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TWS耳機及智能音箱之電聲測量

2022/3/10 18:00:17      點擊：

最早在2016年隨著Apple移除了IPHONE 7的耳機孔、健身與運動的意識上漲以及穿戴式裝置成為一股風潮，TWS無線藍牙耳機的商機逐漸占有一席之地。消費者越來越重視個性化的娛樂體驗，除了穿戴舒適以及造型時尚之外，大眾對于TWS產品的功能操作與音質也越來越高標準。


TWS耳機進行電聲測量的必要性

對TWS耳機來說，最核心的功能就是揚聲器發出聲音、麥克風收音。要確保這些核心功能，還需仰賴電聲測量來發現設計問題。若基礎問題沒解決，恐會進一步影響到應用層面，例如:語音識別、主動式降噪。

電聲設計的問題：
·        麥克風指向性:麥克風收音的方向性問題，導致某些方向的收音效果不佳，影響語音識別質量
·        頻率響應(Frequency Response): 設計不良的頻響曲線，其上的峰和谷會影響語言清晰度
·        總諧波失真(THD): 當諧波成份高出聽覺掩蔽，人耳就會感覺音質有異

產品異常分析的需求
·        因為機構組裝不良使得組件松脫產生額外的共振雜音


TWS 耳機的電聲測量挑戰

1.   麥克風沒有 “有線的” 輸出路徑，也沒有 “有線的”揚聲器的輸入路徑。

2.   需要從“主機(手機)”進行記錄和播放。

3.   真無線耳機的收音/播放延遲，直接影響消費者的使用體驗.

4.   主動式降噪功能的測量

5.   真無線耳機的發展愈趨多功能化，各功能的交互影響，提高了測試的復雜度。
例如: 各功能全部開啟后， 對延遲的影響程度.


智能音箱的電聲測量挑戰

·        麥克風沒有直接輸出路徑，也沒有揚聲器的輸入路徑。
·        這些設備從“云”（一種基于Internet的某種服務（例如Amazon Music））進行記錄和回放。
·        智能揚聲器通常是通過語音激活的，幾乎沒有手動控制，甚至沒有手動控制以方便測試。
·        智能揚聲器是異步音頻設備，因此會受到采樣率誤差或設備與測量系統之間不匹配的影響。


解決方案

1.基本電聲組件測量

揚聲器: 遵循IEC60268-5， 可以測量以下項目:

·        頻率響應 (Frequency Response)
·        靈敏度 (Sensitivity)
·        阻抗 (Impedance)
·        方向性 (Directivity)
·        失真(Distortion)
·        線性度 (Linearity)
·        Thiele/Small 參數 (T/S parameter)

麥克風: 遵循IEC60268-4， 可以測量以下項目:

·        頻率響應 (Frequency Response)

·        靈敏度(Sensitivity)

·        噪音水平 (Noise level)

·        動態范圍 (Dynamic Range)

·        失真(Distortion)

·        線性度 (Linearity)


2.TWS耳機/智能音箱之揚聲器電聲量測


TWS 耳機在無響室中的架設情形.

揚聲器系統的性能包括頻率響應，靈敏度和失真的測量。揚聲器的測量是通過以下方式進行的：

·        將測試信號上傳到手機
·        播放測試信號
·        用HATS內的麥克風擷取響應信號.
·        使用分析儀進行分析


3. TWS耳機/智能音箱之麥克風電聲測量

麥克風系統的性能包括頻率響應，靈敏度和失真的測量。麥克風的測量是通過以下方式進行的：

·        使用校準的人工嘴仿真器播放測試信號
·        TWS耳機麥克風收音， 儲存在手機上.
·        從手機下載到分析儀
·        使用分析儀器， 解析錄音



4.藍牙延遲測量


·        采用Audio Precision 高精確度量測系統
·        構成高度同步播放/錄音測量系統
·        自相關Time Delay Estimation 技術及 MLS 信號， 確保延時測量無誤差

5.Debug 除錯 / 咨詢服務

案例: 生產階段不良品分析


此案例為電聲產品在制造產線出現質量不良時的分析。

透過傳統的Frequency Response 及THD測量，初步對比檢出問題。

進一步透過時頻分析， 找到揚聲器的制造缺陷。