Audio Precision是美国AP公司生产的一种音频分析仪。
Audio Precision的原理精髓在于adjustment,换句话说,AP的高精度某种程度上是基于算法的,而不是简单的堆砌components。
我讲这样一个简单的例子便于大家理解。冷战时期美国可以通过先进的材料技术等做出高性能的飞机,而苏联飞机为了达到同样的性能,需要做大量的零部件然后靠运气找到其中刚好能够满足性能要求的零部件。单纯靠大批量生产零件特调再堆料也许对这种高新武器适用,但对于商用量产产品是不现实的,这会使得成本几何倍数增长并且不一定能够满足要求。
一个系统由很多零部件组成,每个零件都有误差。例如电容、电阻等电子元器件都有所谓的%公差范围。那么当一个系统中的电子元器件越来越多,由于各个零部件的公差就会导致最终的系统误差越来越大,最终限制了系统的精度。对于音频分析仪,也就是一些例如THD和信噪比等测试指标的极限。但是如果能找出每个零部件的偏差,并且按照某种方式进行互补,就可以抵消不同零件之间的误差,从而达到更高的精度。
当然,实际原理比我讲的复杂很多,我这里只是简要讲解。
至于电声测试的原理,即便是最基础的性能指标其实也有很多种不同的测试原理,并且有着不同的使用场合和意义。
频响测试其实可以分为多种原理:
Acoustic Response和Continue Sweep是基于Chirp测试的。简单来说是采用连续变化的信号,通过比对输入和输出信号的差异计算出频响曲线。这种测试方法的优点是测试速度快,缺点是测试精度受到测试时间一定程度的影响,如果测试时间过短可能导致测试结果出现偏差或者不稳定。并且对于蓝牙产品等带有延迟的DUT如果设置不当测试结果可能存在误差。并且这种测试只能进行闭环测试不能进行开环测试。
对于AP音频分析仪的Acoustic Response和Continue Sweep的区别,主要在于前者是针对声音信号测试的,后者是针对电信号测试的。Acoustic Response相比于Continue Sweep有更灵活的FFT时间窗设置界面,可以在一定程度上提取有反射房间内的直达声或者分析不同延时的早期反射声。如果配合麦克风指向性频响补偿EQ,可以比较高效的分析房间内的直达声和反射声。这一点在我前段时间的小房间声学测试演讲中有更详细的解释。
与基于Chirp测试的Acoustic Response和Continue Sweep不同,Step Sweep是基于定频OCT步进扫频测试的。其大致原理是播放一定时间的定频保持信号,抓取一定周期(AP默认是3个周期)内的平均值或者hold值,即为该频点对应的系统输出幅值。Step Sweep的优势在于可以进行开环测试(AP会自动生成触发音握手信号),并且测试结果通常比基于Chirp测试的更稳定。缺点是测试速度慢,测试精度高的情况下测试速度会进一步变慢,并且测试结果为稳态测试结果,对于一些带有算法或者复杂的音频系统,可能与实际效果存在差异。
此外还可以通过Pink Noise进行频响测试。这种测试通常需要进行多次平均,测试的是整个系统对通带全频带的稳态频响。
另外一种大的分类则是RTA和FFT,FFT可以通过修改时间窗实现分离部分声音的功能。但是由于时域和频域精度互斥的原因,通常无法完全通过FFT分离全频带的声音,一般来说2kHz已经是比较极限的值。
虽然是最基本的频响曲线,但也有多种不同的测试方法,每一种都有其适应的场合和产品。要使用对应的测试方法才能获得更准确和有意义的测试结果。这并不是我在AP学习到的,而是几年前一位雅马哈大师教会我的。实际上我三年前的文章回答中就有所提及的,只不过基本上不会有人去真的在意这些内容,一些人只不过是把AP当作一个权威的背书。
AP购买时会附赠一本七八百页的说明书,很多东西其实在里面已经解释的很详细了。但据我观察,基本上没有人看这本说明书,更别说看完了。
至于AP测试的意义,可以大致按照研发和生产制造分类。对于产线测试,相对来说比较容易理解,就是使得量产的产品与Golden sample之间的一些测试指标的公差被控制在一定的范围内。当然,产线测试还有更现实的需求,即测试仪器的稳定性和测试速度/效率/自动化程度。有些高要求的公司会在产线上使用大量的AP分析仪,也许这听上去不可思议,因为这样做要花很多很多钱,但确有其事。
而对于研发,AP测试会帮助工程师判断产品的性能,是否达到预期或者调整曲线至目标曲线等等。并且不同的产品需要不同的测试类型和指标。这个话题非常大,如果想要进一步了解,可以去关注一下AP公司官方举办的研讨会和各种教程,这里篇幅有限就不展开讲解了。