如何使用AP525测试泰凌硬件的音频指标(一) —— 基本音频参数简介

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声音存在于生活每个角落,是人们认识世界的一个重要途径。为了更具象化的了解声音,人们使用各种名词来对它进行描述,比如频率响应、采样频率、位深、声压、THD+N等等。通过音频测试仪器,可以将声音通过具体数据或曲线表现出来,辅助人们更合理的去评估一个音频系统是否满足要求或是为满足要求需要怎样去优化。Audio Precision(AP)是目前很多音频从业者信赖的测试工具,后续将基于AP525及泰凌 TLSR9518A EVB介绍音频相关的测试。

本篇文章主要梳理测试中频繁遇到的音频参数:

采样率(Sample Rate)

位深(Bite Depth)

频率响应(Frequency Response)

平均电平(RMS Level)

增益(Gain)

底噪(Noise Level)

信噪比(SNR)

总谐波失真+噪声(THD+N)

延迟(Delay)

1.采样率

ADC采样率:每秒钟可以采集并转换模拟信号的次数,它决定了声音的还原质量和自然度。采样率越高,采集、保留到的声音细节就更多,后期还原的声音就越真实、自然。由于人耳的听觉范围大概是20Hz ~20kHz,所以从理论上来说采样率大于40kHz就能涵盖人耳所能听到的音频范围,生活中常看到的44.1kHz、48kHz采样音频都是无损音频。

DAC采样率:每秒从信号中提取的信号的个数,决定了可输出的最大频率分量。

2.位深 

音频的位深决定了所能表示的动态范围,比如16位ADC动态范围=20*lg(2^16/1)≈96dB,24位ADC动态范围=20*lg(2^24/1)=144dB。所以位深越大,动态范围更大,即可记录更多关于电平幅度的细节,最终还原的声音也更真实。

下图红点采样幅度,位深16时可以被区分开,位深12时则无法被区分。

图1 不同位深采样

3.频率响应

对于音频设备,频率响应可以理解为音频设备对不同频率信号的处理或重现。对于音频信号频率,一般关注20Hz~20kHz范围。理想情况下,输入幅度相同的不同频率信号,过音频设备后输出幅度也是相同的,就是趋于一条直线。实际应用中音频器件频响并非平坦的、或是根据需要的效果将频响曲线调整成不同风格的“曲线”。

图2 理想频响曲线

图3 调整的频响曲线

4.平均电平

数字或模拟信号经过音频系统后输出的信号幅度。

5.增益

模拟或数字信号经过音频系统后,系统对信号的放大或衰减程度。通常对于ADC和DAC路径,会有对应的模拟增益和数字增益可供调整。

图4 ADC 路径增益

图5 DAC路径增益

6.底噪

音频系统输出的背景噪声强度,是音频系统中除有用信号以外的总噪声。

本底噪声较大时,可以听到明显的“沙沙”噪声或是“雪花”音;

当电源或射频等其他干扰信号引入特定频率信号时,会听到对应频率杂声

图6 底噪频域示意

7.信噪比

音频信号中有用信号强度与噪声信号强度的比值。单位dB,是用来衡量音频音质好坏的重要参数。如果信噪比过低,那么噪声可能对音频信号产生干扰,实际体验就会感觉音质模糊、音乐或通话人声的清晰度降低。所以如果追求高音质、高清晰度,那么信噪比是必须要参考重要指标。

图7 主频信号与底噪

8.谐波失真+噪声

总谐波失真(THD_Total Harmonic Distortion)是指信号在测量频率范围内的所有谐波的能量占主频信号能量的百分比,用于描述信号谐波强弱。

THD+N就是在THD的基础上增加了底噪,可以通过一个参数来评估谐波和底噪信号的强弱。谐波和底噪对于音频系统都是“无益”信号,只要其中有一个比较差,就都可以从THD+N上监控到。

图8 THD+N较差信号频域示意图

9.延迟

音频信号输入音频系统到音频系统输出所需要的时间。实际音频产品中,延迟越小对游戏、视频这种对延时比较敏感应用的体验就越好。

图9 音频系统延迟示意




责编: 爱集微
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