高保真測(cè)試規(guī)范

Microsoft 于2007年6月1日開始強(qiáng)制要求系統(tǒng)廠商如果想要拿到Vista 的Logo，就必須通過(guò)Windows Logo Program（WLP3.0X）中針對(duì)聲音質(zhì)量的規(guī)范SYSFUND-0118(Premium)，SYSFUND-0127(Basic)。

因此業(yè)界首次有了針對(duì)電子/計(jì)算機(jī)產(chǎn)品訂下聲音質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，也因?yàn)镸icrosoft在產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)地位使其能成為廠商愿意配合和改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的聲音規(guī)范。

圖1：Microsoft規(guī)范的八項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容

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

這家位于美國(guó)奧勒岡州的專業(yè)聲音測(cè)試儀器公司是在1984年時(shí)一群原本任職于泰克的工程師所創(chuàng)立，其開發(fā)的儀器也是首先使用計(jì)算機(jī)圖型界面來(lái)取代傳統(tǒng)老式表頭型式的儀器，其產(chǎn)品不只多年來(lái)廣受各家消費(fèi)性電子廠商指定使用，同時(shí)也是美國(guó)杜比實(shí)驗(yàn)室的長(zhǎng)期合作廠商，目前杜比所推出的各項(xiàng)認(rèn)證測(cè)試也大多指定其儀器做為訊號(hào)測(cè)量的專用設(shè)備，其在專業(yè)聲音訊號(hào)測(cè)量的領(lǐng)域的地位可以說(shuō)是全世界公認(rèn)的首席公司。

SYS-2722是一臺(tái)二聲道的多功能的聲音測(cè)量?jī)x器，本身除了聲音的分析之外還支持最高達(dá)192KHz的聲音產(chǎn)生器以及俱備了大部份數(shù)字模擬的輸出和輸入界面。儀器本身無(wú)任何控制功能，必需連接至計(jì)算機(jī)透過(guò)專有的軟件來(lái)做控制，目前大部份的消費(fèi)性?shī)蕵?lè)產(chǎn)品廠商都會(huì)利用此來(lái)測(cè)試產(chǎn)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(cè)試。

圖2：SYS-2722連結(jié)方式 和AP2700控制界面

WLP規(guī)定了八項(xiàng)聲音輸出質(zhì)量的測(cè)試以及聲音輸入、麥克風(fēng)輸入和耳機(jī)輸出的測(cè)試。而目前Microsoft 提供的自動(dòng)測(cè)試使用之Test Kits (DTM)，提供了其中五項(xiàng)測(cè)試支持聲音輸出的測(cè)試。

倘若開發(fā)人員想要了解自己的產(chǎn)品是否能符合Windows Logo Program里所訂定的所有的規(guī)范，除了利用Test Kits控制儀器來(lái)自動(dòng)完成某些項(xiàng)目外，還需利用AP SYS-2722儀器來(lái)手動(dòng)測(cè)量其它目前Test Kits未支持的項(xiàng)目。

圖3：DTM目前支持的測(cè)試項(xiàng)目

什么是Audio Performance?

本文章的目的，就是帶著大家一項(xiàng)一項(xiàng)的去了解每一個(gè)測(cè)試，雖然無(wú)法見文就上手，最起碼能夠有一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)。所謂的Fidelity Test 或是Audio Performance 在PC上而言，簡(jiǎn)而言之就是測(cè)試他的D/A，A/D 轉(zhuǎn)換的質(zhì)量，牽渋到板子上電容引起的失真和其它任何引起噪聲的原因。整體來(lái)說(shuō)通過(guò)了任何可能性的不良影響后，被轉(zhuǎn)換的聲音訊號(hào)輸出的質(zhì)量，便稱乎這個(gè)輸出的質(zhì)量為該產(chǎn)品的Audio Performance，也就是Microsoft 所稱的Fidelity。

認(rèn)識(shí)測(cè)試項(xiàng)目

Full Scale

Full Scale 又叫最大輸出電壓，整個(gè)圖表會(huì)呈現(xiàn)一個(gè)連續(xù)的曲線，在聲音訊號(hào)的領(lǐng)域里我們通常會(huì)定義0dB 為最大音量的定義，而通常0dB也等于1V電壓，因此在規(guī)范當(dāng)中則定義了產(chǎn)品最大的輸出要超過(guò)0dB / 1V。雖然是說(shuō)最大輸出電壓，但嚴(yán)格說(shuō)起來(lái)應(yīng)該是最大不失真的輸出電壓，因?yàn)楦鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)，許多的產(chǎn)品到了最大輸出時(shí)，他的波型上緣和下緣會(huì)有被砍掉的情形，也就是所謂的截波，產(chǎn)生了非線性失真的情形。這時(shí)他的最大輸出是不被認(rèn)可的，反而要調(diào)低音量到無(wú)截波情形時(shí)才能決定他的最大不失真的能力。 

圖4：連續(xù)波型上不能有任何截波，不然上下看起來(lái)是方型的。

在此項(xiàng)測(cè)試時(shí)，我們會(huì)從待測(cè)物輸出一個(gè)0dB 48KHz Sample Rate 1KHz 的聲音然后輸入到儀器去分析。之后調(diào)整計(jì)算機(jī)的音量到最大，看是否有諧波失真（有關(guān)諧波失真后述），接著放低音量到諧波失真率低于0.2后，顯示在屏幕上的電壓值即為此產(chǎn)品的Full Scale，此值必須記錄下來(lái)，后續(xù)的測(cè)試都會(huì)用到。

另外一個(gè)測(cè)試項(xiàng)目〔Sampling frequency accuracy〕通常也會(huì)在此時(shí)同時(shí)測(cè)到，測(cè)試信號(hào)的Sample Rate 在進(jìn)入D/A前后的精準(zhǔn)度并比較信號(hào)原本的Sample Rate和實(shí)際測(cè)量到的比值，通常會(huì)用第一個(gè)測(cè)試的信號(hào)一起測(cè)試，Microsoft 規(guī)范為0.02%。

THD+n

Total Harmonic Distortion with Noise也就是總諧波失真加上噪音值。

其原理在于當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)換輸出時(shí)，在原信號(hào)會(huì)有非線性的失真也就是會(huì)額外加上非原始的信號(hào)成份。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，當(dāng)我們輸入1KHz的訊號(hào)時(shí)，就有可能在其倍數(shù)如2K,4K 會(huì)額外多出非原本訊號(hào)的不正常信號(hào)。

圖5：只有1K部份是原始的訊號(hào)，其它倍數(shù)部份都是諧波。

此不正常的諧波當(dāng)然也就會(huì)影響原始信號(hào)的重現(xiàn)，此項(xiàng)測(cè)試為檢測(cè)諧波的增益對(duì)比上原始訊號(hào)的差異值，假設(shè)原始訊號(hào)為0dB，諧波最大為-60dB，則諧波相對(duì)于原始訊號(hào)的距離為60dB。

在做此測(cè)試時(shí)，我們?cè)贔ull Scale測(cè)到的值就會(huì)在此被采用為參考值也就是當(dāng)做最大輸出信號(hào)。

而此項(xiàng)測(cè)試采用的信號(hào)一般來(lái)說(shuō)習(xí)慣采用-3dB 1KHz 的信號(hào)來(lái)做為實(shí)際測(cè)量信號(hào)，然后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(cè)試比原始廠商要求的還要嚴(yán)格，他要求的不是只有1KHz的訊號(hào)量測(cè)而是在全頻的信號(hào)下做量測(cè)，也就是20Hz – 20KHz 分成31個(gè)頻段，所得到的值會(huì)有31個(gè)，再取最差的值，所以稱為THD+N VS Frequency。

此測(cè)試的規(guī)范為相對(duì)于Full Scale 必須大于或等于80dB。

圖6：全頻的THD+n測(cè)試結(jié)果

Dynamic Range

動(dòng)態(tài)范圍是指最大的輸出信號(hào)相對(duì)最小信號(hào)（噪聲）的差異值，也可以用來(lái)量測(cè)信號(hào)噪音的大小跟正常信訊的差異值，所以一般也可以用來(lái)測(cè)量信噪比（Signal to Noise Ratio）。

這個(gè)測(cè)試的量測(cè)是以輸入-60dB 1KHz 的信號(hào)，原則上-60dB的值是用來(lái)確認(rèn)信號(hào)是存在的情況之下來(lái)量測(cè)他的噪聲，而且-60dB也可以避免諧波失真的不確定因素。

這項(xiàng)測(cè)試目前是使用1KHz 單頻來(lái)做測(cè)試訊號(hào)，而不做全頻的原因在于訊號(hào)過(guò)小無(wú)法被儀器鎖定，所以必須固定在1KHz 來(lái)做測(cè)試。全頻測(cè)試便需要做31個(gè)不同頻段的聲音檔，然后固定住每一個(gè)頻段來(lái)做測(cè)試。

本規(guī)范在此項(xiàng)測(cè)試的要求為大于或等于90dB。

此項(xiàng)和另一個(gè)測(cè)試項(xiàng)目「Noise Level during system activity」可以合并討論，和Dynamic Range最大的不同是「Noise Level during system activity」輸入的信號(hào)雖然同樣也是-60dB但是在信號(hào)中的LSB Bit 0 當(dāng)中會(huì)存放數(shù)據(jù)使得Codec會(huì)一直處于工作的狀態(tài)。

Interchannel Phase Delay

測(cè)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(hào)波型變化的位置，以度為單位，二個(gè)Channel在信號(hào)進(jìn)入和輸出時(shí)是否會(huì)彼此產(chǎn)生不同步是此測(cè)試的重點(diǎn)。

此量測(cè)是以-20dB Multitone 做為輸入訊號(hào)（Multition為全頻同時(shí)發(fā)聲而非階梯式發(fā)聲）

直接使用儀器的Phase Meter取得角度，再經(jīng)由公式可換算成時(shí)間。

圖7：取得角度值后可換算成時(shí)間

Microsoft 在此項(xiàng)測(cè)試定義的規(guī)范則較為彈性，在全頻之下30度或是12.5 microseconds 那一個(gè)單位下的值比較好就采用那一個(gè)值。

Cross-talk

這是在測(cè)試串音，串音的意思就是測(cè)試聲道的分離度，例如左聲道的聲音不應(yīng)該跑到右聲道，右聲道也不該跑到左聲道，但在計(jì)算機(jī)聲音輸出習(xí)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(xiàng)測(cè)試，我們應(yīng)該準(zhǔn)備二個(gè)不同的Mono檔案，一個(gè)是全頻31階-20dB但只有左聲道，另一個(gè)則只有右聲道，當(dāng)在測(cè)量時(shí)，儀器本身的Cross-talk測(cè)試功能會(huì)去檢查有聲音的那個(gè)聲道，和另一個(gè)沒(méi)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(cè)試需要跑二次，一次是左聲道對(duì)比上右聲道，另一次則相反。

圖8：Cross-talk 的結(jié)果圖表

Microsoft在此項(xiàng)測(cè)試訂的規(guī)范為大于或等于60dB。

Magnitude Response

這項(xiàng)測(cè)試就是以前大家所熟知的頻率響應(yīng)，測(cè)試信號(hào)在各頻段的增益差別。

圖9：Magnitude Response 結(jié)果圖表示意圖

從上圖中我們可以看到整個(gè)測(cè)試結(jié)果的頻段分成二個(gè)部份，一個(gè)是Transition band，另一個(gè)是Outside Transition band，天藍(lán)色的線條代表是信號(hào)的曲線，紅色的部份則是限制范圍，用來(lái)表示曲線值正確與否，我們可以看到信號(hào)在高低頻部份開始變的不穏定而且跑出紅線范圍之外，我們稱那是一個(gè)轉(zhuǎn)態(tài)帶(Transition band)的開始，在這項(xiàng)測(cè)試有三個(gè)點(diǎn)要觀察，(1)在Pass band（Outside transition band）內(nèi)是否平順，其漣波值（Ripple）是否在紅線范圍之內(nèi)；(2)在Transition band的結(jié)束點(diǎn)是否合乎規(guī)范；(3)信號(hào)進(jìn)入Transition band后是否合乎單一方向性的持續(xù)向外延伸，不能又回到紅線曲域里，業(yè)界稱此為「Monotonic」。

Microsoft 在這項(xiàng)測(cè)試的規(guī)范為Ripple值要在正負(fù)0.25dB也就是在紅線范圍內(nèi)，最高頻處不能差異大于1dB, 低頻處差異不能大于3dB。

第三方測(cè)試實(shí)驗(yàn)室

以上介紹就是目前最主要的八項(xiàng)測(cè)試，這八項(xiàng)測(cè)試可以看出您的產(chǎn)品的Fidelity，即大陸所說(shuō)的保真度和我們談的高傳真，意指和原始訊號(hào)的還原度。

整體來(lái)說(shuō)測(cè)試所花費(fèi)的時(shí)間雖不多，但在測(cè)試環(huán)境的建構(gòu)以及所需投入的資金與人力卻不少，開發(fā)廠商還需面對(duì)錯(cuò)誤的修正所耗費(fèi)的時(shí)間成本。

現(xiàn)在大環(huán)境已準(zhǔn)備就緒，國(guó)際大廠也準(zhǔn)備好了，不知你的產(chǎn)品準(zhǔn)備好了嗎?若還沒(méi)準(zhǔn)備好，不妨參考Microsoft網(wǎng)頁(yè)上所提供的可支持Audio Fidelity 測(cè)試的Third-Party信息，以選擇最事半功倍的測(cè)試方式。

圖10：截取自Microsoft 官方對(duì)Third Party 實(shí)驗(yàn)室的介紹