制功能,必需連接至電腦透過專有的軟體來做控制,目前大部份的消費性娛樂產品廠商都會利用此來測試產品聲音輸出的失真度,信噪比,分離度…..等大家所熟悉的基本測試。



() SYS-2722連結方式 AP2700控制界面

WLP規定了八項聲音輸出品質的測試以及聲音輸入、麥克風輸入和耳機輸出的測試。而目前Microsoft 提供的自動測試使用之Test Kits (DTM),提供了其中五項測試支援聲音輸出的測試。

倘若開發人員想要了解自己的產品是否能符合Windows Logo Program裡所訂定的所有的規範,除了利用Test Kits控制儀器來自動完成某些項目外,還需利用AP SYS-2722儀器來手動測量其他目前Test Kits未支援的項目。


() DTM目前支援的測試項目

什麼是Audio Performance?

本文章的目的,就是帶著大家一項一項的去了解每一個測試,雖然無法見文就上手,最起碼能夠有一個基本的認識。所謂的Fidelity Test 或是Audio Performance 在PC上而言,簡而言之就是測試他的D/A,A/D 轉換的品質,牽渋到板子上電容引起的失真和其他任何引起雜訊的原因。整體來說通過了任何可能性的不良影響後,被轉換的聲音訊號輸出的品質,便稱乎這個輸出的品質為該產品的Audio Performance,也就是Microsoft 所稱的Fidelity。

認識測試項目o
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Full Scale
Full Scale 又叫最大輸出電壓,整個圖表會呈現一個連續的曲線,在聲音訊號的領域裡我們通常會定義0dB 為最大音量的定義,而通常0dB也等於1V電壓,因此在規範當中則定義了產品最大的輸出要超過0dB / 1V。雖然是說最大輸出電壓,但嚴格說起來應該是最大不失真的輸出電壓,因為根據經驗,許多的產品到了最大輸出時,他的波型上緣和下緣會有被砍掉的情形,也就是所謂的截波,產生了非線性失真的情形。這時他的最大輸出是不被認可的,反而要調低音量到無截波情形時才能決定他的最大不失真的能力。


() 連續波型上不能有任何截波,不然上下看起來是方型的。

在此項測試時,我們會從待測物輸出一個0dB 48KHz Sample Rate 1KHz 的聲音然後輸入到儀器去分析。之後調整電腦的音量到最大,看是否有諧波失真(有關諧波失真後述),接著放低音量到諧波失真率低於0.2後,顯示在螢幕上的電壓值即為此產品的Full Scale,此值必須記錄下來,後續的測試都會用到。
另外一個測試項目〔Sampling frequency accuracy〕通常也會在此時同時測到,測試信號的Sample Rate 在進入D/A前後的精準度並比較信號原本的Sample Rate和實際測量到的比值,通常會用第一個測試的信號一起測試,Microsoft 規範為0.02%。

THD+n
Total Harmonic Distortion with Noise也就是總諧波失真加上噪音值。
其原理在於當信號轉換輸出時,在原信號會有非線性的失真也就是會額外加上非原始的信號成份。
簡單來說,當我們輸入1KHz的訊號時,就有可能在其倍數如2K,4K 會額外多出非原本訊號的不正常信號。

() 只有1K部份是原始的訊號,其他倍數部份都是諧波。

此不正常的諧波當然也就會影響原始信號的重現,此項測試為檢測諧波的增益對比上原始訊號的差異值,假設原始訊號為0dB,諧波最大為-60dB,則諧波相對於原始訊號的距離為60dB。
在做此測試時,我們在Full Scale測到的值就會在此被採用為參考值也就是當做最大輸出信號。
而此項測試採用的信號一般來說習慣採用-3dB 1KHz 的信號來做為實際測量信號,然後量出的諧波值再和之前的Full Scale值做差異比較。
Microsoft所要求的測試比原始廠商要求的還要嚴格,他要求的不是只有1KHz的訊號量測而是在全頻的信號下做量測,也就是20Hz – 20KHz 分成31個頻段,所得到的值會有31個,再取最差的值,所以稱為THD+N VS Frequency。
此測試的規範為相對於Full Scale 必須大於或等於80dB。

() 全頻的THD+n測試結果

Dynamic Range
動態範圍是指最大的輸出信號相對最小信號(雜訊)的差異值,也可以用來量測信號噪音的大小跟正常信訊的差異值,所以一般也可以用來測量信噪比(Signal to Noise Ratio)。
這個測試的量測是以輸入-60dB 1KHz 的信號,原則上-60dB的值是用來確認信號是存在的情況之下來量測他的雜訊,而且-60dB也可以避免諧波失真的不確定因素。
這項測試目前是使用1KHz 單頻來做測試訊號,而不做全頻的原因在於訊號過小無法被儀器鎖定,所以必須固定在1KHz 來做測試。全頻測試便需要做31個不同頻段的聲音檔,然後固定住每一個頻段來做測試。
本規範在此項測試的要求為大於或等於90dB。
此項和另一個測試項目Noise Level during system activity」可以合併討論,和Dynamic Range最大的不同是「Noise Level during system activity」輸入的信號雖然同樣也是-60dB但是在信號中的LSB Bit 0 當中會存放資料使得Codec會一直處於工作的狀態。

Interchannel Phase Delay
測試在二聲道左和右彼此之間在全頻之下的相位延遲。
相位是描述訊號波型變化的位置,以度為單位,二個Channel在信號進入和輸出時是否會彼此產生不同步是此測試的重點。
此量測是以-20dB Multitone 做為輸入訊號(Multition為全頻同時發聲而非階梯式發聲)
直接使用儀器的Phase Meter取得角度,再經由公式可換算成時間。

() 取得角度值後可換算成時間

Microsoft 在此項測試定義的規範則較為彈性,在全頻之下30度或是12.5 microseconds 那一個單位下的值比較好就採用那一個值。

Cross-talk
這是在測試串音,串音的意思就是測試聲道的分離度,例如左聲道的聲音不應該跑到右聲道,右聲道也不該跑到左聲道,但在電腦聲音輸出習慣使用的端子上似乎要完全不彼此干擾是不太可能。

為了此項測試,我們應該準備二個不同的Mono檔案,一個是全頻31階-20dB但只有左聲道,另一個則只有右聲道,當在測量時,儀器本身的 Cross-talk測試功能會去檢查有聲音的那個聲道,和另一個沒聲音的聲道彼此之間的差異,而取得的比值就是我們要的Cross-talk值。因此本測試需要跑二次,一次是左聲道對比上右聲道,另一次則相反。


() Cross-talk 的結果圖表

Microsoft在此項測試訂的規範為大於或等於60dB。

Magnitude Response
這項測試就是以前大家所熟知的頻率響應,測試信號在各頻段的增益差別。

() Magnitude Response 結果圖表示意圖

從上圖中我們可以看到整個測試結果的頻段分成二個部份,一個是Transition band,另一個是Outside Transition band,天藍色的線條代表是信號的曲線,紅色的部份則是限制範圍,用來表示曲線值正確與否,
我們可以看到信號在高低頻部份開始變的不穏定而且跑出紅線範圍之外,我們稱那是一個轉態帶(Transition band)的開始,在這項測試有三個點要觀察,(1)在Pass band(Outside transition band)內是否平順,其漣波值(Ripple)是否在紅線範圍之內;(2)在Transition band的結束點是否合乎規範;(3)信號進入Transition band後是否合乎單一方向性的持續向外延伸,不能又回到紅線曲域裡,業界稱此為「Monotonic」。
Microsoft 在這項測試的規範為Ripple值要在正負0.25dB也就是在紅線範圍內,最高頻處不能差異大於1dB, 低頻處差異不能大於3dB。

第三方測試實驗室o

以上介紹就是目前最主要的八項測試,這八項測試可以看出您的產品的Fidelity,即大陸所說的保真度和我們談的高傳真,意指和原始訊號的還原度。

整體來說測試所花費的時間雖不多,但在測試環境的建構以及所需投入的資金與人力卻不少,開發廠商還需面對錯誤的修正所耗費的時間成本。

現在大環境已準備就緒,國際大廠也準備好了,不知你的產品準備好了嗎?若還沒準備好,不妨參考Microsoft網頁上所提供的可支援Audio Fidelity 測試的Third-Party資訊,以選擇最事半功倍的測試方式。


() 截取自Microsoft 官方對Third Party 實驗室的介紹