Audio-Precision及音频测量介绍20090702解析.ppt

1,AudioPrecision及音頻測量介紹,部門:ECME-SME主講人:陳愛民分機:560-34015日期:Jul.022009,2,内容大綱,音頻接口的類型AudioPrecision基本知識介紹PC音頻測試的重要參數SME的音頻測試能力,3,3.5mm立體聲接口,3.5mm立體聲接口又叫做小三芯接口，這是我們目前看到的最主要的接口，絕大部分消費類聲卡（包括板載聲卡）都在使用這類接口。右圖為小三芯接口的公頭。,4,3.5mm立體聲接口(續),3.5mm接口提供了立體聲的輸入輸出功能，因此一般來說支持5.1的聲卡（6聲道）或音箱來說，就需要3個3.5mm立體聲接口來接駁模擬音箱（32聲道=6聲道）；7.1聲卡或音箱就需要4個3.5mm立體聲接口（42聲道=8聲道），以此類推。爲了適應不同的設備需求，同類的接口目前能看到的有三個尺寸規格，分別是2.5mm、3.5mm和6.22mm接頭。2.5mm接頭在手機類便携輕薄型産品上比較常見，因爲接口可以做的很小；3.5mm接口在PC類産品以及家用設備上比較常見，也是我們最常見到的接口類型；6.22mm接頭是爲了提高接觸面以及耐用度設計的模擬接頭，常見于監聽等專業音頻設備上。,6.22mm接頭,3.5mm接頭,2.5mm接頭,5,3.5mm立體聲接口(續),藍色：音頻輸入端口，可將MP3、錄音機、音響等的音頻輸出端通過雙頭3.5mm的音頻綫連接到電腦，通過電腦再進行處理或者錄製。綠色：音頻輸出端口，用于連接耳機或2.0、2.1音箱。粉色：麥克風端口，用于連接到麥克風。黑色：後置環繞喇叭接頭，在四聲道/六聲道/八聲道音效設置下，用于可以連接後置環繞喇叭。橙色：中置/重低音喇叭接頭，在六聲道/八聲道音效設置下，用于可以連接中置/重低音喇叭。灰色：側邊環繞喇叭接頭，在八聲道音效設置下，用于可以連接側邊環繞喇叭。,6,RCA模擬音頻接口,RCA接頭就是常說的蓮花頭，利用RCA綫纜傳輸模擬信號是目前最普遍的音頻連接方式。每一根RCA綫纜負責傳輸一個聲道的音頻信號，所以立體聲信號，需要使用一對綫纜。對于多聲道系統，就要根據實際的聲道數量配以相同數量的綫纜。立體聲RCA音頻接口，一般將右聲道用紅色標注，左聲道則用藍色或者白色標注。,7,平衡模擬音頻接口,與RCA模擬音頻綫纜直接傳輸聲音的方式完全不同，平衡模擬音頻（BalancedAnalogAudio）接口使用兩個通道分別傳送信號相同而相位相反的信號。接收端設備將這兩組信號相减，干擾信號就被抵消掉，從而獲得高質量的模擬信號。平衡模擬音頻通常采用XLR接口和大三芯接口。XLR俗稱卡儂頭，有三針插頭和鎖定裝置組成。由于采用了鎖定裝置，XLR連接相當牢靠。大三芯接口則采用直徑爲6.35毫米的插頭，其優點是耐磨損，適合反復插拔。平衡模擬音頻連接主要出現在高級模擬音響器材或專業音頻設備上。,8,平衡模擬音頻接口(續),大三芯插头,XLR接口,帶有XLR和RCA同軸接頭的音箱,9,TRS平衡接口,TRS平衡接口能提供平衡輸入/輸出。TRS的含義是Tip（signal）、Ring（signal）、Sleeve（ground）。分別代表了該接口的3個接觸點（其實與6.22mm接口一樣）。TRS平衡接口除了具有和6.22mm接口一樣的優點耐磨損外，還具有平衡口擁有的高信噪比，抗干擾能力强等特點。對于一個真正的TRS平衡接口來說，其成本將是非平衡的2倍多。因此采用TRS平衡接口的設備一般是高檔設備，只有在2000元以上的專業卡上才可以看到。,10,S/PDIF接口,S/PDIF（Sony/PhilipsDigitalInterface，索尼和飛利浦數字接口）是由SONY公司與PHILIPS公司聯合制定的一種數字音頻輸出接口。S/PDIF接口是一種標準，同軸數字接口和光纖接口都屬于S/PDIF接口的範疇。,11,S/PDIF接口-數字同軸接口,數字同軸（DigitalCoaxial）是利用S/PDIF接口輸出數字音頻的接口。同軸綫纜有兩個同心導體，導體和屏蔽層共用同一軸心。同軸綫纜是由絕緣材料隔離的銅綫導體，阻抗爲75歐姆，在裏層絕緣材料的外部是另一層環形導體及其絕緣體，整個電纜由聚氯乙烯或特氟綸材料的護套包住。同軸電纜的優點是阻抗穩定，傳輸帶寬高，保證了音頻的質量。雖然同軸數字綫纜的標準接頭爲BNC接頭，但市面上的同軸數字綫材多采用RCA接頭。,BNC接頭,BNC-RCA接頭,RCA同軸線纜,12,S/PDIF接口-光纖接口,光纖（Optical）以光脉衝的形式來傳輸數字信號，其材質以玻璃或有機玻璃爲主。光纖同樣采用S/PDIF接口輸出，其特點是帶寬高，信號衰减小，常常用于連接DVD播放器和AV功放，支持PCM數字音頻信號、Dolby以及DTS音頻信號。,13,内容大綱,音頻接口的類型AudioPrecision基本知識介紹PC音頻測試的重要參數SME的音頻測試能力,14,AP-2722的幾種音頻接口,XLR接口,BNC接口,S/PDIF光纖接口,AP公司及產品系列,AudioPrecision公司是全球最大的音頻測試儀器制造商，創立于1984年，總部位于美國俄勒岡州，現主要產品為APx500系列、2700系列、ATS-S2和P1系列。其中APx500、2700和ATS-S2系列屬于電腦控制測試系統，而P1系列屬于便攜式的測試儀器。首先來看一下應用比較普遍的2700系列。它包括四種型號可供選擇：2722A：2通道雙模擬/數碼領域，帶DSP功能音頻分析儀（美國杜比公司測試DigitalDolby/AC-3的標準型號）2720A:2通道數碼音頻分析儀（不帶模擬功能）2712A:2通道模擬音頻分析儀帶DSP功能2702A:2通道模擬音頻分析儀（注A:帶APIB接口和AP2700控制軟件；介面卡：PCI或PCMIAG:帶GPIB接口）,15,16,SYS-2700系列,SYS-2700系列是一部和電腦連接工作的多功能音頻綜合測試儀器。具備以下特點：真正的雙領域（DualDomain）模擬/數碼處理；獨立的高精密度模擬信號源和分析儀，完全和數碼信號處理器（DSP)分開，避免了互相干擾和對高保真的苛刻要求；最新AP2700控制軟件（APWIN兼容）能在Win98或XP下運作；通過程序編制，完成多功能自動檢測、圖像曲線顯示、FFT頻譜分析、多音頻測試（Multitone），MLS信號測試和實時控制等等。,AP儀器與電腦主機的連線圖,17,控制AP的主機,AP的信號產生端,AP的信號接收端,18,SYS-2700系列,模擬分析：能測試電平，電平比率，頻率，相位，THD+N失真(-112dB),互調失真，噪聲，帶通幅度，串音干擾，抖動。DSP模擬和數碼：全功能2通道音頻分析儀，FFT頻譜分析儀，Multi-tone多音測試儀，諧波(THD,HD)分析儀和MLS聲器測試儀。數碼分析：達到單通道192kHz采樣功能，全功能界面協議分析，模仿衰減和抖動信號源；能測試脈沖幅度，上升和下降時間，抖動幅度和頻譜，共態模式幅度，取樣速度，同步到輸出延遲，比特活動，字節寬度，狀況字節，接口波形顯示，眼圖顯示邊緣參數，抖動圖像，FFT抖動頻譜分析和眼圖。高超規格表演：低失真：模擬域低失真1kHzTHD+N,20kHz帶寬小于等于-112dB;數字信號源失真/噪聲小于等于-160dB低噪聲：模擬分析儀22Hz-22kHz帶寬小于等于-118dBu；A加權小于等于-124dBu高帶寬：模擬信號源204kHz，分析500kHz；FFT頻譜/Multi-tone多音頻測試儀120kHz,19,低串音干擾：模擬輸入小于等于-140dB、輸出小于等于-120dB平坦度：模擬域20Hz-20kHz典型0.03dB低抖動：700Hz-100kHz帶寬小于等于600ps；50Hz-100kHz小于等于1.0nsFFT采樣：多至4兆樣本（87秒在48kHz采樣時）SYS-2700系列選件杜比數字信號源選件編程串連界面匹配器各種標準濾波器加權、高通、低通、帶通、帶阻等各種電纜線等等,SYS-2700系列,20,内容大綱,音頻接口的類型AudioPrecision基本知識介紹PC音頻測試的重要參數SME的音頻測試能力,21,A-D-PC的測試參數,FullScaleInputVoltage(FSIV滿刻度輸入電壓)SampleFrequencyAccuracy(SFA採樣頻率精准度)FrequencyResponse(FR頻率響應)TotalHarmonicDistortion(THD+N縂諧波失真+噪音)DynamicRange(SNR:Signal-to-NoiseRatio動態範圍信噪比),22,PC-D-A的測試參數,FullScaleOutputVoltage(FSOV滿刻度輸出電壓)SampleFrequencyAccuracy(SFA採樣頻率精准度)FrequencyResponse(FR頻率響應)TotalHarmonicDistortion(THD+N縂諧波失真+噪音)DynamicRange(SNR:Signal-to-NoiseRatio動態範圍信噪比)NoiseLevelDuringSystemActivity（噪音水平值）,23,FullScaleInputVoltage(A-D-PC),Full-scaleinputvoltageistheinputvoltagelevelthatwillcausetheA/Dconverteroutputtobejustequaltofullscale,withnoclippingoneitherpositiveornegativepeaks.輸入一段模擬正弦波信號，對其進行采樣、量化、編碼轉化成數字信號。能夠使這段數字正弦波正好是滿刻度(達到最大的采樣位數33554432），在正負兩個頂點處沒有任何損耗的輸入電壓。,24,FullScaleOutputVoltage(PC-D-A),Outputfullscaleisdefinedasthevoltageproducedattheoutputwhileplaying(PC-D-A)a997Hzdigitalfull-scalesinewave.播放一段997Hz的数字满刻度正弦信号，轉化成模擬音頻信號后在输出端得到的电压值。输出满幅,一般定义为,把PC音量调节到最大幅度时候的输出电压值,单位Vrms,但是要求THD+N小于1%,否则就找到1%点,定义为FSOV,一般PC的要求10k负载的时候,需要达到1Vrms以上.然后把FSOV定义为0dB值。,25,FrequencyResponse(A-D-PCPC-D-A),Frequencyresponseisthevariationinsignallevelasthefrequencyisvaried.Amplitudelimitsoramplitudecorners(Ac)arerequiredtodefinefrequencyresponseandareusuallyeither1dBor3dB.FRistestedovertheaudiobandwidthof20Hzto20kHz.频响范围包括频率范围和频率响应。频率范围是指最低有效声音频率到最高有效声音频率之间的范围，单位为赫兹（Hz）。频率响应是指将一个以恒定电压输出的音频信号与系统相连接时，它产生的声压随频率的变化而发生增大或衰减以及相位随频率而发生变化的现象。频率响应的单位是分贝（dB），其值越小，表明失真越小。,26,TotalHarmonicDistortionplusNoise(A-D-PCPC-D-A),TotalHarmonicDistortion(THD)istheratiooftheamplitudeofthesignalharmonicstothetestsignalamplitude.MorecommonlyusedtoindicateTHDisameasurementknownasTotalHarmonicDistortionplusNoise(THD+N),whichmeasuresboththeharmonicsandthenoisepresentintheoutputsignal.由于各音頻接口的放大器存在着一定的非线性,导致音频信号通过放大器时产生新的各次谐波成分,由此而造成的失真称为谐波失真。谐波失真使声音失去原有的音色,严重时使声音变得刺耳难听。该项指标可用新增谐波成分总和的有效值与原有信号的有效值的百分比来表示,因而又称为总谐波失真。,27,DynamicRange(A-D-PCPC-D-A),DynamicRangeistheratioofthefullscalesignalleveltothenoiselevel,inthepresenceofsignal,expressedindBFS.ThisspecificationisgivenasanabsolutenumberandissometimesreferredtoasSignal-to-NoiseRatio(SNR)inthepresenceofasignal.動態范圍在音頻中指的就是滿刻度信號值和噪音值的比值，通常被當作音頻信號的信噪比。,28,CrosstalkBetweenSignalChannels(PC-D-A),Crosstalkistheleakageofinformationfromonechanneltoanother.串擾是音頻在傳輸過程中一些信號從一個通道泄露到另一個通道中的現象，通常用泄漏到另一通道中去的電平与這條通道内的信號電平之差表示。,29,NoiseLevelDuringSystemActivity(PC-D-A),Thepurposeofthistestistomeasureanydegradationinthenoiseflooroftheaudioplaybackorrecordpathduringtheactivityofthemouse,keyboard,display,diskdriveorCD-ROMdrive.在錄音或者放音的過程中所有的外圍設備引起的噪音值，如鼠標、鍵盤、顯示器、磁盤驅動器等外圍設備。,30,FrequencyAccuracy(A-D-PCPC-D-A),A-D:用待測PC用某一采樣率（假設為48KHz）錄制一段正弦波音頻信號，在錄制過程中用一個采樣率正好為48KHz的頻率測量儀量測在997Hz點處的采樣率實際是多少，該數值與48KHz的偏移百分數即為SFA。D-A:在待測的PC上播放一段預先已經設定正好為某一采樣率（假設為48KHz）的正弦波，在播放的過程中用一個采樣率正好為48KHz的頻率量測儀量測在997Hz點處的采樣率實際是多少，該數值與48KHz的偏移百分數即為SFA。,31,内容大綱,音頻接口的類型AudioPrecision基本知識介紹PC音頻測試的重要參數SME的音頻測試能力,32,SME實驗室目前擁有一臺AudioPrecisionSYS-2722音頻測試儀，能夠對聲卡、PC等的音頻輸入輸出接口進行Performance測試，測試項目在上一節有所提及，即FSOV,FSIV,DR,FR,THD+N,CrossTalk,SFA等一系列參數，除此以外，該儀器還能進行Microsoft關于AudioCodec的WHQL測試。首先來介紹一下測試各類輸入輸出音頻接口Performance的測試解決方案。,SME的音頻測試能力,33,PC音频接口的测试,測試儀器及軟体:1.AudioPrecisionSYS-2722(簡稱:SYS-2722)XLRcable(公頭與母頭各條)與XLR轉體聲接頭x2APIBCable與PCMCIA控制卡地線x1香蕉端子負載(11K,32與320各個)內接麥克風插頭轉體音接頭轉接治具體聲接頭(音源對線或耳機接頭)2.控制Audioprecision的機台(控制機台)x1(用PCMCIA控制卡與APIBcable)在控制機台安裝APWIN軟體(AP2700)與PCMCIA控制驅動程式.複製相關的測試*.at27檔案到控制機台.3.USB音效卡:SoundBlasterAudigy2NX與相關配件(USB線,光纖線),34,PC音频接口测试的設備需求,35,PC放音（D-A）測試,36,AudioPrecision,DigitalOutput,AnalogInput,PCAudioLineOut,USB聲卡,USBOutput,S/DIFInput,VAC虛擬Cable,信號流程圖(放音PC-D-A),D-A,USBHUB,A,A,D,D,D,D,D,D-D,A,A,37,配置AudioRepeater和Set0dB裝置,放音測試的軟件設置,38,1%THD+N,FSOV及SFA測試圖,39,FR測試圖,40,THD+N測試圖,41,DR測試圖,42,NoiseLevel測試圖,43,CrossTalk測試圖,44,音頻接口錄音測試方法,測試條件硬件要求：AudioPrecision、音頻傳輸線、USB聲卡、S/PDIF光纖導綫是測試時必須的器材；軟件要求：Apwin測試軟件、VirtualAudioCableAudioRepeater、Set0dB工具HDQA.exe。,45,PC音频錄音（A-D）測試,46,AudioPrecision,AnalogOutput,DigitalInput,PCAudioLineIn/Mic,USB聲卡,S/DIFOutput,USBInput,VAC虛擬Cable,信號流程圖(錄音A-D-PC),A-D,USBHUB,A,A,A,A,D,D,D,D,D,D-D,47,錄音測試的軟件設置,48,FSIV測試圖,49,SFA測試圖,50,FR測試圖,51,THD+N測試圖,52,DR測試圖,53,測試參數的標準,音頻接口的WHQL測試,通過微軟的DTM軟體控制，可以自動測試參考電平、失真、動態範圍、頻率回應、採樣精准度、分離度、雜訊、相位。也可以進行手動測試如下項目：DtoA數字至模擬AtoD模擬至數字AtoA模擬至模擬（Linein/Micin）A/D-PC-D/A全路徑,54,WHQL測試連線圖,55,56,AP其它測試儀器介紹,1.APx585系列以圖形的方式提供正確的測試連接方法；選擇不同的信號連接路徑，模擬和數字不同的連接組合；8個信號源輸出和8個通道輸入分析儀，平衡與非平衡方式，還有數字AES/EBU和SPDIF/Toslink光纖輸出輸入接口；軟件提供了非常方便的操作