RMAA 的測試方法與名詞解釋



我們如何使用 RMAA 來進行測試?

我們使用的軟體是 RightMark Audio Analyzer 3.1,網站位於 http://audio.rightmark.org/。這是一個很方便的軟體,可以很迅速的瞭解一張音效卡的輸出品質。不過前提是,你必須有一張夠好的音效卡來錄下你想要測試的裝置所發出的聲音。

如果各位想要自己玩玩看 RMAA,而且您只有一張音效卡的話,請注意您的接線法,務必是將您音效卡的輸出,接回您音效卡的 Line-In,並且將混音器中 Line-In 的裝置予以靜音,否則會產生嚴重的迴授(feedback),也就是類似麥克風離喇叭太近時所產生的高頻噪音。而混音器中的錄音裝置,自然是要選擇 Line-In,而不是選擇 wave 輸出這類的裝置,否則就失去輸出聲音再錄回來的意義,因為如果你選擇的錄音裝置是 wave,那就等於是數位錄回數位,這是無法檢測類比輸出品質的。


請先確認播放與錄製的裝置,以及取樣頻率與位元數。

開始使用 RMAA 前,記得先利用 RMAA 裡面的 Adjust levels 功能來逼近它所想要的音量。如果這一點沒有做到,很可能是破音的狀況卻不知道,那檢測出來的成績就會特別差;或是音量太小,RMAA 也會不予以檢測,這都是要注意的部分。


Adjust levels 畫面,請盡量逼近 0dB 與 -6dB。

由於 CardDeluxe 本身已經屢獲國外各大專業媒體與專業網站(絕非一般普通電腦硬體網站!)一致推崇,其輸出入品質是非常的優秀,所以我們所有的測試,都是以 CardDeluxe 來當作錄音裝置,錄下每個待測音效卡的成績。


經過約 30 秒左右的測試,就會出現成績。圖為 CardDeluxe 的成績。

每個測試過的音效裝置,我們都提供了它的 RMAA 紀錄檔,按下產品名稱就可以下載回來,再透過 RMAA 載入這些 .sav 檔就可以取得更多的資料與圖形,甚至 RMAA 還有比較(compare results)的功能,可以拿兩份 .sav 檔直接比較優劣,非常好用。網頁上我們只提供頻率響應的圖形,但是透過 RMAA + .sav 檔,您可以看到更多的圖形與資料,有些音效卡的成績真的是令人大大的意外,圖形會告訴你一切的。^_^


透過 compare results 功能,可以比較兩組取樣頻率相同的成績。

為什麼我們要測試 44k、48k、96k 的成績呢?因為 AC97 規格強迫一般音效卡都要在內部以 48k 為運算基礎,但是一般的 CD 音樂最多是到達 44k,這就需要透過 SRC 的轉換,將 44k 的數位資料轉換成 48k,才能符合 AC97 的規格並且與其它的音效資料作運算,而 SRC 的好壞會影響音效卡在 44k 時的成績。綜觀整個成績我們可以發現,娛樂用途的音效卡,在 48k 的輸出品質都比較好,因為不論是 CODEC 或是音效晶片本身都是以 48k 的格式在運作,而 44k 的成績則可以順便用來檢視音效卡的 SRC 好壞,如果發現某張音效卡在 48k 時的成績不錯,但是在 44k 時的成績卻有明顯的下降,這就表示其 SRC 設計不良了。

至於 96k 的成績,則是因為 RMAA 有提供這樣的測試,所以我們一併測試。專業音效卡本身就標榜 24bit 96kHz 的處理能力,所以在這方面的成績也都沒有問題,而極少數的音效卡也能處理 96kHz 16bit 的資料,我們就予以一併測試並且公布其成績。

測試時,輸出與輸入的音效卡在取樣頻率上必須一致,但是位元數可以不同,所以所有的測試,都是以 16bit 來輸出,用 24bit 錄回檢測。

測試電腦使用七盟 250W 電源,主機板 ASUS P2B98-XV,環境是 Windows98 SE 中文版,所有音效卡均安裝 VxD 驅動程式,只有瑞麗和氏璧XP是直接提供 WDM 驅動程式。我們所提供的 .sav 檔,會在 Additional info 欄位填上驅動程式版本以及當時檢測的音量,RMAA 希望我們將待測音效卡的輸出音量逼近 0dB,但是許多音效卡都無法達到這樣的輸出音量,為了給大家最詳盡的資訊,所以我們將測試時的音量也一併紀錄下來,給各位做為參考。

基本知識

通常我們以 0dB 作為基準音量,在數位訊號上,最高只能紀錄到 0dB,不能再大聲,否則會被剪(cut)掉,聽起來就是破音的現象。因此如果想要錄下一段非常飽滿的聲音,必須先確定這一段聲音中的最大聲處,不能超過 0dB,而要盡量逼近 0dB,才開始錄音,這樣就可以錄下非常飽滿的聲音了。

我們在閱讀關於聲音品質分析的圖形時,一般來說,縱軸是音量,單位是 dB(分貝);橫軸是頻率,從左往右是低頻往高頻,單位是 Hz(赫茲),而且從左往右的頻率分隔並不是線性的(linear),越往高頻,頻率之間的密度越高。在閱讀時務必先有這個概念,不要看錯了。

頻率範圍又與取樣頻率有關,例如以音樂 CD 的品質來說,每秒取樣 44100 次,那麼頻率範圍能夠達到的理論上限就是 44100 的一半,也就是 22050Hz。所以在閱讀圖形時,請注意取樣頻率值,在 96000Hz 的圖形中,頻率範圍自然延伸到 48000Hz,所以不要看到在右邊部分衰減就以為成績不好了,要看他是在什麼值才衰減的。人耳對於高頻的感受能力因人而異,年紀越大,能夠聽到的頻率也越低,一般來說能聽到 18000Hz 就相當不錯了,因此,過高的響應頻率,對於人耳來說不會有直接的感受。

觀看數據時,記得要注意正負號。

頻率響應

好的頻率響應,是在每一個頻率點都能輸出穩定足夠的訊號,不同頻率點彼此之間的訊號大小均一樣。然而在低頻與高頻部分,訊號的重建比較困難,所以在這兩個頻段通常都會有衰減的現象。輸出品質越好的裝置,這一條頻率響應曲線就越平直,反之不但在高低頻處衰減的很快,在一般頻段,也可能呈現抖動的現象。


透過 compare results 功能,可以比較兩組取樣頻率相同的圖形。由圖形可以知道,ONKYO SE-120PCI 從 2000Hz 開始往上提高,大約到了 18000-19000Hz 已經提高了近 1.3dB,隨後開始衰減下來,而 CardDeluxe 則一直很平穩的在 20000Hz 附近才衰減下來,而且只掉了 0.2dB 左右;又因為這一份是 48000Hz 輸出品質的測試,所以高頻最多只會到 24000Hz,因此才會迅速衰減下來。


這是一個在低頻部分響應頻率不佳的例子,一直到 300Hz 左右才到達 0dB 正常位準。

噪音值

「噪音」的簡單定義就是在處理過程中所自行產生的訊號,而這些訊號與輸入訊號無關,就可以定義為「噪音」。這一個值越小越好。


圖中表示的是從低頻到高頻,噪音的分佈情況。圖形位置越低,震幅越小,成績就越好。

動態範圍

動態範圍(Dynamic Range)測試的是最大不失真訊號與噪音值的比例,此處的噪音指的是沒有訊號輸出時的噪音值。動態範圍的值越大越好。

音響界習慣用 -60dB 來檢測這一個數值。因為輸出音量接近滿載時,THD 的表現會比較差一點,而此時產生出來的諧波,會蓋掉原本就存在的背景噪音,使得我們要測試的最大不失真音量與沒有訊號輸出時的噪音值之間的落差與比例縮小,造成成績下降。為了帳面上的好看,用 -60dB 的音量去輸出,不容易達到器材的滿載,也就不容易造成 THD 增多的現象,如此一來測試成績會比較好看。


因為是使用 -60dB 的 1000Hz 訊號去測試,所以圖形中在 1000Hz 的為置有波峰,且峰頂位於 -60dB 附近,而在 1000Hz 一旁的噪音與諧波,自然是越低越好。

訊噪比

訊噪比(SNR,S/N,Signal-to-Noise Ratio)雖然在本次測試中沒有被引用,但由於這一個名詞時常見到,也容易與動態範圍產生混淆,所以一併提出解釋。訊噪比測試的是最大不失真訊號與噪音之間的比例,此處噪音的定義是有訊號發出時所伴隨的調變噪音(Modulation Noise)加上器材原本就有的噪音。相對於動態範圍測試的噪音部分是只有無訊號輸出時的噪音而有所不同。這一個值越大越好。

總諧波失真

Total Harmonic Distortion,簡稱 THD。在講解之前,先來瞭解 Harmonic Distortion,也就是諧波失真。諧波失真用來表示檢測非線性失真(Nonlinear Distortion)的結果,非線性失真的定義是輸入訊號經過處理後,輸出時所產生的錯誤部分,這個錯誤部分與原本的輸入訊號無關,通常會在輸入訊號以外的頻率產生其他錯誤訊號。總諧波失真則是用來測試每一個從原始訊號產生出來的新頻率,也就是剛才定義的非線性失真,這些屬於非線性失真的頻率就稱為諧波(harmonics),而且這些諧波的產生位置是原始訊號頻率的整數倍位置,例如 1000Hz 的諧波就是 2kHz、3kHz、4kHz 等。測試 THD 時,是發出 1000Hz 的聲音來檢測,所以圖形中在 1000Hz 的位置會有峰波,我們要觀察的是 1000Hz 右邊產生出來的諧波多寡。這一個值越小越好。

在真空管的機器上,THD 通常相當的多,但是這卻讓聲音產生溫暖和諧的感覺,不過一般的電晶體裝置,例如解碼器、音效卡,其上的奇次諧波(以 1000Hz 來說,3k、5k、7k 就是它的奇次諧波)不會讓聲音變好聽,所以其 THD 值還是要越低越好,通常高品質的裝置都會低於 0.002%。


圖中最高點是 1000Hz,這個是主動輸出的訊號,但是因為會產生諧波,所以在右邊的 2000Hz、3000Hz、4000Hz 等位置都會產生訊號出來,這個就是多餘的諧波失真部分。這些突出的圖形越少越低,就表示其諧波失真的程度越好。

互調失真

IMD,Intermodulation Distortion 的縮寫。IMD 也是一種測量非線性失真的方式。互調失真是來自於兩個頻率 F1 與 F2 在 F1+F2 與 F1-F2(取絕對值)所產生的諧波,這些諧波彼此之間又能繼續組合出和、差、乘積。舉例來說,14kHz 與 15kHz 的諧波失真就包括了 1kHz 與 29kHz,而透過其中的 1kHz,又能與 14kHz 組合出 13kHz,依此類推。測量這些位置的諧波大小,就是互調失真。測試時是發出 19kHz 與 20kHz 兩個頻率的聲音,所以圖形上在 19k 與 20k 的位置會有峰波,我們可以藉此觀察在 19k 左邊的圖形是否有過多的諧波產生出來。這一個值越小越好。


圖為一個互調失真過多的例子。

立體聲分離度

檢測左(右)聲道的聲音,漏到右(左)聲道的情況。雖然在數位訊號上,要做到 100% 的左右聲道獨立是非常簡單的事情,然而我們實際要聽的是類比訊號,而能夠發出類比訊號的器材,就無法達到此一理想狀況,可能在左聲道的訊號,也能夠在右聲道取得一點點細微的相同訊號,這就是串音(crosstalk)現象了。圖形的意義表示在每一個頻率點時聲音的分離度,通常都會有高頻的分離度較差的情況。這一個值越小越好。

測試的時候發現,這一個值的不穩定狀況比較嚴重,也就是說,同一款產品每一次測試,這個成績都可能相差 2 至 3 個 dB 以上,所以要與其他產品比較此項數值的優劣時,如果彼此差距不大,其實並不需要強制分出高下,因為多測試個幾次,會在此項上互有輸贏的,我們瞭解個大概即可。


圖為一個分離度從低頻到高頻都尚稱均勻的例子,雖然這樣看起來不錯,但問題是平均落在 -73dB 左右,其實不夠好。

歷史上的今天...

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