手机音频测试系统的设计.doc

手 机 音 频瞿潮庆 1测 试 系张宇星 2统 的 设 计周子炜 12012031. 上海市计量测试技术研究院 上海2. 上海大学 机电工程与自动化学院 上海 200072摘 要：手机的音频质量与人耳的健康息息相关, 国内市场的手机音频检测设备大都从国外进口，成本十分昂贵。 着重对手机音频检测的方法进行探讨，研制一套能测试手机音频质量的设备。关键词：手机 音频检测 三维模型中图分类号：TH89；TN929.53Pro/E文献标识码：A文章编号：1000 4998 (2012) 08 0061 03在手机检测的各项技术指标中， 手机的音频性能是一项重要的技术指标， 它反映了手机语音信号质量 的好坏。 市场上的手机音频检测设备大都从国外进口， 成本十分昂贵， 国内仅有 23 家手机制造企业配有这 类手机电声测试仪。 因此，建立手机测试系统并研究其 检测方法是非常有必要的。对于移动终端的音频性能，ITU（国际电信联盟）有 相应的国际标准，如 ITU-T P.340 免提终端的传输特 性和语音质量参数，ITU-T P.501电话测量用测试信 号等。 我国也对电话机的性能制定了相应的标准，如 GB/T 7614 校准测听 耳机用宽 频带型仿真 耳 ，GB/T15279自动电话机技术条件等。 由于国内对于手机电 声测试系统的检测还是空白， 政府行政部门无法对手 机电声测试系统进行计量监督， 造成了手机电声性能 参差不齐。 手机消费者有了问题投诉以后，相关的技术 机构也没有相应的技术手段可以进行检测。 因此，对手 机电声测试系统检测方法的研究，是十分必要的。耳承平面与手柄心线 （YY）； 为手柄旋转角， 旋转轴为手柄纵向轴线（XX）。为了进行多功能测试， 笔者开发了能调整手机位 置相对于头肩模拟器的支架， 头肩模拟器的技术要求 参考 ITU-T P.58 电话测量用头肩模拟器。 上海市计量 测 试 技 术 研 究 院 声 学 实 验 室 配 备 有 德 国 HEAD 公 司 的头肩模拟器， 其头肩外形尺寸完全符合 ITU-T P.58 的要求，并带有人工嘴和仿真耳，分别符合 ITU-T P.51 和 ITU-T P.57 的要求，该款头肩模拟器也是移动通信 终端电声测试系统的一部分。结构设计与分析根据标准 YD/T 1538-2006数字移动终端音频性 能技术要求和测试方法的要求，在对电话机进行测试 时，必须要符 合响度评定 值保护环位 置（LRGP）， 因此 所设计的手机测试架也必须要满足该要求。响度评定值 保 护 环 位 置 （LRGP） 参 数 （ 见 图 1） 为 ： =22 ， =12.9 ， =136 mm，=39，=13。 为受话器耳承平面与手柄 对称平面的交线， 与受话器耳承平面中心点与人工嘴 唇 圈中心点连 线之间的 夹角； 为手柄 对称 平 面 与 头 的垂直平面的交线和手柄对称平面与耳承平面的交线 之间的夹角， 手柄的对称平面在 、 角和 线组成的 三角平面上 ； 为 耳 承 平 面 中 心 点 与 人 工 嘴 唇 圈 中 心 点的距离； 为受话器的旋转角，旋转轴为耳承垂直中12 测试系统机械部分2.1 头肩模拟器头肩模拟器是开发手机过程中必不 可少的设备 ，主要包括人头肩模型、人工嘴、仿真耳等。目前， 上海市计量测试技术研究院机械所声学实 验室已经采购了 HEAD 公司的头肩模型，并配有相应 的 人 工 嘴 和 人 工 耳 。 经 过 多 方 性 能 比 较 ， 最 终 选 用 HEAD 公 司 的 头 肩 模 拟 器 ，HEAD 公 司 的 头 肩 模 拟 器 如图 2 所示。该头肩模拟器内部装备有人工嘴与人工耳。 人工嘴实际上就是一个喇叭， 能接受信号发生器产生的信 号从而发出声音，HEAD 公司的头肩模拟器采用 4227 型人工嘴；人工耳又称为耳模拟器，是一种模拟人耳代收稿日期：2012 年 2 月Y 仿真嘴唇圈中心点仿真嘴出声孔轴线方向耳承平面中心点X对称平面的交线X话机手柄Y图 1 响度评定值保护环位置（LRGP）替人耳接听声音的测量装置，主要由麦克风、声学耦合腔、可移除垫圈及高低泄漏耳组成，HEAD 公司的头肩 模拟器采用 4195 型宽频带仿真耳。4195 型人工耳的技术参数如下：传输范围：320 000 Hz动态范围：110 dB4227 型人工嘴的技术参数如下：传输范围：1008 000 Hz最大负载：20 W（sina）, 50W（music）阻抗：4 该 头 肩 模 拟 器 的 尺 寸 大 小 为 450 mm 400 mm 180 mm（不加支撑座），重 5.4 kg，适用环境温度：065，储存环境温度：-4080 。本 课 题 研 究 是 基 于 上 海 计 量 测 试 研 究 院 购 置 的 HEAD 公司头肩模拟器， 在此基础上开发出一套手机 音频测试系统，满足对手机音频测试的需要。2.2 支架底板本 系 统 需 要 采 用 HEAD 公 司 的 头 肩 模 拟 器 来 测 试，该头肩模拟器底部有一块矩形的金属板（如图 3）， 因此需设计满足此金属板尺寸的支架底座， 如图 4 所 示。手机支架底板结构比较简单， 中间留有一个矩形 通孔，与头肩模拟器底部金属板的尺寸配合，可将头肩 模拟器刚好镶嵌在该矩形孔中，实现水平面上的定位。 该底板一边有一组手机支架定位孔， 从而实现手机支 架主体部件的安装。 该底板形状简单，加工方便，能满 足手机音频性能测试的需求。动自由度的主体支架，如图 5 所示。头肩模拟器有肩部高度，本方案中，从支架底板上 伸出了两个支撑杆， 支撑杆与支架底板之间采用螺钉 连接。 一根横梁水平地安装在两个支撑杆上，用来支撑 上面的零件。旋转关节采用阻尼装置， 可使各关节旋转到任意 角度后保持静止。 每个旋转关节处都装有一个角度传 感器，用来感知旋转角度。为了保证整个手机支架在旋转过程中保持稳定 ，头肩模拟器上方安装有一滑轮机构和导轨， 分别如图6 和图 7 所示。 在支架转动过程中， 滑轮在导轨中滑 动， 从而保证了装置旋转的稳定性。 需要指出的一点 是，导轨的半径与滑轮的旋转半径相等。该手机支架只有一个 X 轴方向的移动自由度，且 水平移动轨迹处于头肩模拟器的中心平面上。 为了测 得手机与头肩模拟器的人工耳之间的压力大小（ITU- T P.64 中规定为 213 N）， 在水平移动的套筒内装有 压力传感器， 手机与人工耳之间的压力由该压力传感 器感知。2.4 手机夹具手机夹具的设计既要将手机夹持住， 又不能影响 测试时手机的性能，还不能挡住手机的听筒和话筒。1） 手机夹紧装置。 由于手机的尺寸大小不一，为 了使所设计的手机夹具能适应大部分手机， 需要设计 与之相配合的夹紧装置，该装置能在尺寸上进行变化， 所设计的水平夹紧装置如图 8 所示。夹紧装置如图 9 所示。 它们旋向相反，这样能保证 在旋转水平调节旋钮时，两个滑动基座运动方向相反， 从而保证对手机的夹紧与松开。2） 夹具整体结构。 水平夹紧装置的作用是保证能 在水平方向上对手机进行夹持，保证手机能平稳放置， 所设计的手机夹具如图 10 所示。在水平夹紧部件的基础上开发出的手机夹具，底板与上压板上有半径相同的半圆形槽， 安装时将水平2.3支架主体由于测试时需要调整手机相对于头肩模拟器的位置和角度， 因此开发了能使手机不断相对头肩模拟器调整位置的主体支架。 空间中任何物体都拥有 6 个自 由 度 ，3 个 移 动 自 由 度 X、Y、Z，3 个 旋 转 自 由 度 XY、 YZ、XZ，若 6 个自由度确定，就可完全限制一个物体的空间状态，因此设计出拥有 3 个旋转自由度和一个移机械制造 50 卷 第 576 期2012 862图 6 滑轮机构图 3 头肩模拟器底板图 2 HEAD 公司的头肩模拟器 图 4 手机支架底板 图 5手机主体支架 图 7 导轨5模块PC 机转换模块51 系列3角度传感器压力传感器53图 13 测试时主程序界面图 14 测试架人工耳校准界面图 11手机夹具装配图图 10手机夹具手机相对于头肩模拟器的位置和角度要符合响度评定值保护环位置（LRGP），因此在手机支架的机械结构部 分安装有 3 个角度传感器和 1 个压力传感器， 用来检 测手机的位置。对该 4 个传感器的数据进行采样，由于 手机支架的尺寸是固定的， 于是就可以得出手机相对 于头肩模拟器的位置。 所构建的硬件系统框图如图 12 所示。进电机驱动， 方便测试人员在半消声室外就能方便的调节手机支架的角度值； 可采用更高精度的数据采集 卡，来进一步提高精度。参 考 文 献王兴杨.CDMA2000 终端的应用测试 J. 数据通信，2005（3）：27-29.张玉凤.CDMA 手机工作原理和测 试 技 术 分 析 J. 电 信 网 技术，2005，6（6）:56-59.狄德海.WCDMA 手机音频测试J.中国测试，2009，35（1）:125-128.汪 薇 薇.CDMA 手 机 测 试 浅 析 J. 电 信 网 技 术 ，2006，10（10）:66-68.万平英.声频测量技术M.北京：国防工业出版社，2006. ITU-T P.50 Artificial VoicesS.ITU-T P.501 Test Signals for Use in TelephonometryS.ITU -T P.58 Head and Torso Simulator for TelephonometryS.YD/T 1538-2006 数字移动终端音频性能技术要求和测试 方法S.北京：人民邮电出版社，2007.葺（ 编辑 丁罡）12手机音频分析系统软件部分采用 VB 编写，能对人工耳、人工嘴进行初始校准，并对手机音频进行数据采集和测试。 主程序界面如图 13 所示。在测试前，还需对人工耳和人工嘴进行初始校准，校准界面如图 14 和图 15 所示。345678结论在该套测试系统完成后，对专用手机进行了测试， 经过相应的数据采集及处理， 并将结果与北京泰尔实 验室已有的数据进行比对， 证实该测试平台能较好地 完成测试任务，满足手机测试的需求，也能对在开发手 机过程中提高手机的音频性能有一定帮助。但是该设备还存在一定不足， 如旋转关节采用的 是手动调节，造成测试时步骤较繁琐，以后拟改进为步4976电源接口42单片机1角度传感器滤波1.水平调节旋钮 2.丝杆座 3.丝杆 4.丝杆套角度传感器电路5.滑动基座 6.防滑套 7.限位杆图 8 水平夹紧装置 图 9