應(yīng)用領(lǐng)域：電聲測試，實(shí)驗(yàn)室測試，工廠自動(dòng)化測試
背景
麥克風(fēng)的電聲測試經(jīng)過多年發(fā)展，已經(jīng)全面采用基于計(jì)算機(jī)的技術(shù)進(jìn)行測試(PC-based)。測試方面，用戶需要能夠快速，準(zhǔn)確的得到麥克風(fēng)的所有電聲參數(shù)；靈活的兼容不同種類麥克風(fēng)；更高的性價(jià)比，以滿足實(shí)驗(yàn)室和工廠測試的需求。
關(guān)鍵詞
麥克風(fēng)測試，電聲測試，AudioExpress
麥克風(fēng)介紹
麥克風(fēng)是將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的能量轉(zhuǎn)換器件，也稱話筒，麥克風(fēng)，微音器，正式的中文名是傳聲器。麥克風(fēng)主要分為動(dòng)圈式和電容駐極體式。按照輸出信號(hào)種類，分為模擬麥克風(fēng)和USB麥克風(fēng)。
麥克風(fēng)由最初通過電阻轉(zhuǎn)換聲電發(fā)展為電感、電容式轉(zhuǎn)換，大量新的麥克風(fēng)技術(shù)逐漸發(fā)展起來，這其中包括鋁帶、動(dòng)圈等麥克風(fēng)，以及當(dāng)前廣泛使用的電容駐極體麥克風(fēng)。
動(dòng)圈式麥克風(fēng)傳聲器音質(zhì)較好，但體積龐大。駐極體傳聲器體積小巧，成本低廉，在電話、手機(jī)等設(shè)備中廣泛使用。硅微麥克風(fēng)基于CMOS MEMS技術(shù)，體積更小，MEMS麥克風(fēng)特別適合高性價(jià)比的麥克風(fēng)陣列應(yīng)用。
AudioExpress 是章和電氣開發(fā)的專業(yè)聲學(xué)測試軟件平臺(tái)。面向?qū)嶒?yàn)室，AudioExpress 能夠方便，快速，專業(yè)的搭建聲學(xué)測試應(yīng)用程序。對(duì)于工廠自動(dòng)化測試，AudioExpress采用組態(tài)式的結(jié)構(gòu)，可以在這個(gè)平臺(tái)上開發(fā)面向不同產(chǎn)品的測試序列(Test Sequence)，高效的解決工廠的聲學(xué)測試難題。
AudioExpress為以下兩個(gè)領(lǐng)域麥克風(fēng)測試領(lǐng)域量身定做
1. 實(shí)驗(yàn)室研發(fā)
AudioExpress 包含大量的專業(yè)聲學(xué)分析函數(shù)，便捷的操作能夠使用戶擺脫復(fù)雜的軟件編程，大大降低聲學(xué)測量的入門門檻。用戶可以在AudioExpress的測試序列編輯器可以方便的調(diào)用各種測試步驟，快速進(jìn)行聲學(xué)校準(zhǔn)，采集，分析，生成報(bào)表等各種組態(tài)，是一種聲學(xué)測試的組態(tài)軟件。
2. 工廠測試
工廠測試往往需要較高的測試速度，OK/NG結(jié)果判斷，生產(chǎn)型的用戶界面和更容易接受的成本。AudioExpress 可以將實(shí)驗(yàn)室的測試序列方便的移植到工廠測試模式中。
比如，用戶在實(shí)驗(yàn)室開發(fā)聲學(xué)測試序列，采用的是高精度的NI DSA板卡，但是工廠模式希望采用成本更為經(jīng)濟(jì)的聲卡或者章和電氣USB-9001等不同的硬件，，只需要修改硬件的驅(qū)動(dòng)層，就可以方便的兼容不同的硬件。大部分的分析測試功能都可以不做修改。
一般麥克風(fēng)測試，無論是模擬麥克風(fēng)還是USB麥克風(fēng)，主要需要測試以下內(nèi)容:
1. 靈敏度 Sensitivity
2. 頻率響應(yīng)Frequency Response
3. 指向性 Directional
4. 聲壓 SPL
5. 相位 Phase
6. 本地噪聲 Self-noise
7. 失真 Distortion
8. 極坐標(biāo)圖 Polar Plots
采用AudioExpress可以方便的測試上述所有指標(biāo)，并且快速選擇不同測試內(nèi)容，生成最終測試報(bào)告。
主要的麥克風(fēng)測試指標(biāo)介紹
1. 靈敏度: 靈敏度指麥克風(fēng)的開路電壓與作用在其膜片上的聲壓之比。實(shí)際上，麥克風(fēng)在聲場必然會(huì)引起聲場散射，所以靈敏度有兩種定義。一種是實(shí)際作用于膜片上的聲壓，稱為聲壓靈敏度，另一種是指麥克風(fēng)未置入聲場的聲場聲壓，稱為聲場靈敏度，其中聲場靈敏度又分為自由場靈敏度和擴(kuò)散場靈敏度。通常錄音用麥克風(fēng)給出聲壓靈敏度，測量用麥克風(fēng)因應(yīng)用類型給出聲壓或聲場靈敏度。 靈敏度的單位是伏/帕（伏特/帕斯卡，V/Pa）。
在麥克風(fēng)的靈敏度測試中，首先需要一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)聲校準(zhǔn)器和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)傳聲器，常見使用聲壓級(jí)為94dB聲校準(zhǔn)器，用AudioExpress測試得到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)傳聲器的靈敏度，再將該標(biāo)準(zhǔn)麥克風(fēng)用來校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)聲源，使得標(biāo)準(zhǔn)聲源能夠產(chǎn)生94dB的聲壓。最后，用標(biāo)準(zhǔn)聲源校準(zhǔn)被測麥克風(fēng)，得到被測麥克風(fēng)的靈敏度。
類似同樣的原理，AudioExpress也可以測試USB麥克風(fēng)，靈敏度單位為dBFS/Pa。
下圖為AudioExpress用94dB聲校準(zhǔn)器校準(zhǔn)麥克風(fēng)時(shí)候的輸出靈敏度
標(biāo)準(zhǔn)麥克風(fēng)的校準(zhǔn)需要預(yù)熱，通常的預(yù)熱時(shí)間大約在5-10分鐘。直到靈敏度值保證穩(wěn)定為止。
2. 頻率響應(yīng)
頻率響應(yīng)是指麥克風(fēng)接受到不同頻率聲音時(shí)，輸出信號(hào)會(huì)隨著頻率的變化而發(fā)生放大或衰減。最理想的頻率響應(yīng)曲線為一條水平線，代表輸出信號(hào)能直實(shí)呈現(xiàn)原始聲音的特性，但這種理想情況不容易實(shí)現(xiàn)。一般來說，電容式麥克風(fēng)的頻率響應(yīng)曲線會(huì)比動(dòng)圈式的來得平坦。常見的麥克風(fēng)頻率響應(yīng)曲線大多為高低頻衰減，而中高頻略為放大；低頻衰減可以減少錄音環(huán)境周遭低頻噪音的干擾。 頻率響應(yīng)曲線圖中，橫軸為頻率，單位為赫茲，大部份情況取對(duì)數(shù)來表示；縱軸則為靈敏度，單位為分貝。
AudioExpress采用”一鍵式”掃頻功能，能夠快速得到麥克風(fēng)的頻響曲線。控制硬件輸出20Hz-20KHz的正弦掃頻(Sweep Sine)，得到掃頻曲線圖。并且能夠方便的設(shè)置上下限和進(jìn)行不同曲線的比較。
下圖為0，90，135，180 四個(gè)角度方向的一個(gè)麥克風(fēng)四條頻響曲線。
3. 指向性
指向性描述麥克風(fēng)對(duì)于來自不同角度聲音的靈敏度，規(guī)格上常用如上的極性圖(polar plots)來表示，在每個(gè)示意圖中，虛線圓形的上方代表麥克風(fēng)前方，下方則代表麥克風(fēng)的后方。麥克風(fēng)一般分為如下種類:
a.全指向式 全向式(Omnidirectional)對(duì)于來自不同角度的聲音，其靈敏度是相同的。常見于需要收錄整個(gè)環(huán)境聲音的錄音工程；或是聲源在移動(dòng)時(shí)，希望能保持良好收音的情況；演講者在演說時(shí)配帶的領(lǐng)夾式麥克風(fēng)也屬此類。全向式的缺點(diǎn)在于容易收到四周環(huán)境的噪音，而在價(jià)格方面相對(duì)較為便宜。
單一指向式 常見的單一指向式為心型指向(Cardioid)或超心型指向(Hypercardioid)，對(duì)于來自麥克風(fēng)前方的聲音有最佳的收音效果，而來自其他方向的聲音則會(huì)被衰減，常見于手持式麥克風(fēng)和卡拉OK場合，此類型的極端為槍型指向(Shotgun)。
雙指向式 雙指向式(Bi-directional)可接受來自麥克風(fēng)前方和后方的聲音，實(shí)際應(yīng)用場合不多。
使用AudioExpress 可以方便的測試麥克風(fēng)的指向性，方便的查看極性圖。測試指向性，需要轉(zhuǎn)臺(tái)按照一定步數(shù)旋轉(zhuǎn)麥克風(fēng)，AudioExpress可以支持第三方的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和轉(zhuǎn)臺(tái)，大大降低轉(zhuǎn)臺(tái)的成本。同時(shí)，也支持傳統(tǒng)的IEEE控制的轉(zhuǎn)臺(tái)。AudioExpress 的極性圖，可以離線挑選任意的頻率曲線同時(shí)顯示在極坐標(biāo)圖上。
下圖為一個(gè)實(shí)際麥克風(fēng)通過AudioExpress測試得到的極性圖。AudioExpress可以靈活設(shè)定頻點(diǎn)和曲線屬性。
4. 阻抗
在麥克風(fēng)規(guī)格中，都會(huì)列出阻抗值(單位為歐姆)，根據(jù)最大功率傳輸定理(Maximum Power Transfer Theorem)，當(dāng)負(fù)載阻抗和麥克風(fēng)阻抗批配時(shí)，負(fù)載的功率將達(dá)到最大值。不過在大部份阻抗不批配的情況下，麥克風(fēng)依然能使用，也因此造成這項(xiàng)規(guī)格并未受到太大的重視。一般而言，低于600歐姆為低阻抗；介于600至10,000歐姆為中阻抗；高于10,000歐姆為高阻抗。例如像Shure SM58這支麥克風(fēng)的阻抗值為300歐姆。
測試阻抗，一般采集卡外部需要添加信號(hào)調(diào)理電路，章和電氣提供阻抗測試的硬件，結(jié)合AudioExpress，可以方便的測試麥克風(fēng)阻抗。測試時(shí)間
5. 不同的接頭
3-pin XLR接頭可以產(chǎn)生平衡輸出信號(hào)，可有效消除外來的雜訊干擾。三支針腳會(huì)標(biāo)明1、2、3三個(gè)數(shù)字；在美規(guī)中，1代表接地線，2代表正相(hot)訊號(hào)，3代表反相(cold)訊號(hào)；歐規(guī)中，1代表接地線，2代表反相(cold)訊號(hào)，3代表正相(hot)訊號(hào)。 1/4吋(6.3mm)接頭以及3.5mm接頭有分單聲道(mono)和立體聲(stereo)兩種，簡單的區(qū)分方式是看接頭上有幾個(gè)黑色的絕緣環(huán)，兩個(gè)絕緣環(huán)代表立體聲，一個(gè)絕緣環(huán)則代表單聲道。在圖2中，各個(gè)數(shù)字代表的部位功用如下：
1． 接地
2． 立體聲時(shí)為右聲道；平衡單聲道時(shí)為反相訊號(hào)；或做為單聲道的電源輸入端
3． 立體聲時(shí)為左聲道；平衡單聲道時(shí)為正相訊號(hào)；非平衡單聲道時(shí)的信號(hào)輸出端
4． 絕緣環(huán)
AudioExpress 兼容不同多種硬件平臺(tái)，并且章和電氣提供各種轉(zhuǎn)換接頭，使不同的被測產(chǎn)品都能夠與測試硬件相連。
軟件易用性
在AudioExpress平臺(tái)上開發(fā)的麥克風(fēng)測試程序，采用一鍵式測量模式，可以自動(dòng)測試得到麥克風(fēng)所有電聲指標(biāo)。強(qiáng)大的報(bào)表生成功能，可以自動(dòng)導(dǎo)出測試Excel報(bào)表節(jié)省測試結(jié)果統(tǒng)計(jì)時(shí)間。離線分析功能可以方便用戶查看所有測試結(jié)果的細(xì)節(jié)。
下圖為生產(chǎn)模式下的麥克風(fēng)測試主界面
欲了解更多麥克風(fēng)測試細(xì)節(jié)，請(qǐng)致電章和電氣 020-62800488
