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

clip_image002

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

clip_image004

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

clip_image006

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

clip_image008

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

clip_image010

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

clip_image012

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

clip_image014

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

clip_image016

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

clip_image018

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。

平板裝置取代傳統應用 方便易用是重點

1 自從iPad的問世掀起了平板裝置的風潮後,各式的多媒體平板產品已經逐漸吞食整體消費電子產品市場的大餅,平板裝置更進一步成為當今消費者選擇可攜式產品的首選之一。雖然平板電腦的熱賣已是不爭的事實,然而,在實際的使用行為上,平板裝置的出現是否真能改變使用者的用戶習慣、取代傳統電腦或其他裝置的角色呢?

根據尼爾森(The Nielsen Company)於今年第一季針對美國市場平板裝置購買者所作的的最新調查報告(Q1 Mobile Connected Device Report)指出,自從購入平板裝置之後,同時擁有桌上型電腦的使用者中有35%減少或者幾乎不再使用桌機;而同時擁有筆記型電腦的使用者中則有32%減少或不再使用筆電;也有27%擁有電子書閱讀器(e-Reader)或多媒體播放器(Portable Media Player)的使用者幾乎不再使用這兩項產品;至於擁有隨身遊戲機(Portable Game Consoles)的使用者,則也有四分之一以新購買的平板裝置取代了原本遊戲機的使用。由上述的數據看來,平板裝置在某種程度上確實具有吸引消費者”移情別戀”的誘因。

11

那麼這些誘因又是什麼呢?在同一份調查報告中對受訪者進行的動機調查。從附表的調查結果中可以得知,有77%的受訪者表示自己會採用平板裝置來執行一些過去原本會透過桌機或筆電來作的事情。在這些平板裝置愛好者中,認為他們會使用平板裝置取代原有裝置的幾個主要原因在於易於攜帶(31%)、操作簡單易用性高(21%)和能快速開關機(15%),其它的因素還包括了像是方便、尺吋輕薄、能在不同地點使用等等。從這些回答中我們可以發現到,平板裝置拋開了過去的使用限制,既不像一般電腦那樣笨重、也不像MP3 播放器那樣功能簡單,能夠將各種常用的功能像是瀏覽網路、收發郵件、聆聽音樂、觀賞影片、遊戲娛樂等都集中設計於一個尺吋適中、方便隨時攜帶的裝置中,讓上述的使用行為,不限於在固定地點發生,而是隨時隨地在各個場域中都能實現。

然而,當我們在平板裝置上不斷加入更多更強大的功能時,伴隨而來的便是不可忽略的一大開發挑戰,那就是如何在提升硬體規格、軟體運算以及整體使用效能的同時,仍能保有平板裝置最初吸引我們的優點:輕薄、簡單、快速,維持這項產品設計的初衷,絕對是在後續擴充升級之時,必須考量的要素。在我們最近的一篇測試報告中,發現到了市面上不同平板裝置單單在”音質表現”這個項目上,就有極大的表現差距,那麼隨著越來越多新技術將被賦予在平板裝置上,勢必會有更多的功能,在各家的裝置上呈現明顯的品質落差。總體來說,廠商對產品全面性的整合能力便是影響最終成敗的關鍵,因此,從前期的產品設計、到最終的試產,都必須透過完整而反覆的驗證來確保軟硬體的全面整合程度,而在功能正常之餘外,也更需要注重該產品所提供的使用經驗是否能符合消費者的期待,才是真正重視客戶觀感,這項產品也才能持續佔有一席之地、被市場所廣為接受。

Android裝置的開發挑戰:軟硬體如何巧妙整合

Web 隨著科技的快速演進,現代人對行動通訊、無線上網與多媒體娛樂的需求更甚以往,所謂的智慧型手機(Smart Phone)便成了炙手可熱的個人消費電子產品之一,從Apple不斷推出iPhone企圖顛覆消費者對手機的想像、RIM推出主打商務功能的黑莓機、Google的Android系統讓眾家手機廠商爭食大餅,到微軟屢敗屢戰的從WinMo一路開發到WP7,智慧型手機的這塊戰場可說是打的如火如荼。然而在這些眾家競爭者中,Android可說是目前行情看俏的一套作業系統,以國際市調研究機構Gartner最新出爐2010年第三季的調查為例,採用Android作業系統的智慧型手機在過去一年以來成長幅度最高,光是市佔率便是前一年同期的七倍之多,銷售量更是達到14倍的成長,同時也一舉從市佔率排名的第六名竄升到第二名。而在今年一月份甫落幕的國際消費性電子展(CES),也處處可見各式各樣採用Android作業系統的產品。

*Gartner 2010 Q3 Worldwide Smartphone Sales
image001 image003

Android在過去一直扮演後起之秀的角色,切入智慧型手機的速度似乎慢了蘋果的iOS一步,但與Apple相同的是,它也成功的將其應用從手機移植到了平板電腦(Tablet PC)上。Android開放原始碼(Open Source)的特性,能輕易地提高廠商對自家產品的接受度,更不用提背後Google的強力撐腰能帶來多大的經濟效益。目前可見包括手機廠商HTC、Motorola、SAMSUNG,以及電腦大廠HP與Dell等皆投向Android的懷抱,Android被廣泛應用可說是勢在必行。

儘管Android系統的普及看似指日可待,但在實際的產品應用上,也有其可能產生的問題風險。Android作為一個開放式的作業系統,是Google提供廠商的作業系統參考架構(reference design),廠商能有充足的發揮空間,以Android為基礎向上開發設計自家產品,但也因為這樣的開放性與自由性,讓廠商在軟硬體結合的這個環節必須下更大的功夫,像是如何挑選合適的硬體包括基頻處理器、通訊晶片、觸控感應晶片、天線與記憶體模組等,以及如何調整出最適當的軟體設定等,更重要的是如何將軟硬體整合,開發出差異化的產品。這中間所有的細節都會對產品最終樣貌產生莫大的影響,像是其功能的完整度、使用介面的設計、效能表現(例如觸控滑動畫面、開啟程式所需時間)、品質可靠度、甚至是後續的韌體升級動作等等。在此百佳泰(Allion Test Labs, Inc)便試圖以專業中立的測試實驗室角度,來點出廠商應用Android於手機、平板電腦或其他裝置時應注意的開發重點,以希冀作為一個有效的參考資訊。


解構
Android基本技術架構

首先我們先來看到Android的基本技術架構,Android是以Linux為核心,並採用軟體堆疊(software stack)的架構延伸發展的一套軟體平台與作業系統。根據下圖可以看出,其基本架構分為五層:

  • Linux核心(Linux Kernel):以Linux開發提供最底層的核心系統服務,包括安全性 (Security)、、記憶體管理(Memory Management)、進程管理(Process Management)、網路堆疊(Network Stack)與驅動程式模型(Driver Model)。
  • Android執行環境(Android Runtime):透過Core Libraries(核心函式庫)以及暫存器型態的Dalvik Virtual Machine(Dalvik虛擬機器)來執行程式。
  • 系統函式庫(Library):使用C/C++函式庫的系統元件以供呼叫使用,開發者可透過上層的應用程式框架來運用這些功能,這也是主要Android裝置的效能關鍵。
  • 應用程式框架(Application Framework):被設計來簡化元件的再運用,開發者能完整存取使用與核心應用程式(Core Application)相同的API,應用程式可以發佈功能並為其它應用程式所使用(需受限於其安全性限制),開發者也可運用同樣的機制來新增與置換元件。
  • 應用程式(Application):所有Android應用程式皆是以Java程式語言編寫,原始就會包含像是Email、簡訊、日曆、地圖、瀏覽器、聯絡人等其它應用程式,讓使用者一開始就擁有這些基本功能,開發者也可在此客製其使用介面。
*Android Structure by Google
image005拷貝

廠商越想要設計出與原始設定不同且增強效能的產品,便越需要對這五層架構進行修改。譬如像是多工處理能力(multi-tasking),便可能需要修改包括Linux核心與應用程式框架的設計;而應用程式的開發者更可能需要針對應用程式與框架進行調整。由此可見,對Android裝置而言,任何一個功能的置入或是對硬體設定的細微更動,都需要對Android系統進行從下到上的調整以達到最優化的效能,而這正是最為困難與需要驗證的一環。


Android
裝置軟硬體整合的五大技術環節

如前所述,對眾家開發廠商而言最大的挑戰其實在於,如何將自己理想的產品訴求,與Android系統巧妙結合成一個功能完整並使用流暢順手的產品,這其中牽涉了不同技術間的整合與運用。在此我們便根據其多年的測試與研究經驗,歸納出五大Android相關裝置在技術整合上的重要環節:

image007拷貝

一、Linux驅動程式的導入

由於Android是根源於Linux所延伸出來的作業系統,因此各種關鍵功能的驅動程式也必須要能順利的寫入其中,舉凡像是字元裝置、記憶體的空間配置、中斷處理、網路通訊、螢幕顯示或是連接介面像是USB與PCI的驅動程式,這些可能是自行撰寫、或是來自不同元件廠商的驅動程式,都必須要能被導入到Android系統,並維持良好穩定的效能表現。

二、系統單晶片的優化處理

對廠商而言,開發一款Android裝置,不僅僅只是將所有零組件組合成為一個產品那麼容易,最大的學問便在於將系統單晶片(System-on-a-chip,SoC)、各種新技術和Android系統進行整合,SoC涉及像是Dalvik Virtual Machine、OpenGL、V8、Webkit Engine等上層的演算,與Android間的結合便必須透過不斷的嘗試與驗證,才能研發出既符合成本效益、又有良好效能的優化產品。目前市面上有些SoC廠商已針對Android系統的特性,提供整合過的SoC平台,將藍牙、相機或上網等常用功能模組預先寫入,減少終端成品廠商費力整合開發的時間,但對廠商而言,這樣的預先整合是否適合自身產品,以及是否需要再作更細緻的修改,則又是更困難的課題。

三、新技術的移植

隨著技術的快速發展,更多新興的技術規格也逐漸應用在手機等手持裝置上,以手機為例,已經從過去以撥打電話為主要功能,轉變為擁有各種多樣化用途的產品。像是觸控技術讓消費者可以透過手指的滑動傳送指令甚至是具備多點觸控的支援、Wi-Fi模組提供隨時無線上網的可能、通用圖形處理器(General-purpose computing on graphics processing units,GPGPU)則能以並行方式透過圖形處理器來執行通用計算任務、Android 2.3版所支持的NFC近場通訊技術,以及更高階的相機模組等等,背後都有各自的驅動程式與軟體技術,也必須要與Android系統相結合使用。

四、效能表現的穩定

儘管上述這些技術不斷推陳出新,但也都不能因此而犧牲裝置原本的效能表現,讓處理速度因此變慢或造成使用上不順暢的狀況。除了採用更好的硬體設備外(例如現今處理器的時脈已邁向1GHz),更需要作業系統的支持,像是如何在多工運作的狀況下維持程式執行速度以及系統滿載的處理等等,都必須要透過軟體面的奧援。也就是說,一台Android裝置除了要能將各種功能與技術收納起來、將軟硬體整合外,更必須同時注重它在效能上能否維持應有的水準,以提供使用者在操作上流暢易上手的感受。

五、低電耗設計

Android的設計概念主要是應用於可攜式裝置上,目前市面上可見的像是平板電腦與智慧型手機等。對這類產品而言,電池續航力的好壞可說是影響消費者使用感受的關鍵之一,試想,若是一台智慧型手機的待機時間過短,而使用者在外時又無法隨時充電使用,不能即時的連網查詢資料或執行其他手機功能,這樣的產品便失去了它作為可攜式行動裝置應有的便利性。追根究底,良好的待機時間除了需仰賴高容量的電池以提供充足電力之外,另一個重點就是裝置本身在被使用執行時能否作到低電耗設計。Android裝置讓使用者能透過各種多樣化的應用程式,來達到各種不同的使用目的,舉凡像是單純上網、觀看新聞、郵件推播或是遊戲等等,各種不同功能的程式都能透過自由下載使用,也由於其多工處理與讓程式背景執行的能力,更讓降低耗電量成為開發者不可輕忽的一項課題。


持續驗證修正
找出最佳Android整合方案

正如前面我們不斷提到的,對Android裝置而言,最困難的開發挑戰便在於如何完美地”整合”軟體與硬體,以開發出一項功能完整又同時注重使用者感受的產品。從對Android本身程式碼的修改、相關硬體的選擇,到驅動程式的結合運用以及能否維持穩定的效能表現等,在在都必須要透過仔細的研究與不斷的嘗試,才能找出問題的根源並解決、更進而找出最合適的整合方案。

image009拷貝

附圖我們歸納出一些在Android裝置上經常出現的問題與其可能肇因,而這些也都是開發廠商必須重視卻可能忽略的一環。像是Android原始碼中對音源的重新取樣(Re-sampling)設計,就會導致裝置在讀取48K音源時重新取樣成44K,而造成諧波失真的現象影響音質,這便是廠商不會注意到而未去修改的問題;另外像是天線位置的設計,也可能直接的影響到收訊能力的好壞;而不良的電源管理設計,也極有可能影響到裝置在持續使用狀態中的耗電情形。百佳泰在此僅以專業測試驗證實驗室的角度,希冀以宏觀的方式,針對Android裝置的開發設計提供可用的參考,近期內我們也將會提供實際的相關測試數據報告,並進一步指陳這些可能的問題風險,以期讓更多廠商與消費者都能注意到品質驗證的重要性,是從產品設計的根源就要開始層層把關。

CES系列報導(一) 兵家必爭之地:更進化的平板電腦

CES-Xoom02堪稱年度全球最具規模的2011年國際消費性電子展(International Consumer Electronics Show)再度絢麗落幕,CES展向來是眾家大廠爭先曝光新品的最佳時機,不論是電腦、相機、智慧型手機、電視或是各種新式產品與技術,無一不搶在此時發佈,在此本文便就今年最火熱的平板電腦(Tablet PC)進行介紹報導。

在2010年由iPad帶起的平板電腦旋風,其熱度仍持續延燒到今年。猶記在去年CES展,趕在iPad正式發表會之前,Dell展示了自家首台發表的”Mini 5”,而HP也揭露其與微軟合作名為“Slate “的平板電腦;轉眼間一年過去,2011年在CES展上亮相的平板電腦更是眾聲喧嘩,而這些新一代的平板電腦開始出現更多不同的規格與型態。百佳泰(Allion Test Labs, Inc)作為多樣化電子產品的專業測試驗證實驗室,也隨時吸收各種最新產品資訊,以下就是我們針對此次CES展上幾個知名大廠推出了平板電腦所做的整理。

附表我們蒐集了幾款在這次CES展上備受關注的平板電腦,其中又以獲得CES 2011 Best of Show Award的Motorola “Xoom”最為吸睛,Xoom是首款宣稱採用Android 3.0 Honeycomb作業系統的平板裝置,並搭載NVIDIA Tegra 2雙核心1 GHz處理器,各種硬體規格一應俱全,並搭配10.1吋的大螢幕,此外並可透過選購的外接式鍵盤組讓Xoom變身成一款有實體鍵盤的可攜裝置。

image001

另一個令人眼睛一亮的產品則是Lenovo展示的兩款平板電腦:“LePad”與“IdeaPad UI Hybrid”,LePad是一款單純平板式的電腦,作業系統為基於Android基礎設計的LeOS,可與外接的鍵盤基座相組合;而 IdeaPad UI Hybrid 則是貌似一台筆記型電腦,但螢幕的部分又可直接拆卸下來便成一台平板電腦,預設的作業系統為Windows 7,並同時並採用“Hybrid Switch”技術,讓產品本身在與鍵盤相連時為Windows 7系統,拆下成為平板電腦時又自動切換成LeOS(Android)系統,堪稱此次CES展最具巧思的平板裝置之一。

同時,SAMSUNG的Sliding PC 7以及台廠Asus的三款產品也都以不同的設計方式讓平板電腦與鍵盤相結合。SAMSUNG採取滑蓋式的鍵盤設計,而Asus則分別採取滑蓋、拆卸式以及藍牙連接的方式來延伸平板電腦的使用模式。Asus可謂是此次CES展出發表最多款平板電腦的廠商,包括三款採用Android 3.0與一款採用Windows 7的產品,這幾款產品不論在產品尺寸與訴求上皆各有不同。至於ViewSonic所推出的ViewPad 4,僅有4.1吋的大小,再加上具備手機通話功能,儼然就如同一台智慧型手機。

clip_image001[5]

另外,Panasonic所推出的“VIERA Tablet”雖然規格未明,卻也為平板應用帶來另一番的想像。VIERA Tablet透過名為“VIERA connect”的技術,能配合自家的VIERA電視使用,透過影音串流的方式雙向傳輸,此外也能遙控電視,或是作為電視遊戲的控制器。這樣的概念等於是將平板電腦融入到家電生活的領域中,在今年的會場上也是絕無僅有。

整體而言可以觀察到,在今年CES展上出現的平板電腦可說是更加百花齊放,我們歸納出來的要點有三:

一、各路廠商競相爭逐:

越來越多的廠商紛紛跨入平板電腦的世界,除了傳統的電腦廠商像是Dell、Lenovo等等之外,像是手機大廠Motorola、顯示器大廠ViewSonic與AOC、以及電視大廠VIZIO等,都在此次CES展上發表了全新的平板裝置。這樣的現象不僅代表著市場對平板電腦的一致看好,也將更能促進這項產品的技術持續推進。

二、上游勢力各據一方:

從前面整理出來的表格可以見得,目前平板電腦的作業系統以Android與Windows 7 為主流,其中又尤以Android最受製造廠商的擁戴,目前也有部分產品已開始導入Android最新版本3.0的作業系統。至於在處理器方面,則以NVIDIA Tegra 2、Qualcomm Snapdragon、Intel Core i5與ATOM Oak Trail為最多廠商採用。

三、多元化的產品型態:

除了各種螢幕尺寸大小與不同內建儲存容量的差異外,在這次的CES展也可以明顯觀察到平板電腦逐漸走向”分殊化”的現象。在2010年初期,消費者可以感受到市面上平板電腦的同質性都相當的高,多半都類似一台平板式的MID;不過今年的趨勢可以發現,越來越多專屬於平板電腦的配件(尤其是鍵盤)被開發出來,甚至出現可拆卸式的平板電腦,讓消費者可以因地制宜地選擇想要使用平板型態或是筆電型態的產品,規格也越益強大,甚至出現4G通訊能力或是搭配手機功能,至於在應用上也更加多元,甚至可與家電產品互動。

 

在這次CES展所展出的數十款平板電腦,讓我們看見了更突破於傳統電腦市場的活力與熱度,同時也象徵著平板電視市場的蓬勃之勢,這樣的蓬勃不僅有助於技術的繼續發展,也讓消費者有了更多樣化的選擇。不過這些新功能新技術的導入,同時也需要更仔細的驗證與功能的確認,舉例來說,以平板電腦為對象所開發的Android 3.0,與過去以手機為開發對象的版本有所不同,廠商在導入上能否使軟硬體良好整合?又或者像是平板能結合了更多其他裝置的使用,像是對HDMI、藍牙或是更多新傳輸介面的支持,是否皆能正確無誤的被操作運用?當然,這樣的道理也同樣適用於其他平板電腦以外的產品,都同樣需要。整體來說,這次CES展讓我們看到了更多新的應用型態與可能,我們也期待更多更符合消費者直覺操作的產品,能在市場上發光發熱,這也是科技產品的主要目的之一:帶給我們更便利簡單的生活。

iPad也有天線門? 三項測試揭露平板裝置之網路通訊問題

image001由蘋果(Apple Inc)推出的iPad自今年四月起在全球上市以來,已造成一股前所未有的銷售熱潮,iPad不僅被認為是蘋果正式跨足電子書(e-book)領域的舉動、甫上市便成為亞瑪遜(Amazon.com, Inc)Kindle的勁敵,同時也形成傳統筆記型電腦的強大威脅,一舉帶起整個平板電腦(Tablet PC)市場的成長動能。繼iPad席捲全球消費電子市場後,可以看到的是各家廠商紛紛投入平板電腦的研發與製造,從Dell、HP到Samsung等的前仆後繼,在在足見市場對於平板電腦產品的重視與看好。
(左圖:2010年投下市場震撼彈的蘋果iPad)

然而當iPhone 4因天線設計不良而導致3G收訊問題,並進一步擴大成為消費者擔憂的“天線門”(Antennagate)事件時,同樣是蘋果出身的iPad是否能全身而退呢?根據百佳泰(Allion Test Labs, Inc)與碩訊(Training Research Co., LTD)的共同研究、並實際測試了各種不同可能的使用情境後發現,iPad儘管並不因使用者的手握方式而左右其3 G收訊,但在Wi-Fi的收訊能力上,卻有幾個值得關注與改善的重點。

在實際測試方法上,我們設計了三種不同的實驗情境,來觀察在這些變因與各種網路衰減程度(Attenuation)下,iPad本身的資料吞吐量(Througthput)變化,也就是iPad的訊號接收能力,意即一般消費者最關注的iPad連網能力。

測試實驗一:訊號來源頻段的影響性

無線區域網路,也就是我們常聽到的Wi-Fi,有經法令規範要求的運作頻帶範圍。因此擁有Wi-Fi功能的產品必須要有能力處理該頻帶範圍內各個不同頻段的網路訊號,而具有良好Wi-Fi收訊功能的產品更應在處理不同頻段訊號時,皆能有相同水準或相互接近的表現。因此我們揀選三個不同頻段的訊號進行測試,來瞭解iPad在Ch1、Ch6和Ch11三種頻段下的資料吞吐量。

*Test Experiment 1: iPad throughput under different 802.11n channels
image002

根據測試結果我們可以發現,受測的iPad在處理不同頻段訊號時,所能接受的最大網路衰減程度有所不同。舉例來說,iPad在處理Ch6的訊號時,直到90dB的網路衰減程度(dB值越大代表衰減程度越高)才無法繼續透過Wi-Fi連線(Throughput呈現0 Mbps),但在處理Ch1或Ch11時的訊號時,則在85dB時Throughput就已經降到0 Mbps。由此可以見得,iPad在處理Wi-Fi訊號時,必須加強對不同頻段的平均處理能力。

測試實驗二:訊號來源方位的影響性

由於iPad屬於可攜式裝置(Portable Device),其功能與輕薄的體積提供使用者行動上網的可能,因此這類產品在設計時必須考量到訊號接收的全向性,以符合行動通訊時的使用期待。因此在此我們便透過讓iPad直立旋轉的平台,來檢視當iPad與無線訊號來源的相對方位不同時,iPad的訊號接收能力是否仍能保持相同水準。

*Test Experiment 2: iPad throughput under different angles of signal source
image003

在360度的方向中,我們設計了24個檢查點,每15度檢視一次iPad的資料吞吐量。根據測試結果可以發現,當網路衰減程度只有80dB時,可以看出當訊號來源在90度、255度與270度時,收訊能力有微幅的減弱;但當衰減程度達到85dB甚至90dB時,收訊能力便大幅下降,並且會因訊號來源方向的不同而有極為不同的表現。舉例來說,當網路衰減達到90dB時,iPad仍能良好地接收來自150度方位的網路訊號、但卻無法處理來自90度方位的網路訊號。由此可以歸納出,iPad在網路訊號接受的全向性上,仍有長足的進步空間。

測試實驗三:螢幕亮度的影響性

根據第二個測試,可以歸納出當Wi-Fi訊號來源在iPad的90度方位時,iPad的訊號接受表現最差;而當Wi-Fi訊號來源在iPad的150度方位時,iPad的訊號接受表現則最好。因此我們利用這兩個最好與最差的表現(the Best/ Worst Practice),來藉此放大檢視其他影響網路收訊能力的可能變因。

*Test Experiment 3: iPad throughput under different brightness settings
image004

嘗試了各種不同的使用情境後可以發現,儘管Wi-Fi訊號來源在90度或150度方位時,iPad的資料吞吐量(連網能力)有所不同,不過不論訊號來源在兩者的任一方位,螢幕的亮度設定都會明顯影響到iPad的資料吞吐量。實際觀察到的現象是,當螢幕亮度調到最亮時,iPad的資料吞吐量會降至最低;而螢幕亮度調到最暗時,資料吞吐量反而最高。參考附圖的測試結果,可以看到當訊號來源為同一方位,若是螢幕亮度最暗的狀況下,iPad的資料吞吐量會優於螢幕亮度最亮時的表現,而這樣的現象並隨著網路衰減程度的增加而更為明顯。由於iPad具有可以根據環境狀況自動調整亮暗程度的功能,這也就表示它的訊號接收能力很可能隨時有所改變,而影響到使用者連網的順暢度。

*經測試發現,螢幕亮度會影響iPad連網能力
image005

持續粹煉與精確驗證 打造良好產品品質

根據前述的測試可以簡單歸納出,iPad也如同自家出產的iPhone 4一樣,有天線設計的問題,而導致在接受不同頻段或不同方向角度的Wi-Fi訊號時,會有不同的連網處理能力。除此之外,透過螢幕亮度測試也發現到iPad的網路連線會發生RF(Radio Frequency)射頻干擾的問題。

這樣的結果看起來,iPad在使用上也有著類似的天線門疑慮,但必須注意的是,iPad並非唯一產生問題的產品。我們進一步以市面上其他平板電腦及MID(Mobile Internet Device,行動上網裝置)來作測試,可以發現到它們也同樣出現類似的問題。

至於同樣屬於行動連網產品、卻已發展得相當成熟的筆記型電腦呢?根據測試我們發現,筆記型電腦相較之下較少產生這種連網穩定性、全向性不佳甚至是RF干擾的狀況。原因無他,簡單來說,從1980年代末期開始竄起的筆記型電腦,透過眾家廠商多年來的不斷開發進步,直至今日已成為一個在型態與技術上都相當成熟的產品,各種線路與組件的設計都經過不同目的與使用性的測試實驗,想當然而如今我們日常使用的已是經過試煉改進的結果。

因此,儘管平板電腦在設計架構上以觸控螢幕取代了傳統筆記型電腦的鍵盤位置,卻並不表示只要將所有硬體組件重新擺置在一起,就可以擁有同樣水準的效能表現。從我們這次的測試實驗結果,就可以發現到iPad與一般筆記型電腦相比,產生了明顯的網路通訊品質落差。這樣的狀況可以歸因於該產品在設計階段規劃不盡周詳、或未能全盤考量所有使用情境。就像iPhone 4上市之初引發的天線爭議一樣,雖然產品本身著實吸引目光,但消費者實際使用的狀況才是考驗所在、也才是影響產品銷售壽命的關鍵。

由此觀之,一項產品的功能儘管標榜的再強大、再吸引人,也萬不能忽略任何一個細節,因為一旦這些細節出了些微差錯,便極有可能在實際情境中產生嚴重的問題,而使產品成為眾矢之的、進一步在消費者心中產生負面觀感。因此,對於一個新開發產品來說,從設計初期的全面性驗證、找出潛在風險,才是發掘產品問題根源的關鍵。在本文中,我們僅以簡單的測試數據,點出iPad及其他平板電腦等新式產品會有的連網現象,除了讓消費者有知的權利之外,也希冀能提醒相關廠商在研發產品時,能更從使用者的實際情境出發,考量不同可能的狀況,並進行縝密精確的測試驗證,以提供市場品質更精良、更具可靠度的人性化商品。