音訊裝置常見測試指標及測試方法

2021-09-23 22:23:17 字數 3017 閱讀 7620

音訊裝置常見的測試指標主要有電平(level)、頻率響應(fr,frequencyresponse)、總諧波失真加雜訊(thd+n)、訊雜比(snr,signal-to-noise ratio)、串擾(crosstalk)等引數。此外還有一些諸如相位(phase)、動態範圍()等指標。

電平(level):音訊裝置測試中常用的測試電平主要有以下幾種,①給定輸出電平,如 1v 、1w或單位增益;②能產生固定失真的電平 , 如1% thd+n;③裝置工作電平,雜訊低的同時又有著合適的動態餘量;④測試文件指定的輸入或輸出電平。測試時應根據情況的不同來選擇適合的電平去測量裝置,所以首先必須非常清楚自己應該使用哪種電平。

那麼怎麼才能找打自己應該使用的電平呢?這個要根據dut(device under test)的效能來說,對於增益可調的則可通過調整增益來實現輸出指定的測試電平,但是固定增益的dut就不能通過調整增益來進行了,所以在這裡介紹一下固定增益的dut如何輸出指定電平。如果需要dut輸出1vrms的訊號,用ap的signal generator輸出乙個1khz的正弦訊號,將ap的analyzer視窗中 level單位設定為v,然後調整訊號發生器的輸出幅值使analyzer中的level值變為1v即可;對於需要dut輸出1w的測試情況,尋找輸入電平的方法類似,只需將level的單位選擇為w即可;當然對於要找打1%的thd+n輸入訊號,則要將analyzer視窗中的function reading選擇為thd+n ratio即可。

頻率響應(frequencyresponse):頻率響應測量觀察的是不同頻率的電平輸入到被測裝置後產生的輸出電平,是對音訊裝置內的數模/模數轉換器頻率響應能力的乙個評價標準。通常是用等幅正弦波從極低頻率掃瞄到極高頻率輸入到裝置,如果裝置的響應非常平直,那麼在頻響曲線上的反映應該是所有頻率的輸出電平均等,軌跡線幾乎無變化且斜率接近於零。最簡單的全頻段響應測量可以只選擇要測頻段內極低、極高個中間頻率進行測試。如果這些頻率的輸入電平相同,則被測裝置的輸出電平代表其對這些頻率的實際響應情況。

在低頻與高頻部分,訊號的重建比較困難,所以在這兩個頻段通常都會有衰減的現象。輸出品質越好的裝置,頻率響應曲線就越平直,反之不但在高低頻處衰減得很快,在一般頻段,也可能呈現抖動的現象。

總諧波失真加雜訊(thd+n,total harmonic distortion plus noise):諧波失真是在音訊訊號中多出了一些額外增加的頻率訊號,諧波頻率是原始訊號的整數倍。總諧波失真是被測裝置諧波的所有測量結果總和。在有fft之前,很難不加雜訊就可以測量出自身thd的,加入雜訊後就變得相對容易一些,具備了可操作性。此外,thd+n的值方便客觀,從而廣泛被大眾接受。

thd+n會根據測量頻寬的不同而發生變化,所以需要使用高通和低通濾波器來限制測量頻寬,並在結果的部分標明測試時所使用的實際頻寬。通常採用的頻寬範圍是20hz 至 20khz。thd+n還會隨著施加訊號的電平和頻率的不同而產生變化。所以通常採用約1khz 的中頻訊號以及標準工作或*輸出電平來測量裝置。

串擾(crosstalk):在多通道的音訊系統中通常會發生乙個通道的訊號以低電平的形式洩漏到另外乙個通道裡的情況,這種跨通道洩漏的訊號被稱之為串擾,其通常表述為洩漏訊號和原始訊號之間的比率,串擾在實際裝置中非常難以被消除乾淨。

串擾主要是裝置通道導體之間電容耦合的結果,並且通常表現出隨頻率上公升而增加的特性。串擾結果通常只是單一的數字。然而,對裝置進行掃頻測試可以客觀反映其在工作頻寬內的實際串擾效能。

那麼如何在ap上測試音訊裝置的crosstalk呢?為保證dut的兩通道有相同的對地輸入阻抗,必須將dut兩個通道分別接入ap訊號輸出埠a和b,當要測試a 受到b的串擾時時,則在ap訊號發生器中關閉通道a,只開啟通道b,並在analyzer視窗中選擇crosstalk功能選中通道a,就可以直接讀出該定頻輸入下串擾大小,當然輸入掃頻訊號也可以在全頻帶內進行掃頻測試crosstalk。

訊雜比(signal-to-noise ratio):雜訊水平的大小往往這取決於你的訊號有多大,訊雜比(snr)正是這種裝置效能的具體反映。輸入訊號通常為裝置的標準工作電平或最大不失真輸出電平。使用最大不失真輸出電平測出來的訊雜比結果也稱為動態範圍,因其描述了被測裝置的兩個極端效能數值。動態範圍對於數字裝置有些不同的含義。其通常用負的分貝值表示。

在傳統的訊雜比測量方法裡,需要進行兩次測量以及少許運算。 首先控制ap(或dut的增益)找到使dut的thd+n達到1%失真點的電平作為參考電平,通過按鍵f4將參考電平設定到ap中,之後關閉發生器,將讀數單位設定為dbr就可直接讀取snr。在測試snr時尤其要注意用濾波器限制測量頻寬。

相位(phase):在音訊行業中,相位測量指的是以參考波形為基礎來測量出週期性波形(如正弦波)在乙個週期內的時間偏移量。參考波形通常選用的是系統內部不同節點處的相同訊號或不同通道的相關訊號。裝置輸入/輸出相位和通道間相位是兩種最常見的相位測量方法。相移會根據頻率不同而變化,所以通常會用多個頻率或以掃頻的方式得出相位響應圖。

通常情況下相位相位差對電平不敏感,所以設定dut的輸出電壓高於本底雜訊且不失真即可,而通道間的相位差會歲頻率的變化而變化,因此為了全面反映相位差資訊通常進行掃頻測量。

動態範圍是指裝置能夠處理的最大訊號與最小訊號的比值。這個概念容易與「訊雜比」的概念混淆,那麼二者有什麼區別呢?可以理解,小於雜訊幅度的訊號是無法正確還原的,但是有的裝置能夠在無訊號或訊號特別低時從某些環節將雜訊連同小訊號切除,從而得出更好的訊雜比指標(這就是「動態降噪」的基本原理)。這時實質上還是無法正確處理小訊號的,而動態範圍的測量就可以避免這樣的人為優化。動態範圍的測量是用乙個小訊號(一般用

-60db/1000hz

的正弦波)輸給裝置,然後濾除訊號,測量其餘頻率的雜訊和諧波水平,再用最大訊號與之相比,結果就是動態範圍。可以預見動態範圍一般要低於訊雜比,但在沒有特殊電路或軟體處理雜訊的情況下,一般二者差距不大,可以互相參考。

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