章和电气AudioExpress麦克风测试解决方案———您的音频测试专家

　　
  应用领域：电声测试，实验室测试，工厂自动化测试
  背景
　 　麦克风的电声测试经过多年发展，已经全面采用基于计算机的技术进行测试(PC-based)。测试方面，用户需要能够快速，准确的得到麦克风的所有电声参数；灵活的兼容不同种类麦克风；更高的性价比，以满足实验室和工厂测试的需求。
  关键词
　　麦克风测试，电声测试，AudioExpress
  麦克风介绍
      麦克风是将声音信号转换为电信号的能量转换器件，也称话筒，麦克风，微音器，正式的中文名是传声器。麦克风主要分为动圈式和电容驻极体式。按照输出信号种类，分为模拟麦克风和USB麦克风。
       麦克风由最初通过电阻转换声电发展为电感、电容式转换，大量新的麦克风技术逐渐发展起来，这其中包括铝带、动圈等麦克风，以及当前广泛使用的电容驻极体麦克风。
动圈式麦克风传声器音质较好，但体积庞大。驻极体传声器体积小巧，成本低廉，在电话、手机等设备中广泛使用。硅微麦克风基于CMOS MEMS技术，体积更小，MEMS麦克风特别适合高性价比的麦克风阵列应用。
  
         AudioExpress 是章和电气开发的专业声学测试软件平台。面向实验室，AudioExpress 能够方便，快速，专业的搭建声学测试应用程序。对于工厂自动化测试，AudioExpress采用组态式的结构，可以在这个平台上开发面向不同产品的测试序列(Test Sequence)，高效的解决工厂的声学测试难题。
       AudioExpress可以方便的组态为麦克风测试程序，全方位测试麦克风的各项性能标。                            AudioExpress硬件上支持多个平台，面向生产测试的章和电气USB-9001，声卡；也支持面向专业研发实验室级别的NI(美国国家仪器)的高精度DSA硬件如4461系列板卡。同时支持一系列面向麦克风测试的外设，例如声校准器，标准转台以及RS232,GPIB等接口的设备。
  AudioExpress为以下两个领域麦克风测试领域量身定做
1. 实验室研发
        AudioExpress 包含大量的专业声学分析函数，便捷的操作能够使用户摆脱复杂的软件编程，大大降低声学测量的入门门槛。用户可以在AudioExpress的测试序列编辑器可以方便的调用各种测试步骤，快速进行声学校准，采集，分析，生成报表等各种组态，是一种声学测试的组态软件。
2. 工厂测试
工厂测试往往需要较高的测试速度，OK/NG结果判断，生产型的用户界面和更容易接受的成本。AudioExpress 可以将实验室的测试序列方便的移植到工厂测试模式中。
      比如，用户在实验室开发声学测试序列，采用的是高精度的NI DSA板卡，但是工厂模式希望采用成本更为经济的声卡或者章和电气USB-9001等不同的硬件，，只需要修改硬件的驱动层，就可以方便的兼容不同的硬件。大部分的分析测试功能都可以不做修改。
  一般麦克风测试，无论是模拟麦克风还是USB麦克风，主要需要测试以下内容:
1. 灵敏度 Sensitivity
2. 频率响应Frequency Response
3. 指向性 Directional
4. 声压 SPL
5. 相位 Phase
6. 本地噪声  Self-noise
7. 失真 Distortion
8. 极坐标图 Polar Plots
采用AudioExpress可以方便的测试上述所有指标，并且快速选择不同测试内容，生成最终测试报告。
  
主要的麦克风测试指标介绍
1. 灵敏度: 灵敏度指麦克风的开路电压与作用在其膜片上的声压之比。实际上，麦克风在声场必然会引起声场散射，所以灵敏度有两种定义。一种是实际作用于膜片上的声压，称为声压灵敏度，另一种是指麦克风未置入声场的声场声压，称为声场灵敏度，其中声场灵敏度又分为自由场灵敏度和扩散场灵敏度。通常录音用麦克风给出声压灵敏度，测量用麦克风因应用类型给出声压或声场灵敏度。 灵敏度的单位是伏/帕（伏特/帕斯卡，V/Pa）。
      在麦克风的灵敏度测试中，首先需要一个标准声校准器和一个标准传声器，常见使用声压级为94dB声校准器，用AudioExpress测试得到一个标准传声器的灵敏度，再将该标准麦克风用来校准标准声源，使得标准声源能够产生94dB的声压。最后，用标准声源校准被测麦克风，得到被测麦克风的灵敏度。
类似同样的原理，AudioExpress也可以测试USB麦克风，灵敏度单位为dBFS/Pa。
下图为AudioExpress用94dB声校准器校准麦克风时候的输出灵敏度

  
标准麦克风的校准需要预热，通常的预热时间大约在5-10分钟。直到灵敏度值保证稳定为止。
  
2. 频率响应
        频率响应是指麦克风接受到不同频率声音时，输出信号会随着频率的变化而发生放大或衰减。最理想的频率响应曲线为一条水平线，代表输出信号能直实呈现原始声音的特性，但这种理想情况不容易实现。一般来说，电容式麦克风的频率响应曲线会比动圈式的来得平坦。常见的麦克风频率响应曲线大多为高低频衰减，而中高频略为放大；低频衰减可以减少录音环境周遭低频噪音的干扰。 频率响应曲线图中，横轴为频率，单位为赫兹，大部份情况取对数来表示；纵轴则为灵敏度，单位为分贝。
       AudioExpress采用”一键式”扫频功能，能够快速得到麦克风的频响曲线。控制硬件输出20Hz-20KHz的正弦扫频(Sweep Sine)，得到扫频曲线图。并且能够方便的设置上下限和进行不同曲线的比较。
下图为0，90，135，180 四个角度方向的一个麦克风四条频响曲线。
  
  3. 指向性
   
      指向性描述麦克风对于来自不同角度声音的灵敏度，规格上常用如上的极性图(polar plots)来表示，在每个示意图中，虚线圆形的上方代表麦克风前方，下方则代表麦克风的后方。麦克风一般分为如下种类:
a.全指向式 全向式(Omnidirectional)对于来自不同角度的声音，其灵敏度是相同的。常见于需要收录整个环境声音的录音工程；或是声源在移动时，希望能保持良好收音的情况；演讲者在演说时配带的领夹式麦克风也属此类。全向式的缺点在于容易收到四周环境的噪音，而在价格方面相对较为便宜。
单一指向式 常见的单一指向式为心型指向(Cardioid)或超心型指向(Hypercardioid)，对于来自麦克风前方的声音有最佳的收音效果，而来自其他方向的声音则会被衰减，常见于手持式麦克风和卡拉OK场合，此类型的极端为枪型指向(Shotgun)。
双指向式 双指向式(Bi-directional)可接受来自麦克风前方和后方的声音，实际应用场合不多。
使用AudioExpress 可以方便的测试麦克风的指向性，方便的查看极性图。测试指向性，需要转台按照一定步数旋转麦克风，AudioExpress可以支持第三方的步进电机驱动器和转台，大大降低转台的成本。同时，也支持传统的IEEE控制的转台。AudioExpress 的极性图，可以离线挑选任意的频率曲线同时显示在极坐标图上。
      下图为一个实际麦克风通过AudioExpress测试得到的极性图。AudioExpress可以灵活设定频点和曲线属性。
  
  
  
   
  4. 阻抗
      在麦克风规格中，都会列出阻抗值(单位为欧姆)，根据最大功率传输定理(Maximum Power Transfer Theorem)，当负载阻抗和麦克风阻抗批配时，负载的功率将达到最大值。不过在大部份阻抗不批配的情况下，麦克风依然能使用，也因此造成这项规格并未受到太大的重视。一般而言，低于600欧姆为低阻抗；介于600至10,000欧姆为中阻抗；高于10,000欧姆为高阻抗。例如像Shure SM58这支麦克风的阻抗值为300欧姆。
      测试阻抗，一般采集卡外部需要添加信号调理电路，章和电气提供阻抗测试的硬件，结合AudioExpress，可以方便的测试麦克风阻抗。测试时间
  5. 不同的接头
  
   3-pin XLR接头可以产生平衡输出信号，可有效消除外来的杂讯干扰。三支针脚会标明1、2、3三个数字；在美规中，1代表接地线，2代表正相(hot)讯号，3代表反相(cold)讯号；欧规中，1代表接地线，2代表反相(cold)讯号，3代表正相(hot)讯号。 1/4寸(6.3mm)接头以及3.5mm接头有分单声道(mono)和立体声(stereo)两种，简单的区分方式是看接头上有几个黑色的绝缘环，两个绝缘环代表立体声，一个绝缘环则代表单声道。在图2中，各个数字代表的部位功用如下：
1． 接地
2． 立体声时为右声道；平衡单声道时为反相讯号；或做为单声道的电源输入端
3． 立体声时为左声道；平衡单声道时为正相讯号；非平衡单声道时的信号输出端
4． 绝缘环
       AudioExpress 兼容不同多种硬件平台，并且章和电气提供各种转换接头，使不同的被测产品都能够与测试硬件相连。
  软件易用性
      在AudioExpress平台上开发的麦克风测试程序，采用一键式测量模式，可以自动测试得到麦克风所有电声指标。强大的报表生成功能，可以自动导出测试Excel报表节省测试结果统计时间。离线分析功能可以方便用户查看所有测试结果的细节。
下图为生产模式下的麦克风测试主界面

   
  
欲了解更多麦克风测试细节，请致电章和电气 020-62800488