移動(dòng)通信終端寬帶電聲性能檢測(cè)技術(shù)研究

移動(dòng)通信終端的寬帶電聲性能是衡量其語(yǔ)音通信質(zhì)量、音頻播放效果及各類(lèi)語(yǔ)音應(yīng)用體驗(yàn)的核心指標(biāo)。該性能檢測(cè)涉及發(fā)送、接收以及端到端全鏈路，需在精確控制的聲學(xué)環(huán)境中，通過(guò)設(shè)備對(duì)終端的聲音信號(hào)處理能力進(jìn)行客觀量化評(píng)估。

一、 檢測(cè)項(xiàng)目與方法原理

寬帶電聲性能檢測(cè)主要針對(duì)頻率范圍覆蓋300Hz至8kHz（或更寬）的語(yǔ)音與音頻信號(hào)，關(guān)鍵項(xiàng)目如下：

1. 發(fā)送頻率響應(yīng)

   • 檢測(cè)方法：將終端置于聲學(xué)測(cè)試環(huán)境（如消聲室或仿真耳耦合腔），其發(fā)送通道（麥克風(fēng)）正對(duì)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)聲源（如仿真嘴）。標(biāo)準(zhǔn)聲源產(chǎn)生恒定幅度的掃頻正弦信號(hào)，終端處于通話狀態(tài)，記錄其發(fā)送通道輸出的電信號(hào)幅度。

   • 檢測(cè)原理：通過(guò)比較輸出電信號(hào)與輸入聲信號(hào)的幅度譜，分析終端麥克風(fēng)及前置放大器、編碼器對(duì)聲音的頻域處理特性。理想響應(yīng)應(yīng)在寬帶內(nèi)平坦，以保證聲音的真實(shí)還原。

2. 接收頻率響應(yīng)

   • 檢測(cè)方法：將終端置于聲學(xué)測(cè)試環(huán)境，其接收通道（揚(yáng)聲器/受話器）與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)聲學(xué)測(cè)量設(shè)備（如仿真耳）緊密耦合。測(cè)試系統(tǒng)向終端接收通道發(fā)送恒定幅度的掃頻正弦電信號(hào)，記錄仿真耳測(cè)量到的聲壓級(jí)。

   • 檢測(cè)原理：通過(guò)比較輸出聲信號(hào)與輸入電信號(hào)的幅度譜，分析終端揚(yáng)聲器、解碼器及功率放大器對(duì)聲音的頻域處理特性。目標(biāo)是獲得平滑、失真小的聲學(xué)輸出。

3. 發(fā)送響度評(píng)定值

   • 檢測(cè)方法：仿真嘴產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的1kHz、-4.7dBPa的語(yǔ)音信號(hào)。終端在通話狀態(tài)下采集此信號(hào)并編碼發(fā)送，測(cè)量其輸出數(shù)字接口或射頻接口的電平。

   • 檢測(cè)原理：SLR反映了終端發(fā)送路徑的增益。通過(guò)測(cè)量特定輸入聲壓下的輸出電平，并經(jīng)過(guò)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的心理聲學(xué)加權(quán)濾波器（模擬人耳感知）計(jì)算得出。SLR值需控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，以確保通話雙方音量適中。

4. 接收響度評(píng)定值

   • 檢測(cè)方法：向終端接收通道輸入一個(gè)代表典型語(yǔ)音頻譜的電信號(hào)，其電平經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)。終端播放該信號(hào)，由仿真耳測(cè)量產(chǎn)生的聲壓級(jí)。

   • 檢測(cè)原理：RLR反映了終端接收路徑的增益。通過(guò)測(cè)量特定輸入電平下的輸出聲壓，并經(jīng)過(guò)心理聲學(xué)加權(quán)濾波器計(jì)算得出。RLR值影響用戶(hù)聽(tīng)到的音量大小。

5. 空閑信道噪聲

   • 發(fā)送空閑信道噪聲：在靜音環(huán)境下，終端處于通話狀態(tài)但無(wú)語(yǔ)音輸入，測(cè)量其發(fā)送通道輸出的噪聲電平。

   • 接收空閑信道噪聲：終端接收通道無(wú)信號(hào)輸入，測(cè)量其揚(yáng)聲器輸出的本底噪聲聲壓級(jí)。

   • 檢測(cè)原理：量化終端在無(wú)有用信號(hào)時(shí)的本底噪聲，直接影響通話的清晰度和靜默感。通常以A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)或電平等效值表示。

6. 失真

   • 檢測(cè)方法：向發(fā)送或接收通道輸入一個(gè)純凈的單頻正弦信號(hào)，分析輸出信號(hào)的頻譜。

   • 檢測(cè)原理：主要測(cè)量總諧波失真。在輸出頻譜中，計(jì)算基波頻率的各次諧波分量功率之和與基波功率的比值。THD表征了終端電聲系統(tǒng)對(duì)信號(hào)波形保真度的破壞程度。

7. 側(cè)音掩蔽評(píng)定值

   • 檢測(cè)方法：構(gòu)建一個(gè)模擬用戶(hù)通話的閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)。仿真嘴發(fā)聲，終端麥克風(fēng)采集后，一部分信號(hào)通過(guò)其接收通道播放，并被仿真耳接收。同時(shí)，仿真耳處還放置一個(gè)參考麥克風(fēng)用于測(cè)量來(lái)自仿真嘴的直達(dá)聲。

   • 檢測(cè)原理：STMR量化了用戶(hù)在自己終端聽(tīng)筒中聽(tīng)到自己聲音的大小。通過(guò)比較接收通道播放的側(cè)音信號(hào)聲壓級(jí)與直達(dá)聲壓級(jí)，并經(jīng)過(guò)加權(quán)計(jì)算得出。合適的STMR有助于模擬面對(duì)面交談的自然感。

二、 檢測(cè)范圍與應(yīng)用需求

移動(dòng)通信終端電聲性能檢測(cè)覆蓋廣泛的產(chǎn)品與應(yīng)用領(lǐng)域，需求各有側(cè)重：

1. 智能手機(jī)與功能手機(jī)：檢測(cè)核心在于保證基礎(chǔ)語(yǔ)音通話質(zhì)量。所有基礎(chǔ)電聲項(xiàng)目均為必檢項(xiàng)，重點(diǎn)關(guān)注發(fā)送/接收響度評(píng)定值、頻率響應(yīng)和空閑信道噪聲，以確保清晰、音量適中的通話體驗(yàn)。

2. VoIP終端與軟客戶(hù)端：包括基于計(jì)算機(jī)、平板電腦的語(yǔ)音通話應(yīng)用。除傳統(tǒng)電聲項(xiàng)目外，還需在IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行端到端測(cè)試，評(píng)估網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)、丟包對(duì)語(yǔ)音質(zhì)量的影響。

3. 智能音箱與帶屏智能終端：支持遠(yuǎn)場(chǎng)語(yǔ)音交互。檢測(cè)需增加多麥克風(fēng)陣列的性能測(cè)試，如波束成形方向性、回聲消除能力、語(yǔ)音激活檢測(cè)準(zhǔn)確率等，以評(píng)估其在復(fù)雜家庭噪聲環(huán)境下的喚醒率和識(shí)別率。

4. 車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)：檢測(cè)需模擬車(chē)內(nèi)高聲學(xué)噪聲、振動(dòng)環(huán)境。重點(diǎn)評(píng)估語(yǔ)音增強(qiáng)算法（如噪聲抑制）、回聲消除以及揚(yáng)聲器在車(chē)廂內(nèi)的聲場(chǎng)均勻度。

5. 可穿戴設(shè)備（智能手表、耳機(jī)）：設(shè)備形態(tài)特殊，聲學(xué)耦合困難。需使用專(zhuān)用夾具。對(duì)耳機(jī)需區(qū)分入耳式、頭戴式，分別測(cè)試其密封性對(duì)低頻響應(yīng)的影響。對(duì)智能手表，其微型揚(yáng)聲器在嘈雜環(huán)境下的大輸出聲壓是關(guān)鍵指標(biāo)。

6. 通信設(shè)備（如對(duì)講機(jī)、應(yīng)急通信終端）：強(qiáng)調(diào)在極端環(huán)境下的可靠性。檢測(cè)需包含高低溫、濕熱條件下的電聲性能穩(wěn)定性測(cè)試，并對(duì)防水終端測(cè)試其防水膜對(duì)頻率響應(yīng)的影響。

三、 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

電聲性能檢測(cè)嚴(yán)格遵循、及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，確保結(jié)果的一致性與可比性。

1. 標(biāo)準(zhǔn)

   • ITU-T P.系列建議：如ITU-T P.1100（窄帶）、ITU-T P.1110（寬帶）規(guī)定了手持終端音頻性能測(cè)試方法。ITU-T P.340規(guī)定了發(fā)送和接收性能的傳輸特性。

   • 3GPP TS 26.131, 26.132：規(guī)定了通用用戶(hù)設(shè)備（UE）的語(yǔ)音和視頻電話的音頻測(cè)試要求，是蜂窩移動(dòng)終端入網(wǎng)測(cè)試的重要依據(jù)。

   • IEEE 269, IEEE 1329：規(guī)定了電話設(shè)備的音頻性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

2. 國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)

   • YD/T 1538《數(shù)字移動(dòng)終端音頻性能技術(shù)要求及測(cè)試方法》：中國(guó)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，全面規(guī)定了各類(lèi)數(shù)字移動(dòng)終端的音頻性能指標(biāo)和測(cè)試方法，是國(guó)內(nèi)產(chǎn)品檢測(cè)的主要依據(jù)。

   • GB/T 15279《自動(dòng)電話機(jī)技術(shù)條件》：標(biāo)準(zhǔn)，包含了對(duì)電話機(jī)通話性能的基本要求。

   • YD/T 2583.14《蜂窩式移動(dòng)通信設(shè)備電磁兼容性能要求及測(cè)量方法 第14部分：LTE用戶(hù)設(shè)備》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，也包含了對(duì)用戶(hù)設(shè)備音頻性能的電磁兼容性要求。

四、 檢測(cè)儀器與系統(tǒng)構(gòu)成

完整的電聲性能檢測(cè)系統(tǒng)需在受控聲學(xué)環(huán)境中集成以下核心設(shè)備：

1. 聲學(xué)測(cè)試環(huán)境

   • 消聲室：提供自由聲場(chǎng)，墻壁、頂棚、地面均鋪設(shè)吸聲材料，用于模擬無(wú)反射空間，主要用于揚(yáng)聲器自由場(chǎng)測(cè)試和遠(yuǎn)場(chǎng)語(yǔ)音交互測(cè)試。

   • 仿真耳與耦合腔：用于緊密耦合終端接收器（揚(yáng)聲器）進(jìn)行測(cè)試。仿真耳模擬人耳的平均聲學(xué)阻抗，耦合腔則提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的封閉聲學(xué)負(fù)載。

   • 仿真嘴：一個(gè)經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的聲源，能夠復(fù)現(xiàn)人類(lèi)嘴巴的平均聲學(xué)輻射特性，用于為終端發(fā)送通道提供標(biāo)準(zhǔn)聲激勵(lì)。

2. 核心測(cè)量硬件

   • 音頻分析儀/高精度聲卡：核心信號(hào)發(fā)生與采集設(shè)備。需具備低失真、高動(dòng)態(tài)范圍、高采樣率（通常≥96kHz）的特性，用于產(chǎn)生測(cè)試信號(hào)并采集終端輸入輸出的電信號(hào)和來(lái)自仿真耳的聲學(xué)信號(hào)。

   • 人工嘴驅(qū)動(dòng)功放：為仿真嘴提供足夠的驅(qū)動(dòng)功率，確保其輸出聲壓級(jí)穩(wěn)定、準(zhǔn)確。

   • 頭軀干模擬器：集成了仿真嘴和仿真耳的物理模型，模擬成年人的平均頭部和軀干對(duì)聲波的衍射和反射效應(yīng)，用于進(jìn)行更貼近實(shí)際使用場(chǎng)景的聲學(xué)測(cè)試，如側(cè)音測(cè)試。

3. 控制與分析軟件

   • 專(zhuān)用測(cè)試軟件：控制整個(gè)測(cè)試流程，包括信號(hào)生成、設(shè)備同步、數(shù)據(jù)采集、結(jié)果計(jì)算和報(bào)告生成。軟件內(nèi)置了各類(lèi)國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試序列和算法（如響度評(píng)定值的計(jì)算濾波器）。

   • 數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)：與音頻分析儀配合，實(shí)時(shí)記錄和分析時(shí)域、頻域數(shù)據(jù)，計(jì)算THD、頻率響應(yīng)、信噪比等各項(xiàng)參數(shù)。

移動(dòng)通信終端寬帶電聲性能檢測(cè)是一個(gè)多學(xué)科交叉的精密測(cè)量領(lǐng)域。隨著通信技術(shù)從窄帶向?qū)拵А⒊瑢拵Ъ叭l音頻發(fā)展，以及語(yǔ)音交互應(yīng)用場(chǎng)景的不斷拓展，檢測(cè)技術(shù)也向著更高頻率范圍、更復(fù)雜場(chǎng)景模擬和更智能化的主觀客觀融合評(píng)價(jià)體系演進(jìn)。嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)化的檢測(cè)流程，是保障終端產(chǎn)品音頻質(zhì)量與用戶(hù)體驗(yàn)的關(guān)鍵。