有些人怀疑用软件环路测试的结果,认为有些软件的设计方法对测试结果进行了人为的优化。这个问题要仔细分析。一方面软件设计人员一般不会有意优化测试结果,都想尽量做到精确可信;而另一方面,计算机数字化测试是一个新生事物,相应的标准还不健全,面临的许多挑战还没有完全解决,因此存在一些问题也是可能的。
事实上现代测试仪器系统大多趋向于智能化,许多都是以专用计算机系统为核心设计的,大量应用虚拟仪器技术,广泛应用软件功能来代替传统的测试系统和测试电路。当然专门设计的计算机测试系统各方面都要严谨得多,本身就是以测试仪器的要求来设计的,这是我们业余的PC和声卡所难以比拟的。但是另一方面,由于数字信号的可靠性对硬件的依赖程度要弱得多,实际上软件的确可以很大程度地弥补测试设备的匮乏,业余设备未见得就得不到好的结果。最关键的还是正确的操作方法,其中包括正确的连接、调节、校准、数值解读等各个环节,操作者必须有充分的了解。对于模拟仪器和专业智能仪器,这个原则同样是适用的。
另外软件的计量方法不当也是有可能的。由于软件测试所有的指标都是用数字化后的信号来计量的,数字信号满幅值OdB是峰值,而噪声、动态范围、谐波失真、互调失真、立体声串扰各项指标的计算都应该是有效值。实际上FFT积分计算可以取峰值、平均值或有效值,取决于软件设计的计算方法。
对于采用平均值或有效值计算方法的软件,如果测试信号是方波,这没有什么问题,它的峰值和有效值、平均值都是一样的。问题在于测试时恰恰不是方波,而都是正弦波,它的有效值比峰值低3dB,平均值比峰值低3.92 dB。这样计量的结果表面上是以OdB为参照,实际上却是以-3dB或-3.92dB为参照,产生测试信号和最后计算都会面临这个问题,如果不考虑,必然造成各项指标的虚假优化,这与模拟设备测试是不同的,因为模拟设备可以确确实实输出OdB的正弦波并以其为基准来计量其余数值。
这个问题是目前许多软件都存在的,测试信号电平低3、4dB不一定会造成同样数值的结果优化,因为测量的是非线性失真。但参考电平高3、4dB却肯定会造成所有计量结果低同样的数值。
如果软件设计者了解了这个问题,是可以通过适当的计算来消除优化的,遗憾的是有些软件确实没有注意到这一点,这也是基于数字化信号的计算测量所共同面临的标准化及其与模拟测试设备兼容的问题。
在这种情况下,软件的测试结果与模拟仪器测试有相对固定的差异是正常的,我们可以根据上面的分析来进行结果修正,还是可以得到具有参考价值的结果的。另外有些硬件达不到软件要求的条件而得不到正确的结果也是可以理解的。即便是传统的模拟测试设备,如果待测设备与测试设备间阻抗/电平等参数不匹配,同样得不到正确的结果(这可以理解为测试手段不正确)。
这个问题比较突出的就是RMAA测试软件。它的分析方法有些特殊,具体如下:
RMAA测试频率响应用的是特别设计信号,频带范围为5Hz至1/2取样频率,总数为80000取样点。频谱如下图所示。可以看到其高低频都有衰减,其目的是与实际的音乐频谱尽量接近。
FFT分析精度为65536点。它并不将FFT分析的结果直接显示,而是将其与数字测试信号的FFT分析结果相比较,最后显示差值。这也是由其测试信号的特殊性决定的,因为测试信号本身频谱不平。
噪声测试的长度同样为80000取样点。RMAA分析噪声的方法是先去除直流偏移,然后再进行FFT分析,因为直流偏移会影响低频段的分析结果。
FFT分析分为16段,每段4096点,这样可以加快分析速度,降低系统要求,也容易进行A均衡计算处理。总数65536点的FFT分析已经相当精确了,可以将48KHz取样频率的波形精确到0.732Hz分析。
噪声计量的参照标准是OdB的方波即OdBFS,计算方法为有效值积分。方波的峰值与平均值、有效值是一样的,这就会与传统的正弦波参照计量方法有些差异,以下所有项目都有这个问题。噪声计量的均衡方式也将影响结果,一般采用A均衡计权的结果。
动态范围、总谐波失真的测试是将录制的信号用32段FFT分析,每段2048点。计算时切除信号所在的那一段,将剩余的31段计权累加,即可得到需要的结果。这时同样存在噪声均衡的问题。软件可以计算三种参数:不含噪声、包含噪声、噪声A均衡。
互调失真测试结果也是32段FFT分析,每段2048点。这时需要切除两段信号而计算其余30段,最后得出IMD+N的结果。
立体声串扰的测量信号与频率响应是基本一样的,不过幅度恒定。它分别由两声道轮流播放,这时测量对应未播放的声道即可测出串扰的程度。
独特的测试方法和分析方法会给测试结果带来影响。实际应用中我们常常发现声卡的RMAA测试结果噪声/动态范围指标竟然优于CODEC(AD/DA转换器)的理想指示,这当然是不可能的。根据上述讨论,除频率响应一项外,其余所有指标确实存在不合理的人为优化,应该加以校正,矫正幅度应该介于-3dB至-6dB间。
综上所述,电脑音频测试的过程面临着更多的选择和设置,相对模拟仪器而言要更复杂些。然而它所带来的设备简化、程序简化、智能化、图形化和精确计算以及结果保存输出等优点却是前所未有的。虚拟仪器技术不但是现代仪器发展的方向,而且极大地方便了业余爱好者的需求,是未来的必然趋势。
同时它所面临的标准化问题也需要引起足够的注意。