二、声学性能相关参数
对最终用户而言，在音频方面的体验很大程度上决定于PC系统的音箱、声卡或麦克风的质量好坏。这些产品都是系统内建传感器，所以有必要采取一定的方法对其质量高低进行评定。
对于PC音频系统，主要有以下几个方面的参数影响其声学性能。
－频率响应(Frequency Response)
－总谐波失真(Total Harmonic Distortion)
－扩音器输出功率
－麦克风灵敏度
－机械噪音
下面我们将对这些参数作阐述并给出测试的方法，而大部分测试我们仅需用到一个已经校准并已知频率响应及失真的参考用麦克风以及一个声压级测量器(Sound Pressure Level Meter)。在测试中使用的是一种很常用的测试信号MLS(Maximum LengthSquence，最长序列信号)，它可以克服房间对音波的反射以及驻波(Standing Waves)的影响。这是一种短频，类似噪音的信号，我们可以在待测设备的输出端捕获信号并实行FFT分析，由于信号在房间反射发生之前就已被捕获，所以可以消除该影响。而如果MLS中包含颤音(信号频率以一个平均值为中心呈周期性变化)则可以更有利于电平的设置。
●频率响应
1.音箱的频率响应
首先将一参考用的麦克风放置在待测音箱中心的0.5m处，然后回放粉红噪声测试信号并用声压级测量器设置测试的麦克风在90dB SPL的电平位置。接着回放MLS测试信号并用音频分析器在麦克风输出端捕获输出信号进行分析，绘制频率响应图示即可。
2.PC麦克风的频率响应
首先将参考用和待测的麦克风放在一起，然后将一只质量好的音箱放在距离麦克风中心大概0.5m左右的地方。首先向音箱中输入粉红噪音信号并用SPL测量器在参考用的麦克风中将电平设置在90dB SPL，然后调节待测麦克风的增益量直到产生－20dB的数字电平信号。接下来向音箱中输入MSL测试信号并同时在两个麦克风的输出端用音频分析器捕获信号，参考用的麦克风可直接连上音频分析器，而待测的麦克风则通过PC捕捉数据并转化为数字格式后输入音频分析器中，再分别计算由参考路径和待测麦克风所得到的频率响应。然后在参考用麦克风允许的响应范围内调整频率响应值，用待测麦克风的响应值减去调节过的响应值并输出最后结果。
●总谐波失真(Total Harmonic Distortion)
1.音箱的总谐波失真
将参考用的麦克风放在距离待测音箱中心0.5m左右的位置，回放粉红噪音信号并用声压级测量器在麦克风中调节电平为90dB SPL。回放由间隔小于一个八度音阶、从50Hz到10kHz组成的一系列正弦波，或是回放复合的多音调测试信号，捕获麦克风的响应，过滤掉测试信号基波并将剩余的信号以原测试信号的振幅百分比形式表现出来，得到音箱的总谐波失真。该方法的前提是待测系统的本底噪音是远远小于谐波失真的，如若不然，各个谐波的振幅都需要单独测量，并以均方根和的形式再与原测试信号作比率得到结果。
2.麦克风的总谐波失真
通过一个已知的参考用麦克风作比较我们就能测量出麦克风的THD，但绝大多数的PC麦克风都用于语音，即使是廉价的驻极体麦克风(ElectretMicrophone)都拥有极低的失真度，因此大多数情况下我们没必要去测试PC麦克风的THD。
3.音箱的功率输出
我们通常能在音箱的铭牌上看到最大电气功率限制，但这并非是音箱所能输出的最大声学功率限制。一个较为普遍的定义就是当音箱的失真度达到10％(20dB)时，此时的输出为其最大输出功率。因此，相关测试方法也就和测试音箱的失真非常类似，所不同的是我们需要调节电平直到失真达到10％，然后通过SPL测量器记录此时的声音功率电平，从而得到箱的最大功率输出。该测试可以在997Hz或是在音频范围内的各个测试频率中进行。
4.麦克风的灵敏度(Microphone Sensitivity)
麦克风的灵敏度对应用有着重要的影响，通常我们将麦克风的灵敏度定义为驱动给定声压(单位dB)所需要的电压值，用Sv来表示。对于动态麦克风(Dynamic Mic)，Sv能很好的工作;然而对驻极体麦克风而言其自身产生一道电流并导致相应的声压，Si。当我们需要用电压灵敏度Sv来与之匹配时就需要一个额外的负载电阻。但是这个电阻并非Mic的一部分而是装置MIC In值(图6中的Zi以及Rb)。如果驻极体麦克风的电压灵敏度(Sv)已经给出，那么就说明MIC IN接口的偏电阻Rb应为2 kΩ而麦克风的工作电压为2.0V。
Sv通常用dB V/XX来表示，此处的XX是某些参考数据，最常用的就是dB V/Pa，意即每一帕斯卡(Pa)所产生的dB V。用于灵敏度测试的测试频率应该是997Hz，典型的驻极体麦克风的灵敏度是Sv＝-45dB V/Pa，而对于动态麦克风则是Sv＝-56dB V/Pa。以驻极体MIC为例，每一帕斯卡的声压将能产生－45dB V或是5.62mVRMS。另一个常用的参考数据就是μbar，1μbar比1Pa低20dB，因此上面驻极体MIC的例子也可以表示为－65dB V/μbar。图9就表示了两个参考数据Pa和μbar的关系。
对于灵敏度的测试，其中一个方法是将待测MIC放在距离音箱高低音单元0.5m远的地方，向音箱输入经过调频的997Hz的测试信号，在距离音箱1m处用SPL测量器设定音箱输出为94dB SPL。将PC设置录音，使用带有限幅产生指示并能进行增益调节的软件，确保该软件能进行增益调节直到录制信号产生限幅，并且能设置使其非常接近满幅运行的程度，以此测量MIC的灵敏度。
5.机械噪音(风扇、磁盘等)
测量风扇的噪音需要使用声压级测量器在风扇出口0.5m处进行测量；测量硬盘噪音需要先让硬盘满幅运行某个大型程序，再在距离其0.5m左右的地方使用SPL测量仪进行测量，对光驱噪音的测量也是一样。
本篇小结
对于PC音频系统的电气和声学参数的介绍至此已告结束。在不了解这些基础知识之前，相信您看媒体上音频设备测试报告时，对于那些细节测试项目绝对是满头雾水—不知道为什么会有这样测试项目，更不了解这些测试项目说明了什么。现在，您会发现自己已经能读懂大多数的评测报告项目。但本篇只是告诉了您为什么需要这样做，至于如何做，请关注本专题的下篇。届时，我们还能接触到一些专业的测试设备和专用软件。
相关知识点：
1.clipping：
clipping，称作限幅，也叫削波，当要求设备输出超过其允许的输出功率时，便会使输出音频波形的顶部和底部变得平坦。就像将峰值给削平了似的。限幅会引入大量的失真，让人在音频峰值部分听到“嘎吱嘎吱”的声音。
2.权重滤波器(Weighting Filter)
众所周知，以人耳的听力敏感度无法感知所有的声音频率。对绝大部分人而言，耳朵最敏感的频率在1kHz到5kHz之间。权重滤波器的作用就是尽量过滤掉人耳无法接收的频率而使声波频率尽量与人耳接收范围保持一致。在声压级的测量中就需要用到权重滤波器，其主要有3种过滤方式的曲线：A、B以及C，这是根据不同的声音的响度大小作出的选择。C-weighting曲线几乎能过滤掉大部分的音频带宽(FR＝＋0，－3dB，从30Hz到8kHz)，主要使用在针对高音的测试中；B-weighting过滤曲线中间电平的声音，它的上限和C-weighting曲线一样而下限为120Hz；A-weighting曲线主要表现低电平信号，如背景噪音(Background Noise)，A-weighting曲线如图1所示，现在已经成为OSHA(职业安全与卫生管理局)倡议的用于测量所有信号电平中的噪音的一个标准。
当然，也有其他的滤波器被用来测试音频性能的，比如The Sound Broadcast Industry就使用CCIR-468权重滤波器来测量噪音，曲线图如图2所示。
而The Audio Engineering Society(AES)和Dolby则使用CCIR-468的改进版本进行测量，称为CCIR-RMS。这种滤波器的0dB位置是2kHz而并非传统的1kHz，同时噪音测量的基础是基于RMS的。
如果在测试中使用了权重滤波器，就必须将其在测试结果中清楚地指示出来：
Line Level Analog Mixer DR＝90dB FS A
此处的“A”后缀表示在测试中使用了A-weighting的权重滤波器，如果未使用，“A”就应该省略。同理，如果使用的是AES权重滤波器，上面的标识就应该为：
Line Level Analog Mixer DR＝90dB FS CCIR-RMS
3. 谐波和噪声
理想的单频正弦交流电只有一个频率成分：基波。如果正弦波形不理想，或者干脆就是三角形波或方波，那么这时的频率成分除了基波外还有多种频率、不同强度的频率分量存在。这些频率分量就叫谐波。总谐波失真THD是指设备或元件工作时产生的总的谐波失真量。理想的放大器输入一个单频正弦信号，输出仍应是这个形状。但实际放大后，波形总有些不同，即产生失真，频率成分里出现了谐波分量。N指设备最终输出信号中混入的噪声，表现为嘶嘶的电流声和嗡嗡的交流声等无用的信号。理论上器件必然存在着噪声，工艺结构及元器件质量也会引起噪声。THD＋N就是综合考虑谐波失真以及噪声的一个音频系统参数。
4. dB FS
dB FS是音频测量的首选单位，表示“相对于满幅值的dB数”。对模拟输入及输出而言，首先需要测定的就是满幅值，而其余和模拟输入/输出相关的测定都是和已经测定的满幅值相关的。对数字输入输出测量，满幅值受限制于限定的运算位数(bit)，在PC系统中所有的测试都基于16位，因此满幅值就限于±32767，这是16位运算所能达到的极限，但这只是在THD＋N小于－40dB的情况下得出的结果。如前面提到的一样，如果THD＋N大于－40dB，则必须将信号电平调至低于THD＋N达到－40dB的那个点，该点才是这种情况下真正的满幅值FS。如果系统达到了±32767的数字数据运行而THD＋N此时低于－40dB，则该参数就是相关dB FS测量的参考点，其计算公式如下：
dB FS＝20Log[(Max-Min)/65536]dB
这个术语在不同的测试中代表了不同的数值，以Line In的录音方式为例，“THD＋N(-3dB FS，997Hz)＝－83dB FS”指出了测试信号是997Hz的音波在相对于Line In满幅值为－3dB的状态下，其在Line In的录音过程中产生的THD＋N是相对于数字满幅值为-83dB的值。 注意在上述等式中左右的FS代表的意义是不一样的，假设在路径中的音量为0dB，那么数字信号代码数量就应该为±23197，也就是－3dB相对于满幅值的Line In，计算公式如下：
20Log[(23197＋23197)/65536]＝20Log(46394/65536)＝20Log(0.7079)＝-3dB FS
6. 关于“分贝(DECIBEL)”
“DECIBEL”，“BEL”是根据著名科学家亚历山大·格雷厄姆·贝尔而命名的，这是两个能量的对数比率，通常表示为：
bel＝Log(P1/P2)
因为bel是一个比较大的度量单位，为了扩大其应用，就产生了“分贝”的单位，缩写为“dB”，其意义是1bel的1/10，计算公式是：
dB＝10Log(P1/P2)
虽然dB最初是一个应用于能量的比率，但是它也可以应用于度量电压、电流以及声压。比如根据“能量(功率)＝电压×电流”的关系我们可以得到：
dB=10Log(P1/P2)=10Log(V1)2/(V2)2＝20Log(V1/V2)
分贝和百分比是非常相近的度量单位，因为它们都是比率值，事实上在音频性能测试中的THD测试中还是更多的使用了百分比。二者的关系为：
dB＝20Log(？％/100)
通常情况下，dB和百分比都是针对输入信号的电平而言(但是这种说法并未得到普遍认可)。其中一个例子就是音量控制电平设置，就是针对输入到音箱的信号。百分比和dB的关系如表1。
可见，如果将音量控制设置在0dB，那么输出的音量就和输入的音量完全一致(100％)。将dB用于音频性能表述主要有两个原因，其一是人们更熟悉以dB形式来表示声音的大小；其二人耳所能接收的动态范围非常大，使用较小的dB能更方便地表现大范围内的数据。
当描述DR或THD这些性能参数时，所用的参考标准都应该被注明。例如一个－3dB FS的输入信号产生0.01％的THD＋N，而另一个－60dB FS的输入信号产生5.6％的THD＋N，如果不给出参考电平，所得结果就会让人认为5.6％的性能比0.01％的性能要差，而实际上后者会优于前者。对于音频性能参数的描述的一个标准参照是满幅值(Full Scale Value)，引用和前面相同的例子，但是我们将百分比转换为dB FS单位，就能得到以下结果：-3dB的输入信号产生了-83dB FS的THD＋N而-60dB FS的输入信号产生了-85dB的THD＋N，可以明显看出后者优于前者，因为这是基于相同基准数比较的结果。满幅值是一个有效的参照，因为它体现的是系统所能控制运行的最大信号。
同时，我们经常能够在dB的后面看到各种各样的后缀，分别表示不同的参考条件。以下是对这些后缀的一个简要的归纳。
·dBr
dBr表示“相对于一个绝对参考值的dB数”，该单位通常被音频精度测试仪使用，用来说明测试是和某个特定值相关的。该参数一般由系统1或2输入，大多数情况下设置为测定好的满幅值，以便使dBr等于dB FS。
·dB V
dB V的意义是“相对于1伏特的dB数”因为除数是1，所以公式也就大大简化了dB V＝20Log?V/1V＝20Log(？V)
·dB SPL
dB SPL是分贝级的声学声压级(SPL)测量，多用在声音传感器的测试中(如音箱和麦克风等)。作为SPL的参考值是20μPa，这是听力所能接收的最小极限。SPL的公式表达如下：
dB SPL＝20Log[(？Pa/20μPa)]
