使用 APx 音频分析仪进行开环音频测试-电子发烧友网

在本文中，我们将讨论开环音频测试的一些挑战，并介绍 APx500 软件中可用于简化这些测试的资源。

闭环测试与开环测试

首先，一些定义：我们使用“闭环”这一术语来指代一种经典的音频测试方法，即由音频分析仪生成的高质量音频激励信号输入到被测设备（DUT）中，分析仪的输入部分在一次连续操作中立即获取并分析被测设备的输出信号。在分析过程中，输出信号和输入信号之间的任何延迟（通常很小）都会被消除。闭环测试可以用于任何能够立即传递音频的设备，包括功率放大器、音频转换器（DAC、ADC、SRC）、扬声器、麦克风、混音台等。

我们使用“开环”这一术语来指代一种测试，在这种测试中，音频信号不会被生成、通过被测设备（DUT）并进行连续分析。开环测试对于某些类型的音频设备是必需的。例如，仅用于播放的设备（如蓝光播放器、媒体播放器、媒体流设备等）没有音频输入接口，因此激励信号必须作为数字音频文件存在于被测设备（或存储介质）中，或者在连接的服务器上。另一个例子是录音设备，其“输出”是数字音频文件，而不是传输到输出接口的信号。许多设备——尤其是个人电脑、平板电脑和智能手机——既可以作为播放设备，也可以作为录音设备。对于这些设备，必须分别测试录音和播放功能。

第三类需要进行开环音频测试的设备是广播网络（包括传统无线电和电视，以及媒体流应用）。在这种情况下，系统的输入和输出在物理上相隔很远，因此需要使用开环测试技术。

闭环测试本质上比开环测试要简单得多。在闭环测试中，音频分析仪的分析部分“知道”正在生成什么信号以及信号何时出现。而且，发生器和分析器部分可以协同工作以达到最佳效率。例如，在阶梯扫频中，每当发生器切换频率或电平时，都可能产生瞬态信号。为了处理这些瞬态信号，分析器部分会使用稳定时间，以确保在信号稳定后才进行测量。在闭环测试中，一旦取得稳定读数，分析器就会立即通知发生器进入下一步，从而减少测试时间。在开环测试中，这种协调是不可能的。此外，某些开环测试需要一个导频音或触发信号，以便分析器能够正确地在输入信号中定位被测设备（DUT）的响应。

为播放创建测试信号

测试设备的播放功能需要在设备（或播放介质）上放置一个高质量的已知音频信号。像电平（Level）、增益（Gain）、频率（Frequency）、总谐波失真加噪声（THD+N）、串扰（Crosstalk）等基本音频质量指标可以使用正弦波信号进行测量。更复杂的测试可能需要使用阶梯频率扫描信号、粉红噪声等。为了方便创建测试信号，Audio Precision 提供了一个名为 APx 波形生成工具的 Windows 应用程序，可以从 AP.com 网站免费下载（需要账户）。这个小型程序（小于 700 KB）可以以多种采样率、通道数和位深度生成一些有用的音频测试信号的 .wav 文件（见图 1）。许多测试信号是为与 APx 软件中内置的测量功能配合使用而设计的。例如，该工具生成的频率扫描信号会被包含在 APx 阶梯频率扫描测量功能所识别的扫描列表中。如果您的分析仪具有数字输入/输出功能，您也可以在 APx 中生成信号，并通过数字环回记录下来，以创建高质量的 .wav 文件。

图 1. 音频设备录音功能的开环测试

对于频率响应测量，APx 软件有几种测量方式：(1) 可以在开环配置中使用，(2) 需要特定的激励信号：阶梯扫频(Stepped Frequency Sweep）,多音分析（Multitone Analyzer）,连续扫频（Continuous Sweep）和声学响应（Acoustic Response）。为了方便，这些测量方式内置了生成激励信号的.wav 文件的功能。注意：传递函数测量（Transfer Function）也可以用于开环频率响应测量，但它无法创建.wav 文件，因为它可以使用任何宽带激励信号（如噪声、音乐、语音等）。

测试播放功能

在图 2 中展示了对音频设备播放功能进行开环测试的过程。在这种情况下，被测设备（DUT）的输出连接到音频分析仪的输入。步骤如下：

1. 配置信号发生器并保存激励信号的.wav 文件。

2. 如果需要，对.wav 文件进行编码（注意：某些设备无法直接播放.wav 文件；可能需要将文件编码为.mp3 格式等）。

3. 将激励信号文件复制到 DUT 上。

4. 在 APx500 软件中开始分析。

5. 从被测设备播放测试信号。

6. 音频分析仪从被测设备获取信号并进行分析，以生成音频质量指标。

图2. 音频设备播放功能的开环测试

在普通房间中测试声学播放设备（例如 Wi-Fi 音箱或智能音箱）时，需要额外的步骤。此时，最好选择 APx 声学响应测量功能 (Acoustic Response)，该功能可以对脉冲响应 (Impulse RespoInse) 进行窗口处理，以消除房间反射。所需的额外步骤是在信号获取后设置时间窗口。

测试录音功能

为了测试设备的录音功能，设置基本上与播放功能相反。在这种情况下，音频分析仪的信号发生器连接到被测设备（DUT）的输入端，而分析仪的输入“连接器”设置为文件 File (Digital Units)，意味着输入信号将来自一个.wav 文件。分析仪发出的输入信号由被测设备录制到文件中，然后由音频分析仪进行分析。该过程如图 3 所示，步骤如下：

1. 在音频分析仪准备好生成激励信号后，开始对被测设备进行录音。

2. 启动信号发生器。

3. 当信号记录完成后，停止记录过程。

4. 保存录音文件并将其复制到运行 APx 软件的电脑上。

5. 如果信号不是.wav 文件（例如是.mp3 格式），则对其进行解码。

6. 将测量指向上述步骤中传输的.wav 文件。

7. 在 APx 测量中分析输入文件。

对于声学设备，可能需要一些额外的步骤。例如，假设信号是由一个人工嘴（一种特殊扬声器，具有规定的开口尺寸以生成语音信号）产生的。在这种情况下，需要额外的步骤来校准人工最，并使其输出均衡，以获得平坦的频率响应，从而准确地再现语音信号。