音频基础及测试应用-2006.11讲解

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1、内部公开 音频基础及测试应用 籍国兴 2006.11.30 内部公开 音频基础及测试应用 一、音频基础知识 二、ACQUA系统测试应用 三、音频测试项目 四、测试与注意事项 内部公开 音频基础及测试应用 前言 音频测试主要是进行终端到终端的语音质量方面的测试 ， 客观有效的发现语音质量问题，通过量化的参数来反映问 题，语音问题例如通话噪音、通话回音、通话失真和通话 响 度等等。 对公司部分手机进行摸底检测后，发现测试出的问题 非 常多，说明前期对音频方面控制的不是很好，所以需要后 续 加强音频方面的检测，多暴露问题，研发及早进行改进， 提 高我们终端产品的通话语音质量。 内部公开 一、音频基础

2、知识 一、音频基础知识 1、声学基本概念 2、声学测试基本仪器 1、声学基本概念 声场：特定空间范围内，任何一点上空气密度的变化。 可以分为自由声场、扩散声场、半自由声场。 声波：实质上就是振动在介质（如空气）中的传播。 内部公开 一、音频基础知识 一个无限长且均匀的管子，安装一个平面活塞，此活塞在一个 周期力的作用下来回运动的情况。空气会产生“稀疏”“稠密 ”状态，向远端运动这个疏密交替状态的传播，就形成了声波 。 声功率：声源在单位时间内所辐射的总的声能量 。 声波频率：单位，Hz。人耳能听到的频率：20Hz20000Hz 人语音的频率一般在几十至4000Hz左右，唱歌则更 高。 频率越高

3、，则声音的音调越高。 声波传播速度：344m/s（常温） ， 声波长： c/f 内部公开 一、音频基础知识 声压：由声波引起，局部空气产生稠密或稀疏，压强的变化。 即当前点的绝对气压减去恒定大气压。 帕牛顿/米 （制） 微巴达因/厘米 (制） 微巴帕 大气压1.0325105 Pa（常温下） 人类的耳朵能感应声压的范围很大。正常的人耳能听到最微弱的声音叫做 听觉域，为20个Pa的压力变化，即2010E-6 Pa (“百万分之二十巴 斯卡“)。另一方面，非常噪吵的情况能產生很大的压力变化，例如一架太 空穿梭机在发出最大马力时能在近距离产生大约 2,000 Pa或2 x 10E+9Pa的噪音。 如

4、用巴斯卡(Pa)来表达声音或噪音，我们须处理小至20，大至 2,000,000,000的数字。 明显地，如用帕斯卡(Pa)来表达声音或噪音会颇為不便。故引用对数来表 示声压。 内部公开 一、音频基础知识 用对数标度来表达声音和噪音还有另一优点：人类的听觉反应是基於声音的相对变 化 而非绝对的变化。对数标度正好能模仿人类耳朵对声音的反应。 声压级（SPL）:用符号表示，其定义是：把某声压（有效值） 与参考声压的比值，取以10为底的对数，再乘以20，结 果以分贝表示。 pa，即以人耳刚能觉察的声压值作为参考值。 人耳刚能觉察的声压级为B ，声压每增加一倍，其声 压级增加B；声压每增加10倍，声压级

5、增加20B. （由于声压用Pa表示，相差倍数过大，难于表示，而且 声音响度基本与声压级有以上的对应的关系） dBPa20lg（P/1Pa） X dBPa=SPL - 94 dB 声压级与距离的关系（只作参考）： L=-20lg(r1/ro) (dB) ro为参考距离 距离增加一倍，声压级减小6 dB 声音通常以一个声压级值来描述。方法就是将所有倍频程或1/3倍频程所佔的部 份 加在一起，得出一个声压级。 内部公开 一、音频基础知识 为了对声压的大小数值，有一个感性的了解。 内部公开 一、音频基础知识 响度：是人耳对声音响轻的主观反应。 响度与振幅有关，振幅越大，声压越大则响度 也大。但人耳对不

6、同频率的声波，听觉灵敏度是不同的, 对 较低和较高的频率相对于中频稍微不敏感，对25KHZ 的 声音最敏感。 响度级：将一个声音与1000HZ的纯音作比较，当两者听感一样 响时，这个1000HZ纯音的声压级数值就是该声音的响度 级。 响度级的单位是Phon（方）。响度级相等，则听感是一 样 的。 两个响度级的声音响度关系用Sone（宋）表示，Ln为响 度 级，40方为1宋，每增加10方，响度增加一倍。 内部公开 一、音频基础知识 声级(A、B、C声级)：主观加权评价。 为了模拟人耳听觉在不同的频率有不同的灵敏度性,在声级计内设有 能够模拟人耳的听觉特性,把电信号修正为与人耳听觉近似的的网络,这

7、就是 计权网络,通过计权网络测得的声压值已经不再是客观物理量的声压级(叫 做线性声压级),而是经过听感修正的声压级,叫做计权声压级或噪声声级. A声级LA：40方曲线倒置加权，代表低声级的响度感觉，近人耳：dB(A)； B声级LB：70方曲线倒置加权，代表中声级的响度感觉，不常用：dB(B) C声级LC：100方曲线倒置加权，代表高声级的响度感觉，近线性：dB(C) 内部公开 一、音频基础知识 内部公开 一、音频基础知识 掩蔽：是两个声音同时呈现时，一个声音因受到另一个声音影 响而减弱的现象。 掩蔽效应：一个可听声由于其它声音的干扰而使听觉发生困难， 前者必须增加强度才能重新听到，这种阈限强度

8、增加的 过程和强度增加的量就叫声音的掩蔽效应。要听的声音 叫做被掩蔽音，干扰作用的声音叫掩蔽音，影响掩蔽效 果的有频率、强度因素。 哈斯效应： 指当两个声音发生时间超过50ms时，听觉上感到有回声，也叫优先效应。 内部公开 三、音频测试项目 失真：是输入信号与输出信号在幅度比例关系、相位关系及波形形 状产生变化的现象。 主要包括线形失真和非线形失真。还有编解 码时会出现量化失真等。 线性失真是指信号频率分量间幅度和相位关系的变化，仅出现波形 的幅度及相位失真，这种失真的特点是不产生新的频率分量。 非线性失真是指信号波形发生了畸变，并产生了新的频率分量的失 真。 包括谐波失真、互调失真、瞬态失真

9、等。 内部公开 一、音频基础知识 倍频程oct ：为了方便，人们把2020000Hz 的声频范围分为几个 段 落，划分的每一个具有一定频率范围的段落称做频带或频程 。 将声频范围划分为这样的频带：使每一频带的上限频率比下 限 频率高一倍，即频率之比为2，这样划分的每一个频程称1倍 频 程，简称倍频程。为了简明，每个倍频程用其中心频率，fc 来 表示： Fu 和fd，分别为该频程的上限和下限频率.如果在一个倍频程的上、下 限频率之间再插入两个频率，使 4个频率之间的比值由小到大，依次排列 。这样将一个倍频程划分为3个频程，称这种频程为13倍频程(1/3oct)， 每一个 13倍频程也用其中心频率

10、来表示。按照13倍频程的方法，可将 声频范围分为更多的频带，便于较仔细地研究。按此规律划分可产生1/12 倍频程、1/24倍频程更为精细的频带划分。 标准倍频程（1oct）频点fc（单位Hz）： 63、125、250、500、1000、2000、4000、8000、16000 所以我们整个听觉频率范围可分成8个或24个频率带，分别为倍频 程或1/3倍频程。 倍频程也符合人耳听觉特性，当声音的声压级不变而频率提高一倍时，听 起来音调也提高一倍,高8度。 内部公开 一、音频基础知识 2、声学测试基本仪器 1）人工耳：声耦合器和测量声压用的已 校准的传声器的组合体，在规定的频带内， 其声阻抗与平均人

11、耳的总声阻抗接近。 目前常用的主要有Type 1、Type3.2、 Type 3.3、Type 3.4。 耳参考点(ERP): Ear Reference Point，在的 耳道入口处定位的一点。 耳鼓参考点（DRP）:Drumhead Reference Point，在耳鼓膜处定位的一点。 内部公开 一、音频基础知识 Type1 Type3.2HighLeak Type3.2LowLeak Type1人工耳结构显示 压力场MicMic前置放大器 内部公开 一、音频基础知识 Type3.2耳分为高低 泄漏，多孔为高泄漏 左侧为Type 3.3 软耳， 右侧为Type 3.4 硬耳 内部公开 一

12、、音频基础知识 2）人工嘴：装有扬声器的闭合容器，其发声的方向性和辐射图 形与平均人嘴讲话相似。 嘴参考点(MRP)：Mouth Reference Point在人工嘴的唇位轴 向 正前方25mm处的点。 3）校准器：对MIC及人工耳进行校准用，现在使用 1000Hz10Pa 声压即114dB音源进行校准。常用的也有94dB声压级校 准 器。 校准器 内部公开 一、音频基础知识 4）麦克风：对声音进行采集并转化为电信号，根据方向性（指 麦 克风对不同角度入射的声波的回应）可以分为自由场和 压 力场MIC等，自由场可以测试自由空间声音（距离远声 源 多）如环境噪音测试，压力场可以测试比较单一进距

13、离 声 音如管内声音。 B e：ACQUA按设定的要求生成WORD文档报告，并可随时自已 定义报告格式； f： ACQUA主要通过软件实现操作； 内部公开 二、 ACQUA系统测试应用 2、测试标准依据： 国内行业主要标准： GSM:YD/T 1214-2002 电脑系统软件通过多串口卡的RS232串口对前端 MFEII进行控制; MFEII模拟前端使用IEC-2接口线与电 脑数字声卡相连进行数字信号数据传输;MFEII Mouth Amp./Microphone 前置放大模块接口分别与人工嘴及人 工耳进行连接,进行音频信号的发送与采集; MFEII通过 Channel 2 output和Ch

14、annel 1 input与CMU200 Speech 接口相连进行MFEII 与CMU200之间的数据传输. 内部公开 二、 ACQUA系统测试应用 RF测试模式简单原理框图： Cha 1 output Cha 2 input Cha 2 output Cha 1 input 内部公开 二、 ACQUA系统测试应用 内部公开 二、 ACQUA系统测试应用 5、测试设备校准 分为两类校准：电校准(electric calibration)、声校准（acoustic calibration）. 具体又分为: 1.声输入校准 (参考话筒及人工耳校准) 2.声输出校准 (嘴部均衡) 3.电输入校准

15、(CMU200 Decoder校准) 4.电输出校准 (CMU200 Encoder校准) 内部公开 二、 ACQUA系统测试应用 内部公开 二、 ACQUA系统测试应用 1）话筒校准 使用ACQUA校准：话筒与测试 话筒连接线相连并连接到MFE II(III) 上的PreAmplifier 模块上，话筒前端 插入校准器，打开校准器电源开关， 使用软件进行校准控制，校准后所 得值与校准参数值一般相差1dB 以内，只要保持稳定即可，也不可相差过大。 内部公开 二、 ACQUA系统测试应用 2）人工耳校准（Type1、Type3.2） 连接方式同话筒校准，只是把话筒换为人工耳， Type3.2 人

16、工耳前端放置相应胶套，然后插入校准器。ACQUA软件 需要设置校准参数，设置根据不同耳型并参考校准器适配 器提供的校准器输出值计算得出（校准器输出值为 114dBSPL, 则校准参数为校准器输出值减去94dB，即11494 20dBpa），校准后所得值与校准参数值相差1dB以内，只 要保 持稳定即可，不可相差过大。（Type 3.2LL、 Type 3.2HL 输 入校准参数时还需要考虑泄漏损耗，Type3.2LL 为2.4dB） 内部公开 二、 ACQUA系统测试应用 3）人工嘴的均衡 校准话筒校准合格后 可以对人工嘴进行校准，在校准话 筒上安装上话筒固定架并固定到人 工嘴上MRP位置（距人工嘴25mm 正中），关闭消音箱，在ACQUA系 统中打开Mouth Equaliz