移動(dòng)通信終端音頻分析原理及測(cè)試

國家無線電監(jiān)測(cè)中心檢測(cè)中心 安晗亮

一、引言

音頻測(cè)試針對(duì)的是終端與人之間的接口，通過對(duì)電學(xué)和聲學(xué)信號(hào)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行基于儀器的測(cè)試，目前音頻測(cè)試方法仍在不斷發(fā)展中。本文主要探討目前我國手機(jī)終端音頻領(lǐng)域?qū)φZ音質(zhì)量的最新要求及相關(guān)測(cè)試。

二、音頻測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)及測(cè)試環(huán)境

目前，國際上涉及到移動(dòng)終端音頻的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有3GPP TS 51.010《GSM/EDGE無線接入網(wǎng)絡(luò)數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)（第二階段）：移動(dòng)臺(tái)一致性規(guī)范》的第30部分，這部分對(duì)GSM/GPRS移動(dòng)臺(tái)的音頻性能作出了規(guī)定。3GPP TS 26.131《電話終端的聲學(xué)特性：要求》，3GPP TS26.132《語音電話終端聲學(xué)測(cè)試規(guī)范》，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)適用于支持窄帶或者寬帶的任何語音終端，對(duì)3G終端（針對(duì)WCDMA）的聲學(xué)特性給出了最小性能要求。而有關(guān)cdma2000的音頻標(biāo)準(zhǔn)，3GPP2于2005年公布了TIA-1042標(biāo)準(zhǔn)（3GPP2 C.S0056《cdma2000移動(dòng)臺(tái)的最低性能規(guī)范》）。

我國的音頻測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)最近由YD/T 1538-2011《數(shù)字移動(dòng)終端音頻性能技術(shù)要求及測(cè)試方法》替換了YD/T 1538-2006《數(shù)字移動(dòng)終端音頻性能技術(shù)要求及測(cè)試方法》，主要變化有：刪除了使用Type1仿真耳的測(cè)試方法；刪除了LSTR、帶外信號(hào)、穩(wěn)定度儲(chǔ)備等測(cè)試項(xiàng)；重新定義了cdma2000終端音頻性能的測(cè)試方法及技術(shù)要求；修改了STMR及失真的測(cè)試方法及技術(shù)要求。YD/T 1538-2011標(biāo)準(zhǔn)適用于接入公共數(shù)字移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)使用的各種數(shù)字移動(dòng)終端設(shè)備，包括GSM（GPRS）終端、WCDMA終端、TD-SCDMA終端、cdma2000終端。

音頻主要依靠?jī)x器來進(jìn)行，需要類似人耳和嘴的電聲設(shè)備，這些設(shè)備能夠?qū)⒙曇艮D(zhuǎn)化為電信號(hào)或?qū)㈦娦盘?hào)轉(zhuǎn)化為聲音以便進(jìn)行測(cè)量和分析。國際電聯(lián)（ITU-T）對(duì)這些設(shè)備作了詳細(xì)的定義，主要包括人工耳（Artificial Ear）和人工嘴（Artificial Mouth）等。其中，人工耳主要有三種類型：Type1，Type2，Type3。Type3又分為3.1，3.2，3.3和3.4等。

圖1 Type3.3

圖2 Type3.4

Type1是較早出現(xiàn)的一種人工耳，仿真的是無泄漏情況下人耳的聲阻抗，因測(cè)試不夠現(xiàn)實(shí)，目前已被大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)刪除；Type2主要用于測(cè)試入耳式音頻設(shè)備，本文不作討論；Type3是目前應(yīng)用比較廣泛的人工耳，其中又以3.3，3.4為主。Type3.3（圖1）是最接近于真實(shí)使用情況的人工耳，主要用在頭肩模擬器（HATS）上，如圖3所示。由于這種類型的仿真耳廓是柔性的，測(cè)試結(jié)果的可重復(fù)性不好，因此ITU-T又定義了Type3.4（圖2）來解決這個(gè)問題，3.3與3.4的主要區(qū)別就是仿真耳廓的硬度，這樣可以提高測(cè)試的可重復(fù)性。人工嘴相對(duì)簡(jiǎn)單，可嵌入頭肩模擬器內(nèi)。

圖3 頭肩模擬器（HATS）

有了人工耳和人工嘴，再加上基站模擬器、音頻分析儀、消音室等，就可以組成一套完整的終端語音測(cè)試環(huán)境。

三、音頻基本測(cè)試項(xiàng)

YD/T 1538-2011要求的測(cè)試項(xiàng)有的發(fā)送響度評(píng)定值（SLR）、接收響度評(píng)定值（RLR）、空閑信道噪聲、發(fā)送靈敏度/頻率特性、接收靈敏度/頻率特性、側(cè)音掩蔽評(píng)定值（STMR）、聲學(xué)回聲控制、發(fā)送失真、接收失真及環(huán)境噪聲抑制（ANR），本文介紹其中比較重要的幾項(xiàng)。

1.響度評(píng)定值

響度評(píng)定值（Loudness Rating）包括發(fā)送方向和接受方向。

（1）發(fā)送響度評(píng)定值（SLR）是一種基于客觀單音頻測(cè)試的標(biāo)示發(fā)送頻率響應(yīng)的方法。這種測(cè)試表征收聽者對(duì)話音信號(hào)的感受情況，是終端測(cè)試過程中一個(gè)十分重要的測(cè)試指標(biāo)。響度評(píng)定值是用來表示響度的單位，但不是表示絕對(duì)響度的單位。它是用插入到中間參考系統(tǒng)（IRS）的語音通道、與頻率無關(guān)的傳輸損耗值來表示。插入這些損耗以后，可以是收到的響度與被測(cè)語音通道的響度相等。發(fā)送響度評(píng)定值按照下面公式計(jì)算

（2）接受響度評(píng)定值（RLR）是一種基于客觀單音測(cè)試的表示接收頻率響應(yīng)的方法，這種測(cè)試表征收聽者對(duì)話音信號(hào)的感受情況，同SLR指標(biāo)一樣，也是終端測(cè)試過程中一個(gè)十分重要的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，接受響度評(píng)定值按照下面公式計(jì)算

2.側(cè)音掩蔽評(píng)定值

側(cè)音掩蔽評(píng)定值（STMR）是基于客觀單音的測(cè)試，表示仿真嘴至仿真耳間的通路損耗，這種測(cè)試表征說話者說話時(shí)對(duì)他本人話音的感受。

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電話用戶在講話時(shí)，他的話音經(jīng)過幾條通道傳到他自己的耳朵中，這些通道是：①由于電話機(jī)內(nèi)的側(cè)音平衡阻抗與線路阻抗的失配而從送話器通過電話機(jī)電路到達(dá)受話器；②通過人頭的骨骼結(jié)構(gòu)形成的發(fā)話側(cè)音；③通過到達(dá)耳朵的聲通道，包括耳承與人耳接口處的聲泄露；④通過沿手柄的機(jī)械通道。我們把這些側(cè)音通道分為兩種：①與④是電話側(cè)音通道，②與③是人體側(cè)音通道。迄今為止的研究表明，把人體的側(cè)音信號(hào)當(dāng)作掩蔽閾來考慮的方法，即側(cè)音掩蔽評(píng)定值，是與側(cè)音的主觀效果符合得最好的評(píng)定方法。側(cè)音掩蔽評(píng)定值按照下面公式計(jì)算

在YD/T 1538-2006中手機(jī)終端STMR的限值為18±5dB,在YD/T 1538-2011中改為手機(jī)終端音量控制器在正常音量是，STMR應(yīng)不小于13dB。■

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