技術文庫

市售20款HDMI線纜深度剖析與品質效能大比拼
2014 2014-01-20

近年來HDMI介面逐漸取代傳統的DVI和VGA介面,成為各式電腦、智慧型電視、數位機上盒以及藍光播放器等的主要影音傳輸介面。在面對市場上五花八門的HDMI纜線產品,價位從幾百元至上千元不等;究竟消費者在選購HDMI線纜時,如何能做最好的選擇而不單單只是直覺地視覺感受。有鑑於此,為了協助消費者或採購商更明白市面上林林總總的HDMI線纜品質,百佳泰(Allion Labs, Inc)對於各類型線覽的品質與效能做了一系列的分析。

我們首先聚焦日本市場的線覽品牌,從日本通路上挑選20款較具代表性且通過HDMI協會認證的HDMI線纜,選擇的範圍包括各大小品牌、價位從日幣450元至15000元不等,透過一系列線纜與連接器測試項目來進行專業的驗證與競爭分析,希望可以更進一步了解目前市售的線纜品質,並分析價錢與品質是否有直接的關聯性。我們也期許百佳泰的評測報告是一份兼具技術深度的效能評估資訊以提供所有消費者或採購商參考。

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在測試項目方面,我們不僅參考HDMI協會所推出的認證項目,更依據百佳泰豐富的HDMI測試經驗,搭配高精密的線纜與連接器測試儀器與環境,進階延伸出五類測試項目。測試目的不僅僅是基本的HDMI測試,而是根據現實生活中可能遇到的使用情境去刻劃現今HDMI線纜必須具備的品質與效能,最終透過20款HDMI線纜的實測結果來作各品牌間的競爭分析,詳細的測試項目包括:

1. 眼圖測試(Eye Diagram Test)

2. 訊號衰減測試(Attenuation/Insertion Loss Test)

3. 電磁干擾測試(EMI Test)

4. 插拔力測試(Insertion & Withdrawal Force Test)

5. 耐久力測試(Durability Test)

由於不同的測試項目擁有相異的技術原理與測試條件,因此我們會先帶大家稍微領略一下各測試項目的理論基礎,緊接著進行實測結果的分析;特別的是,在各種測試項目中,我們將設定不同的評斷標準(judge criteria),以符合20款HDMI線纜競爭分析的優劣要求。

1. 眼圖測試(Eye Diagram Test

眼圖是一項時間序列的分析工具,讓測試結果能夠清楚顯示時間和訊號強度的誤差,並藉以評估纜線的效能。如表二的示意圖,由於眼圖是非常易於辨識最大抖動以及電壓強度誤差的指標,我們可以直接並清楚觀察出其眼圖的形狀是否表徵一顆張開的眼睛,越完整的眼睛代表其訊號的品質就越好。然而當訊號誤差增加時,眼圖中心的黑色空間就會縮小,訊號壓到邊界,就會讓螢幕顯示器上產生雜訊、馬賽克、亂屏閃爍、無預警斷訊甚至是黑屏的狀況。

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因此我們根據HDMI的規範標準來測試20條纜線的眼圖形狀是否完好,在高速傳輸的過程中能否保持影、音資料的完整性。測試結果如表三所見,大部分牌子線纜的眼圖測試皆在標準之上,只有少數幾家的品質較不穩定。由此觀之,在我們隨意從市面上採購而來的線纜仍是有品質上參差不齊的疑慮,而造成其HDMI纜線品質與效能不穩定的可能肇因為其線材的含銅量過低,使其訊號的阻抗太高;另一方面,如果抗干擾的設計不良,不同訊號間就會互相干擾,使得頻率失準。

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2. 訊號衰減/插入耗損測試(Attenuation /Insertion Loss Test

訊號衰減又稱作插入耗損,指的是連接在輸出埠與輸入埠之間的纜線或元件產生的訊號損耗或衰減,也就是功率的損失或電壓幅度相對於原訊號幅度的落差。這些衰減或損耗通常取決於其線材的加工品質或長度,長距離的線材較短距離線材容易產生較多的訊號損失,造成連線失敗或不穩定狀況,使得影音傳輸中斷如影像閃爍或音頻失真(這次的評測,我們設定了使用2米長的線纜來做測試)。另外,連接器與線纜的阻抗搭配性不良也會讓訊號衰減而降低訊號的幅值。因此,測量訊號衰減/插入耗損能幫助我們了解一條線纜的設計與用料品質。以表四為例,我們根據HDMI協會的規範標準得知紅色limit line值(limit line value)代表正常的訊號幅值,當訊號衰減幅度過高以致於低於協會標準,我們就可判定其線纜品質不佳。

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有了上述HDMI的最基本規範標準,我們在分別從825MHz、2475MHz、4125MHz以及5100MHz四個頻率點中去測量其訊號的衰減值(test line value),透過規範所定義的紅線值減掉實際測到的衰減值(limited line value -test line value)加總, 可以從表五的測試結果發現,數據越大代表其訊號衰減(插入耗損)就越少,其中又以前20%高的HDMI線纜如Vodka、Panasonic、Hypertools以及Victor.JVC表現最佳。

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3. 電磁干擾測試(EMI Test

電磁干擾EMI指的是任何可能降低裝置或系統性能,以及對人類自身安全產生損害作用的電磁現象,過高強度的電磁波除了會干擾其他無線裝置如手機、無線調頻外,長期下來也會對身體有害。如果線材本身的隔離包覆性不夠,就容易使電磁波洩漏,因此電磁干擾EMI測試的目的除了能保障消費者的安全性之外,也確保電磁不會干擾其線纜的品質或效能。尤其, 電磁相容性(EMC)測試標準EN55022明確定義了一條EMI基準線。我們除了根據此標準外,更嚴格仔細的測試各HDMI線纜的EMI變化,目的就是希望能得到最可靠的測試結果,只要超出其紅色limit line基準線皆意謂其EMI測試失敗。從表六的示意圖就可以發現,正常產品的EMI測試結果應在紅色limit line以下,才能符合EMI電磁干擾的規範要求。

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值得注意的是,20款HDMI線纜在這次的電磁干擾EMI測試全數皆未達HDMI規格的基本要求。對此,我們只好將測試結果先以20款組內相對比較的方式來呈現,超過紅色limit line的幅值越小,代表整體的改善空間較高並在EMI干擾的問題上不算太嚴重。反之,如果是幅值超出紅色limit line過多,後續所需的驗證與修改就越急迫。從表七的結果可發現,大部分線纜的EMI測試結果都不佳,不但意謂著業界普遍存在的EMI干擾問題很嚴重外,也透露出其EMI測試與驗證的過程中,需要更嚴謹與專業的實驗室涉入協助調校,才能為廠商找到降低電磁干擾EMI不穩定的方法。

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4. 插拔力測試(Insertion & Withdrawal Force Test

插拔力測試對於一條線纜來說是非常重要的,因為與使用者在線纜與連接器的使用情境息息相關,使用者的手感、力量皆會對相互配對的兩端產生連結與分離的物理作用力量,像是作用力和接觸力。而測試的目的即是確保這兩造插入、拔出的外在力量不會使連接產品發生斷訊現象。如果力量太大,就容易損壞裝置上的元件;力量太小,則會使得連接器接觸的效果不好,容易產生畫面干擾與雜訊。因此,我們將透過儀器模擬多次插拔動作,才能瞭解線纜或連接器內部的機械構造設計是否在經過測試過後有異常損壞發生或難以插拔,導致功能失效或是使用上的不方便。

在評斷標準上,我們將定義力量介於大、小之間的中間力量值為最佳。根據HDMI規範標準,插入力在44.1N以內即合乎標準,因此我們取中間值22.05N + / – 10%為最佳力道。另一方面,HDMI規範標準的拔出力最大為39.2N、最小為9.8N,我們取中間值24.5N+ / – 10%左右為最佳力道。從表八測試結果可發現,Supra與Sanwa兩品牌線纜的插拔力最處於中間值,其線纜對力量插拔動作的反饋將最為穩定,長期下來將不致影響功能的表現。

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5. 耐久力測試(Durability Test

耐久力測試是另一項與消費者較直覺相關的測試,可以確保線纜在與不同的裝置多次配對後仍可以正常運作,亦稱線纜本身的使用壽命或期限。此測試將可以評估線纜與連接器在經過連續使用一段時間後,其電鍍層的磨損、鬆弛狀況,確認線纜與連接器能在使用期限內能滿足其宣告的功能要求,並且在承受多次的插拔後,能避免線纜損壞或連結器脫落的狀況,間接影響訊號匹配的問題。根據HDMI的最低要求是,線纜與外部裝置連結的耐久力要求為10000次;在我們的評測裡,我們將耐久力測試提高到 15000次,之後我們再將線纜分別進行插入力與拔出力的測試。如果測試中的插拔力能一直維持在中間值力道,代表其線纜的品質就越佳,不會傷害到連結器內部的元件或結構等。從表九的結果可發現,普遍線纜產品皆擁有基本的耐久力,符合HDMI規範標準的要求,惟Amazon、PCI、MotionTech以及Pioneer相較之下各自在插入或拔出力有更突出的表現。

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線纜與連接器專業測試 一網打盡驗證關鍵

從各項實測結果的整合結果來看(表十),雖然普遍認為價格高昂的產品應採用較好的選材以達到最佳品質與效能,但其實不然,許多價格低廉的線纜只要能按照HDMI的規範標準來產製,依舊是可以達到一定程度的水準。換言之,消費者或採購商日後在採購相關線纜時,或許更需要貨比三家以及尋求專業實驗室的評比報告,才能從中挖掘箇中翹楚。

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此份競爭分析評鑑報告僅以百佳泰挑選的部分線纜與連接器進行測試,即發現在各種不同的測試項目中,20款市售HDMI纜線就有迥異的效能表現。看似稀鬆平常的線纜其實在產品設計與驗證的整合上仍需要更專業的建議與改進,透過反覆的測試與驗證才能確保最高品質,讓C/P值更名符其實。百佳泰作為領航全球的專業驗證機構,甫成立線纜與連接器專業測試中心,除能提供USB 2.0與USB 3.0規格版本的線纜與連接器完整相符性認證測試,同時也是HDMI協會認可的HDMI線纜專屬測試實驗室,針對如HDMI連接器,以及DisplayPort、MHL、SATA等各式不同技術規格的線纜與連接器,提供包括高頻訊號、機械特性、電氣性能、及環境變化等類別的精密測試與驗證。隨著線纜與連接器測試中心的成立,我們更希冀看見品質、效能以及成本售價皆能兼具的成熟產品於市面上競爭,讓廣大的消費者能從中獲取最大實用利益,未來我們也將針對其他市場的產品做進一步的評測與分析。(備註:本文所呈現之部分測試數據因涉及百佳泰所開發之評斷指標,因此不予以詳細公開,如欲瞭解更進一步的測試計劃或報告內容並予以參考指教,請逕洽百佳泰。)

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