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音频基础知识


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。

一、音频基础知识

1、声学基本概念

2、声学测试基本仪器

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。

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:20Hz~20000Hz

人语音的频率一般在几十至4000Hz左右,唱歌则更高。

频率越高,则声音的音调越高。

声波传播速度:344m/s(常温) ,c=λ·f

声波长: λ=c/f

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。

1帕=1牛顿/米²  (制)

1微巴=1达因/厘米² (制)

1微巴=0.1帕

1大气压=1.0325×105 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μPa的压力变化,即20×10E-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+9μPa的噪音。 如用巴斯卡(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。

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。

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0dB ,声压每增加一倍,其声压级增加6dB;声压每增加10倍,声压级增加20dB. (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)dBPa=20lg(P/1Pa)X dBPa=SPL - 94 dB 声压级与距离的关系(只作参考):

ΔL=-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。

为了对声压的大小数值,有一个感性的了解。

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2-5KHZ 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。

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);

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。

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、瞬态失真等。

倍频程oct :为了方便,人们把20—20000Hz 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1/3倍频程(1/3oct),每一个 1/3倍频程也用其中心频率来表示。按照1/3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。

2、声学测试基本仪器

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。

Type1人工耳结构显示

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

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。

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。

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离声音如管内声音。

噪音计:主要进行声压级测量。

LRGP:响度评定保换环位置,在音频测试中大部分测试项目基本在这个位置进行测试。此位置,人工嘴及人工耳位置固定,不能变动。

只针对非免提状态情况下。

HATS 测试装置

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