音频领域通常关注的性能指标最重要的是音视频质量的客观评价。其中音频的客观评价相对成熟, ITU-T的P800和P830定义了MOS(Mean Opinion Score);视频的客观评价更复杂一些,比较常用的有NTIA提出的VQM。
⾳频测试基本都是以激励响应作为基础来进⾏的,即将已知特性的激励信号加到待测品的输⼊端,测量待测品的输出端的信号特性,从⽽与输⼊端的信号进⾏对⽐,通过测量输出端的信号劣化来评判该被测品的⾳频性能。当然,该激励信号可以通过⾳频分析仪(如美国AP,国产ABTECA2等)直接输出,也可以通过直接在待测品上播放标准的测试信号来进⾏测试。
在⾳频测试中,最常⽤的激励信号是正弦波信号,因为这种信号可以将能量集中到频谱中的⼀点上,因此对⽐测试相对⽐较简单。在⽇常测试中,也有⽤多个正弦波或者噪声进⾏测试。
1. 电平测试(Level):
电平测试是⾳频测试中最基本,也是最简单的测试项⽬,在这个测试中,可能需要测试的包括输出电平,功率,增益等。测试时,⼀般测试最⼤不失真(1%)的前提下的电平。在测试中,将待测品输出端接负载(根据产品实际需要接相对应的负载),然后再测量负载两端的信号,将待测品⾳量调整到最⼤,然后调整信号幅度,在仪器上实时查看信号失真度的⼤⼩,当失真度到1%时,这个信号即为最⼤不失真信号,在后续的测试中,⼀般都会以这个特定失真情况下的输⼊电平作为激励信号源,⼀般测试信号频率使⽤1kHz:
增益在不同待测品是不⼀样的,有部分产品如果带⾳量或者⾳调调整的功能,这些产品的增益就是可以调整的,所以在测试的时候,要根据需要设置增益控制。测试中,根据输出电平以及输⼊电平来计算该待测品的增益。所以在测试增益的时候,需要使⽤所谓的闭环测试,即激励信号是由仪器输出提供,产品的输出电平输⼊到⾳频分析仪进⾏实时分析。这种测试速度快精度⾼,⽽且⾃动化测试更加容易实现。
2. 频率响应(Frequency Response):
频率响应指的是待测品受已知电平不同频率的激励信号激励时的输出信号电平。最常⽤的⽅法是在待测品的频率范围内,从最低频到最⾼频的正弦波信号的扫描,并将结果绘于同⼀张电平。在做扫频测试测试中,⾸先要确定扫描电平。可以在低电平下进⾏扫描,但是响应中可能会出现噪声或者其他杂散信号;也可以在⾼电平下扫描,但是可能会出现⾼失真度。功率放⼤器⼀般会采⽤输出为1W的时候的输⼊电平。声学响应的测试⽅法类似,但是单位⼀般为dBSPL。
3. 总谐波失真加噪声THD+N (Total Harmonic Distortion plus Noise):
THD+N的全称叫总谐波失真加噪声,谐波失真指的是原有⾳频信号新增的不必要的⾳调。为原有信号的谐波相关⾳调。信号为频率f1的正弦波时,谐波为f2,f3等,为原⾳调的整数倍。总谐波失真为待测设备带宽中的所有谐波之和。
⼀直以来都是总谐波失真加噪声⼀起测试,有⼈就问,为什么不分开测试谐波跟噪声了,因为在进⾏总谐波加噪声测试的时候,采⽤的是快速傅⾥叶(FFT)测试,很难将谐波跟噪声分离开来,但是加在⼀起测试就相对简单。当然,⽬前的新款的⾳频分析仪(ABTEC的A2)已经可以根据需要实时查看总谐波,噪声以及从f2-f10的各阶谐波信号分布情况。
因为测试总谐波失真加噪声跟测试带宽有很到关系,带宽越宽,所包含的噪声跟谐波成分就越多,所以在测试的时候要注意带宽设置。
另外就是测试输⼊电平的设置,在低电平的时候,输出信号较⼩,但是待测品的噪声在输出电平中相对⽐较⾼了;在⾼电平的时候,可能会出现削顶失真,这样总谐波失真会⽐较⾼,所以⼀般测试的时候才有最⼤不失真1%的输⼊电平。
4. 相 位 (Phase):
在⾳频测试中,相位测量⽤于描述在周期波形循环中的时间偏移,时间偏移根据参考波形测得。参考值通常为系统中位于不同点的相同信号或者位于不同通道的相关信号。参考值的选择定义了两个常⽤的相位测了:输⼊输出相位和通道间相位。相位的单位为°度。相位的测试同样的提供⼀个指定的电平,在⼀个频率或者不同频率下进⾏测试,可以是单点频率的相位或者频率范围内的相位变化。在测试输⼊输出通道的相位时,选择仪器的其中⼀个通道作为参考通道,⽤连接线直接连接,因为信号在相对短的测试线中传输的延时基本可以忽略不计,测试通道以参考通道作为参考点计算相位变化。通道间的相位测试,选择其中⼀个通道作为参考通道,测试通道与参考通道之间的相位差即为我们所需要的测试结果。
5. 串 扰 (Crosstalk):
在超过⼀个通道的⾳频系统中,如果出现其中⼀个通道的信号以降低电平的信号出现在另外⼀个通道的输出端,则为不良现象。这种跨通道的信号泄露称为串扰。串扰表⽰为未受激励通道中的⽆⽤信号与受激励通道中的信号之⽐。串扰很⼤程度上是由设备中通道导体间的寄⽣电容和电感耦合造成的,通常出现随频率上升的特性。
如果电路阻抗近似为与频率⽆关的常数,那么有单纯⼀个电容耦合引起的串⾳将随频率的提⾼以6db/oct为斜率增加。由于电感耦合,共⽤电源,共⽤地回路也会引起串⾳。
6. 信噪⽐ (Signal-to-noise ratio):
多⼤的噪声算太⼤?这取决于信号的响度。
信噪⽐SNR就是这种差值的测量值。信号通常设为标称⼯作电压或者被测设备的最⼤⼯作电平。使⽤最⼤⼯作电压进⾏信噪⽐测试的时候,测量结果可以称为动态范围,因为其展⽰了被测设备中两个电平极端值。在这⾥要注意在数字域中的动态范围在意义上有所不同。信噪⽐通常以分贝表⽰。噪声的测量必须是指定测量带宽和加权滤波器。在测试信噪⽐的过程中,以前是需要进⾏两个步骤,先输⼊⼀个激励电平到待测品,仪器获取到信号的⼤⼩,然后在关掉信号,获取到噪声信号,然后进⾏对⽐计算出信噪⽐的值。现在的仪器都是⾃动控制信号并且⾃动计算数据。
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