高 傳 真 測 試 規 範 www.allion.com 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 圖 ( 一 )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
圖 ( 二 ) SYS-2722 連 結 方 式 和 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
圖 ( 三 ) 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 ll vfshr 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
圖 ( 四 ) 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
圖 ( 五 ) 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
圖 ( 六 ) 全 頻 的 THD+n 測 試 結 果 www.allion.com 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 圖 ( 七 ) 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 圖 ( 八 ) 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
圖 ( 九 ) 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 圖 ( 十 ) 截 取 自 Microsoft 官 方 對 Third Party 實 驗 室 的 介 紹 文 章 提 供 : 百 佳 泰 股 份 有 限 公 司 技 術 部 副 理 周 彥 光