《電子技術(shù)應(yīng)用》
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平板裝置音質(zhì)表現(xiàn)大比拼
摘要: 隨著平板裝置這一年多來在消費電子產(chǎn)品市場的火速竄紅,越來越多不論是傳統(tǒng)電腦或是手機廠商都紛紛投入這塊領(lǐng)域積極開發(fā),而這項產(chǎn)品也成為越來越多現(xiàn)代人隨身攜帶的配件之一,從網(wǎng)頁瀏覽、閱讀電子書、社群互動、收發(fā)郵件到游戲消遣等多種功能應(yīng)用,儼然已在許多人的生活中扮演了密不可分的角色。
Abstract:
Key words :

  隨著平板裝置這一年多來在消費電子產(chǎn)品市場的火速竄紅,越來越多不論是傳統(tǒng)電腦或是手機廠商都紛紛投入這塊領(lǐng)域積極開發(fā),而這項產(chǎn)品也成為越來越多現(xiàn)代人隨身攜帶的配件之一,從網(wǎng)頁瀏覽、閱讀電子書、社群互動、收發(fā)郵件到游戲消遣等多種功能應(yīng)用,儼然已在許多人的生活中扮演了密不可分的角色。

  目前市面上的平板裝置五花八門,命名方式從Tablet、Pad到Slate等不一而足,事實上,若是依據(jù)實際的架構(gòu)與應(yīng)用方向來看,可以簡單區(qū)分為媒體平板(Media Tablet)與PC型平板(PC Tablet)兩種類型。所謂的媒體平板,顧名思義是以多媒體資料的處理為核心應(yīng)用,包括像是收聽音樂、即時視訊、觀看線上影片、游戲娛樂等等,使用方式較為簡易直覺,像是iPad的產(chǎn)品定位就可以被歸屬于媒體平板這個類型;至于PC型平板則是近似于一般傳統(tǒng)電腦的設(shè)計架構(gòu),在硬體規(guī)格上更接近電腦的配置,而能滿足更多元的工作任務(wù)需求,但也因此在使用行為上更為復(fù)雜。不過值得注意的是,不論是媒體平板或PC型平板,多媒體影音播放的這項功能都是不可或缺、也持續(xù)是各廠商的開發(fā)重點。

  然而市面上的平板裝置規(guī)格五花八門,其硬體規(guī)格包括處理器、記憶體、儲存容量、鏡頭像素等,消費者都能輕松查詢、選擇自己想要的規(guī)格,但提到與多媒體影音娛樂最直接相關(guān)的“音質(zhì)”表現(xiàn),則多半難以從其表面規(guī)格衡量該產(chǎn)品是否真能帶給使用者所喜好的音效聆聽體驗。我們知道音質(zhì)是影響使用者觀感的一大重點、更是消費者難以自行判斷選擇的,因此為協(xié)助大眾更明了目前市面上平板裝置的音訊品質(zhì),百佳泰(Allion Test Labs, Inc)在此特別揀選了六款較具代表性的平板裝置,包括目前所有市面上的主流操作系統(tǒng)版本,透過各種音質(zhì)測量方式進行評比,包括有Apple出產(chǎn)的iPad與iPad 2、華為的IDEOS S7、Motorola的XOOM、Acer的A500與Asus的TF101,為將本文焦點聚焦于測試方式與實際的觀察發(fā)現(xiàn),所有受測產(chǎn)品的測試結(jié)果將以僅以代號方式顯示。

音質(zhì)測試概念釋疑

  在實際的測試上,我們使用音頻分析測試系統(tǒng),并依據(jù)現(xiàn)實生活中可能遇到的實際使用情況,設(shè)計出各種不同的測試情境,以進行受測產(chǎn)品音源訊號在各種測試項目上的測量觀察、再根據(jù)測量結(jié)果來作音訊品質(zhì)的比對與進一步分析,詳細(xì)的測試項目及測試情境包括有:

測試項目

  1.最大輸出不失真測試(Full Scale Test)

  2.動態(tài)范圍測試(Dynamic Range Test)

  3.全頻總諧波失真加噪聲測試(THD + n vs. Frequency Test)

  4.頻率響應(yīng)測試(Frequency Response Test)

  5.串音測試(Crosstalk Test)

  6.聲道平衡度測試(Gain Ratio between Channel Test)

  7.聲道相位差測試(Interchannel Phase Difference Test)

測試情境

  1.44K音頻輸出(44K Audio Only)

  2.48K音頻輸出(48K Audio Only)

  3.44K藍(lán)牙音頻輸出(44K Bluetooth Audio Only)

  4.44K音頻及影像輸出(44K Audio & Video)

  5.音量控制(Volume Level)

  為協(xié)助讀者更具體了解每個測試項目所代表的意義,以下僅就各個測試項目進行說明,以更清楚各項測試背后的邏輯及重點:
1. 最大輸出不失真測試(Full Scale Test)

  這個測項主要是在確認(rèn)受測產(chǎn)品在不失真的情況下的最大輸出電壓,并觀察是否產(chǎn)生截波現(xiàn)象。輸出電壓會影響產(chǎn)品可輸出的最大音量,也就是會左右推動負(fù)載(像是耳機)的能力,當(dāng)輸出電壓不足或是超出產(chǎn)品工作范圍限制而導(dǎo)致推力不佳時,便會使得播放出來的音質(zhì)顯得生硬而干扁、或是截波(Wave Clipping)而造成聲音失真的現(xiàn)象。

2. 動態(tài)范圍測試(Dynamic Range Test)

  這個測項主要是在了解受測產(chǎn)品的音質(zhì)干凈程度。所謂的動態(tài)范圍所要量測的便是原始音頻與背景噪訊的相對差距,以及噪訊在頻域上的分布情形。訊噪比(Signal to Noise Ratio,SNR)指的是訊號與噪訊的比例(SNR=Psignal/ Pnoise),由于產(chǎn)品在輸出聲音頻號的同時也會同時輸出雜訊,因此,訊噪比越高就代表雜訊越小,音質(zhì)越干凈;反言之訊噪比低則代表雜訊較大較多,因而直接或間接的影響到原始訊號的音質(zhì)和音色。

3. 全頻總諧波失真加噪聲測試(THD + n vs. Frequency Test)

  諧波失真(Total Harmonic Dist ortion)是一種非線性失真(Nonlinear Distortion)的結(jié)果,指的是輸入音頻經(jīng)過受測裝置處理后在原始訊號頻率倍數(shù)位置產(chǎn)生的非原始的訊號,稱之為諧波。諧波失真的發(fā)生會使聲音頻號的品質(zhì)下降、以及一些音頻細(xì)節(jié)的損失,而當(dāng)諧波失真過大時則會相當(dāng)程度改變原始的音色。諧波失真產(chǎn)生的主因可能來自主動元件(例如CODEC、Amplifier)或被動元件(例如Capacitor、Ferrite Bead)等。而這個測項便是在觀察受測產(chǎn)品諧波失真及噪訊在頻域分布的情形,而由于音源在透過藍(lán)牙傳輸時受到的高頻干擾較大,因此在此測試情境下我們設(shè)定了不同標(biāo)準(zhǔn),以符合實際情境。

 

4. 頻率響應(yīng)測試(Frequency Response Test)

  圖二 頻率響應(yīng)示意圖,可見在高頻處的訊號衰減

  頻率響應(yīng)(Frequency Response)指的是一個裝置重現(xiàn)原始音頻的精度,也就是完整復(fù)制(重播)原始音色的能力。在實際的測試上需透過輸入一個振幅不變而頻率變化的訊號,觀察其輸出端的響應(yīng),若是頻率響應(yīng)功能不佳,則會影響到裝置重現(xiàn)聲音頻率范圍的能力。好的頻率響應(yīng)能力,是在不同頻率點都能輸出穩(wěn)定的訊號,不過由于在高低頻訊號重建困難,所以在這兩個頻段通常都會出現(xiàn)衰減現(xiàn)象。這個測試項目主要就在量測聲音在各個不同頻率的位準(zhǔn)并評估其漣波值(Passband Ripple)是否平順、以及觀察受測產(chǎn)品在高頻與低頻時的音頻重現(xiàn)能力,通帶漣波值代表的是音頻震蕩的幅度,峰值與谷值間的距離越接近,代表漣波值越平穩(wěn)。

  圖三 左右聲道音場示意圖

  5. 串音測試(Crosstalk Test)

  串音(Crosstalk)是指來自不同聲道的干擾噪訊和原始訊號的比值,由于左右聲道相位不同,因此串音有可能造成聲道分離度不足、音場模糊、而無法準(zhǔn)確定位原始訊號要傳達(dá)的訊息。。因此這個測試項目主要就在觀察受測產(chǎn)品防治串音的能力,以及評估其聲道分離度(Channel Separation)。

  6. 聲道平衡度測試(Gain Ratio between Channel Test)

  左右兩聲道的輸出電壓不同時,會影響到立體聲的平衡度、造成音場偏左或偏右,而使發(fā)出的聲音產(chǎn)生落差,這個測試項目就在檢視兩聲道間輸出電壓的差異和比值。
7. 聲道相位差測試(Interchannel Phase Difference Test)

  兩聲道的相位差距過大時,會造成音像定位不準(zhǔn)確而導(dǎo)致聲音模糊,而這個測試項目就在觀察兩聲道相位間的時間延遲(時間差),時間差越小就代表相位差越小、音像定位越準(zhǔn)確。左右聲道的時間差會直接影響到正確的聲音相位,由于不同相位的互相抵消原理,因此會對原始音頻產(chǎn)生很大的影響。

平板裝置音質(zhì)測試結(jié)果分析

  在了解了前述基本的測試?yán)碚摶A(chǔ)之后,我們便可根據(jù)不同的測試情境進行測試執(zhí)行與結(jié)果分析,本次測試所設(shè)計的五個情境,都是百佳泰根據(jù)我們的專業(yè)測試經(jīng)驗,挑選出五個最具代表性、也是在一般消費者生活中最常見的可能使用情境,包含了對本機DAC的音質(zhì)量測、不同音源格式的量測、透過藍(lán)牙傳輸?shù)牧繙y、影音同時播放的量測、以及音量控制的安全性驗證等。同時,由于各個測試情境的環(huán)境條件不相同,因此在不同的測試情境中,即使是執(zhí)行相同的測試項目,我們也設(shè)定出不同的評斷標(biāo)準(zhǔn),以符合實際使用環(huán)境的要求。在下列圖表中,數(shù)字越大者代表分?jǐn)?shù)越佳、表現(xiàn)越好,以下便是在各個測試情境下所測得的測試結(jié)果。

  1.44K音頻輸出(44K Audio Only)

  44K是音頻播放所常見的采樣率,因此也是常見的使用情境,像是一般的音樂CD都是采用44K采樣率,因此大多數(shù)的使用者將CD轉(zhuǎn)為MP3時會延用原始的44K設(shè)定來避免二次采樣。這個測試情境是在觀察在44K音頻輸出時,受測產(chǎn)品本機DAC/ AMP的表現(xiàn)能力。

  在總共八項的測試評量項目中,有其中兩個受測品(B及D)的整體表現(xiàn)為最佳,其余四者則水準(zhǔn)各有落差,受測品B并在總諧波失真這個項目表現(xiàn)最為突出,可惜的是觀察到串音變大的現(xiàn)象,至于受測品F則在高頻頻率響應(yīng)衰減明顯,連帶導(dǎo)致漣波值過大,而受測品C則是在總諧波失真、聲道增益與相位差等三個項目較需改進,從表二簡單的評量結(jié)果便可看出,這六臺平板裝置產(chǎn)品在音質(zhì)處理能力的迥異。

  2.48K音頻輸出(48K Audio Only)

  48K也是另一個音頻播放所常見的采樣率,主要應(yīng)用在影像串流和DVD上,由于44K與48K兩者取樣頻率不同,因此在相同裝置上播放也可能會有不同的表現(xiàn)。這個測試情境是在觀察在48K音頻輸出時,受測產(chǎn)品本機DAC/ AMP的表現(xiàn)能力,我們選擇了在44K與48K音頻輸出可能會產(chǎn)生差異的五個測試評量項目來進行實際的測試。

  從表三可以 看出,受測品A與B在五個測項中的表現(xiàn)與前一個測試情境(44K音頻輸出)相似,但其余四臺受測品則在總諧波失真這個項目的表現(xiàn)則明顯產(chǎn)生落差,失真程度較為嚴(yán)重,為什么會普遍出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象呢?由于這四臺受測品均是采用Android操作系統(tǒng),而Android的原始碼是預(yù)設(shè)為會對48K音源進行重取樣(Re-sampling)成44K,因此會造成明顯諧波失真的現(xiàn)象。由此觀之,Android系統(tǒng)會對48K音源進行重取樣而影響音質(zhì)的現(xiàn)象并未被相關(guān)廠商注意到,也才會使這樣的問題普遍出現(xiàn)在不同品牌的Android平板裝置中。

 

  3.44K藍(lán)牙音頻輸出(44K Bluetooth Audio Only)

  藍(lán)牙在目前已是各種行動裝置不可或缺的規(guī)格之一,檔案傳輸以及即時音頻串流都是經(jīng)常被應(yīng)用的方向。由于透過藍(lán)牙音頻傳輸?shù)扔诶盟{(lán)牙發(fā)送器(Bluetooth transmitter)進行輸出的動作,因此這個測試情境就是在觀察藍(lán)牙傳輸會不會對音質(zhì)產(chǎn)生影響,總共有五個測試評量項目。

  從表四的測試結(jié)果可以看出,雖然受測品C在前面兩個測試情境中表現(xiàn)不甚突出,但在透過藍(lán)牙傳輸時,反而是在所有受測品中表現(xiàn)最佳、最無失真影響的裝置,由此便可歸納出受測品C所選用的藍(lán)牙發(fā)送器在音頻處理的能力上較其他受測產(chǎn)品來的優(yōu)秀。從上述的例子我們也可以了解到,任何一個零組件的選用都有可能大大影響到最終的產(chǎn)品品質(zhì)功能,因此透過完善的前期驗證測試與比對,選擇出最合適的零組件是至關(guān)重要的課題。

  4.44K音頻及影像輸出(44K Audio & Video)

  除了單純的音頻播放外,影片的播放也是常見于平板裝置的應(yīng)用中,因此這個測試情境就是在觀察產(chǎn)品同時處理影音頻號時,本機DAC/ AMP的音質(zhì)表現(xiàn)能力,共有六個測試評量項目。在與第一個測試情境(44K音頻輸出)比較后可以發(fā)現(xiàn)到,加上了影像檔的播放后,受測品A出現(xiàn)了串音變大的現(xiàn)象,受測品E則產(chǎn)生較多的諧波失真,相較之下受測品B與D則是不論是否加入影像檔播放,都能維持相同的音質(zhì)表現(xiàn),因此可以得知在實際的影音娛樂享受(同時播放音頻與影像)上,這兩臺產(chǎn)品能提供較穩(wěn)定的聲音效果。

  5.音量控制(Volume Control)

  除了前述的幾個測試情境外,另外一個必須注意的便是音量大小的控制,由于過大的音量會造成對使用者聽覺上的損害,因此設(shè)計這個測試情境的重點就在觀察受測產(chǎn)品的各個可能聲音來源是否能輸出較接近的音量大小。試想,當(dāng)使用者原本正在觀看網(wǎng)路串流影片,突然轉(zhuǎn)而聆聽本機中存放的音樂時,音量若是突然變大許多,極有可能會造成使用者聽覺上的不適,長此以往嚴(yán)重者更可能造成對聽力的危害。因此,廠商在設(shè)計上,便應(yīng)注意到對不同聲音來源的音量大小控制。

  在這個測試情境中我們便列出四種可能聲音來源,來量測所產(chǎn)生的輸出音量,并進一步比較這四種來源間音量的差距,差距越小代表越不會對使用者產(chǎn)生音量差異的沖擊。根據(jù)表六可以看出,以受測品C的音量差距為最小,僅有30.3mV,受測品在播放44K本機音頻檔與播放Youtube內(nèi)容時差距最大,達(dá)到104 mV,這樣的差距就有可能對使用者在音源切換時造成聆聽時的不舒適。


追求好用、好看也”好聽”的平板裝置

  從前述的測試結(jié)果可以觀察到,我們這次選擇的六臺平板裝置出現(xiàn)的音質(zhì)狀況各不相同,像是有的受測品在本機DAC就產(chǎn)生明顯失真,有的則是在透過藍(lán)牙傳輸時影響音質(zhì),有的是因為軟體設(shè)計重采樣而導(dǎo)致音質(zhì)降低、有的則在播放影片檔時失真變大,也有在處理不同音源時音量差異過大而影響使用者感受。

  這些狀況背后的原因各有不同,有可能是由于硬體的選擇不適當(dāng),像是DSP(數(shù)位訊號處理器,Digital Signal Processor)、DAC(數(shù)位類比轉(zhuǎn)換器,Digital to Analog Converter)、線纜、或其他主動、被動元件或擴大線路的影響;也可能是因為軟體面的問題,像是前面提到的Android系統(tǒng)原始設(shè)計會對48K音源進行重采樣所造成的問題,而廠商未能注意并加以修正;此外,裝置軟硬體間的整合不當(dāng),也會造成使用者感受上的極大差異。這些所有潛在的問題風(fēng)險,都需要靠多樣化的測試情境設(shè)計,并經(jīng)過反復(fù)的測試驗證,才能找出問題所在、進而改善并提升品質(zhì)。

  百佳泰多年來在專業(yè)測試領(lǐng)域不斷鉆研,專精于各種不同產(chǎn)品項目的客制化測試與驗證分析,也積極將研究方向拓展到更多更新的技術(shù)領(lǐng)域,以平板裝置這項晚近才推出的新式產(chǎn)品為例,百佳泰便積極投入研發(fā),目前已能提供從軟體到硬體的全面性整合驗證。本文僅以”音質(zhì)”這項常被一般大眾忽略的重要功能為例,點出在目前市場上平板裝置所會出現(xiàn)的音質(zhì)問題,希冀能作為相關(guān)廠商在開發(fā)時的一個參考指標(biāo),不論是媒體平板或是PC型平板,相信音質(zhì)表現(xiàn)都是影響產(chǎn)品 在多媒體效能的重要環(huán)節(jié),而也唯有持續(xù)推動這項產(chǎn)品的技術(shù)進步、成熟,才能讓消費者享受到更好、更方便的產(chǎn)品。

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