音频设备常见测试指标及测试方法

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音频设备常见的测试指标主要有电平(Level)、频率响应(FR,FrequencyResponse)、总谐波失真加噪声(THD+N)、信噪比(SNR，Signal-to-noise ratio)、串扰(Crosstalk)等参数。此外还有一些诸如相位(Phase)、动态范围()等指标。

电平(Level)：音频设备测试中常用的测试电平主要有以下几种，①给定输出电平，如 1V 、1W或单位增益；②能产生固定失真的电平 , 如1% THD+N；③设备工作电平，噪声低的同时又有着合适的动态余量；④测试文档指定的输入或输出电平。测试时应根据情况的不同来选择适合的电平去测量设备,所以首先必须非常清楚自己应该使用哪种电平。

那么怎么才能找打自己应该使用的电平呢？这个要根据DUT(Device under test)的性能来说，对于增益可调的则可通过调整增益来实现输出指定的测试电平，但是固定增益的DUT就不能通过调整增益来进行了，所以在这里介绍一下固定增益的DUT如何输出指定电平。如果需要DUT输出1Vrms的信号，用AP的Signal Generator输出一个1KHz的正弦信号，将AP的Analyzer窗口中 Level单位设置为V，然后调整信号发生器的输出幅值使Analyzer中的Level值变为1V即可；对于需要DUT输出1W的测试情况，寻找输入电平的方法类似，只需将Level的单位选择为W即可；当然对于要找打1%的THD+N输入信号，则要将Analyzer窗口中的Function Reading选择为THD+N Ratio即可。

频率响应(FrequencyResponse)：频率响应测量观察的是不同频率的电平输入到被测设备后产生的输出电平，是对音频设备内的数模/模数转换器频率响应能力的一个评价标准。通常是用等幅正弦波从极低频率扫描到极高频率输入到设备，如果设备的响应非常平直，那么在频响曲线上的反映应该是所有频率的输出电平均等，轨迹线几乎无变化且斜率接近于零。最简单的全频段响应测量可以只选择要测频段内极低、极高个中间频率进行测试。如果这些频率的输入电平相同，则被测设备的输出电平代表其对这些频率的实际响应情况。

在低频与高频部分，信号的重建比较困难，所以在这两个频段通常都会有衰减的现象。输出品质越好的装置，频率响应曲线就越平直，反之不但在高低频处衰减得很快，在一般频段，也可能呈现抖动的现象。

总谐波失真加噪声(THD+N，Total Harmonic Distortion plus Noise)：谐波失真是在音频信号中多出了一些额外增加的频率信号，谐波频率是原始信号的整数倍。总谐波失真是被测设备谐波的所有测量结果总和。在有FFT之前，很难不加噪声就可以测量出自身THD的，加入噪声后就变得相对容易一些，具备了可操作性。此外，THD+N的值方便客观，从而广泛被大众接受。

THD+N会根据测量带宽的不同而发生变化，所以需要使用高通和低通滤波器来限制测量带宽，并在结果的部分标明测试时所使用的实际带宽。通常采用的带宽范围是20Hz 至 20kHz。THD+N还会随着施加信号的电平和频率的不同而产生变化。所以通常采用约1kHz 的中频信号以及标准工作或*输出电平来测量设备。

串扰(Crosstalk)：在多通道的音频系统中通常会发生一个通道的信号以低电平的形式泄漏到另外一个通道里的情况，这种跨通道泄漏的信号被称之为串扰，其通常表述为泄漏信号和原始信号之间的比率，串扰在实际设备中非常难以被消除干净。

串扰主要是设备通道导体之间电容耦合的结果，并且通常表现出随频率上升而增加的特性。串扰结果通常只是单一的数字。然而,对设备进行扫频测试可以客观反映其在工作带宽内的实际串扰性能。

那么如何在AP上测试音频设备的Crosstalk呢？为保证DUT的两信道有相同的对地输入阻抗，必须将DUT两个信道分别接入AP信号输出端口A和B，当要测试A 受到B的串扰时时，则在AP信号发生器中关闭通道A，只打开通道B，并在Analyzer窗口中选择Crosstalk功能选中通道A，就可以直接读出该定频输入下串扰大小，当然输入扫频信号也可以在全频带内进行扫频测试Crosstalk。

信噪比(Signal-to-noise ratio)：噪声水平的大小往往这取决于你的信号有多大，信噪比(SNR)正是这种设备性能的具体反映。输入信号通常为设备的标准工作电平或最大不失真输出电平。使用最大不失真输出电平测出来的信噪比结果也称为动态范围，因其描述了被测设备的两个极端性能数值。动态范围对于数字设备有些不同的含义。其通常用负的分贝值表示。

在传统的信噪比测量方法里，需要进行两次测量以及少许运算。 首先控制AP（或DUT的增益）找到使DUT的THD+N达到1%失真点的电平作为参考电平，通过按键F4将参考电平设置到AP中，之后关闭发生器，将读数单位设置为dBr就可直接读取SNR。在测试SNR时尤其要注意用滤波器限制测量带宽。

相位(Phase)：在音频行业中，相位测量指的是以参考波形为基础来测量出周期性波形(如正弦波)在一个周期内的时间偏移量。参考波形通常选用的是系统内部不同节点处的相同信号或不同通道的相关信号。设备输入/输出相位和通道间相位是两种最常见的相位测量方法。相移会根据频率不同而变化，所以通常会用多个频率或以扫频的方式得出相位响应图。

通常情况下相位相位差对电平不敏感，所以设置DUT的输出电压高于本底噪声且不失真即可，而通道间的相位差会岁频率的变化而变化，因此为了全面反映相位差信息通常进行扫频测量。

动态范围(Dynamic Range)：动态范围是指音响系统重放时最大不失真输出功率与静态时系统噪声输出功率之比的对数值，又指一个多媒体硬盘播放器输出图像的最亮和最暗部分之间的相对比值。一般性能较好的音频设备动态范围在100dB以上。

 

动态范围是指设备能够处理的最大信号与最小信号的比值。这个概念容易与“信噪比”的概念混淆，那么二者有什么区别呢？可以理解，小于噪声幅度的信号是无法正确还原的，但是有的设备能够在无信号或信号特别低时从某些环节将噪声连同小信号切除，从而得出更好的信噪比指标（这就是“动态降噪”的基本原理）。这时实质上还是无法正确处理小信号的，而动态范围的测量就可以避免这样的人为优化。动态范围的测量是用一个小信号（一般用-60dB/1000Hz的正弦波）输给设备，然后滤除信号，测量其余频率的噪声和谐波水平，再用最大信号与之相比，结果就是动态范围。可以预见动态范围一般要低于信噪比，但在没有特殊电路或软件处理噪声的情况下，一般二者差距不大，可以互相参考。