智能设备的音频测试

在传统的麦克风测试中，待测麦克风放置在距离经校准的声源一定距离的位置。麦克风接收到的信号直接输入音频分析仪，并生成测试结果。

在传统的扬声器测试中，待测扬声器放置在距离经校准的测量麦克风一定距离的位置。扬声器播放已知信号，由测量麦克风接收后直接输入音频分析仪，并生成测试结果。

这两种传统测试均属于“闭环”（Closed Loop）测试。测试信号由音频分析仪产生，经过待测设备的信号链后，再返回音频分析仪，整个过程几乎没有延迟或仅有极小的延迟。

然而，在测试智能设备时，通常无法采用闭环测量，因为这类设备没有用于接入信号链的专用音频输入和输出接口，因而无法分别测量设备内部的麦克风和扬声器。也就是说，我们无法直接接触麦克风或扬声器背后的连接线，除非破坏设备。

用于测量 Echo Dot 的测试系统包括：

• FX100 音频分析仪；
• 经校准的 M2010 测量麦克风，用于采集 DUT 扬声器发出的信号；
• 经校准的 NTi Audio TalkBox 作为声源，用于向 DUT 麦克风播放信号；
• 一台笔记本电脑或移动设备，用于访问 Amazon Echo 云服务。

a) 媒体库

名为“TestSignal”的测试信号文件预先生成，并存储在本地或云端媒体库中。要播放“TestSignal”文件，需要通过相应的语音指令控制智能音箱。该语音指令同样预先生成，存储在音频分析仪中，并通过 DUT 附近的另一只扬声器播放。此配置下，完整的扬声器测试分为三个步骤：

• 音频分析仪通过 DUT 附近的扬声器播放预先录制的语音指令“Alexa, ask my media to play TestSignal”。
• Echo Dot 通过其麦克风检测到该语音指令后，从媒体库中调用“TestSignal”音轨，并通过自身的扬声器播放该信号 – 该扬声器即为待测扬声器。
• 经校准的测量麦克风直接将扬声器信号采集并输入音频分析仪，随后显示测量结果。

b) 扬声器测试信号

音频文件“TestSignal”用于测试扬声器参数，由三个部分组成：

• 1 kHz / 1 s 正弦波。 用于使各种信号处理算法进入稳定状态（例如自动增益控制）。
• 触发信号序列。 该信号可被音频分析仪识别，用于触发分析仪开始数据采集。同时，触发信号还用于校正 DUT 与音频分析仪之间的采样率差异。
• 100 Hz–10 kHz / 1 s 滑频信号。 该滑频信号是测量过程中实际进行分析的信号。所有与扬声器相关的可测参数均可并行测量。

“TestSignal”文件可以直接通过 FX-Control 软件生成，并保存为 .mp3 或 .wav 文件格式。

c) 扬声器测试参数

通过该测试可确定以下扬声器测量参数：

• 频率响应，单位 dBSPL
• 失真响应，单位 %
• 1 kHz 灵敏度，单位 dBSPL
• 1 kHz 总谐波失真（THD），单位 %
• 杂音异音（Rub & Buzz）响应，单位 Pa/s

扬声器测试参数

d) 蓝牙接口

另一种方式是让智能音箱从蓝牙音源播放音频。因此，可以由音频分析仪播放“TestSignal”文件，再通过蓝牙转换器将信号发送至 DUT。这形成了一条“闭环”（Closed Loop）信号链。

闭环系统

遗憾的是，无法直接获取 Echo Dot 的麦克风信号。因此，没有可用的闭环测量方案。

a) 访问 Echo 命令历史记录

我们可以利用 DUT 的麦克风录制测试信号，并在几秒后访问这段录音。

每当 Amazon Echo Dot 识别到唤醒词“Alexa”时，它会立即开始录制音频，直到信号电平低于背景噪声。

此外，用户还可以通过 Amazon Alexa 应用访问这些录音，既可以通过网页浏览器访问，也可以通过移动设备访问。

利用这两项功能，智能音箱麦克风的测试流程如下：

• 播放麦克风测试信号。该信号包含唤醒词“Alexa”的语音录音开头。
• 几秒后，即可通过 Amazon Alexa 应用播放这段测试信号录音。操作人员播放该录音，并将其电信号输入 FX100 分析仪。随后显示测量结果。

b) 麦克风测试信号

麦克风测试信号以包含唤醒词“Alexa”的语音录音开始，用于触发 Amazon Echo Dot 进行录音。

此后，该信号的结构和功能与前面所述的扬声器测试信号相同。

c) 麦克风测试参数

通过该测试可确定以下麦克风测量参数：

• 频率响应，单位 dBV
• 失真响应，单位 %
• 1 kHz 灵敏度，单位 dBV
• 1 kHz 总谐波失真（THD），单位 %

麦克风测试参数