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電容產品 音質評測解析(上)-標準基礎測試下的差異
2015 2015-10-19

隨著PC產業漸趨飽和,越來越多主機板業者開始往高音效品質的產品設計發展,也因此「高音效」產品的主機板便逐漸普及於一般消費者市場,標榜著高音質專用的零件及配件也如雨後春筍般出現。

電解電容常與發燒音響做連結,而今天百佳泰要探討的課題就是,音響業者常常說的「悅耳」、「乾淨」、「深厚」,是否可以透過某些特殊定義的測試呈現出來。百佳泰在這次的測試中,將使用儀器來做音質的量測,以不同角度來衡量不同特性的電容產品,進而測試其對於音質相關項目的差異性。

 

測試相關資訊:

  • 測試儀器: AUDIO Precision SYS-2722& AP585
  • 待測物:相同規格容量之100uF/6.3V 電解電容和固態電容
  • Test Bed:Asus Z97-K主機板

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測試重點以兩種不同材質電容使用於高音質主機板上,對音質的差異及影響。

測試項目: 共有七項,將於下方逐一介紹:

1. Full Scale Output Voltage

本項目旨在測試產品在可容許失真範圍內的最大傳輸電壓。通常失真程度在超出原始訊號的1%時,代表輸出的強度超過產品的工作範圍,音訊的波形會產生截波的現象,而使得聲音產生不好的聽覺感受,例如破音。因為涉及到失真的檢查,我們必須預防人耳聽不到的頻率範圍外的失真或噪音也被計算進來,所以儀器上的高通和低通率波器會設定成限制頻寬在10Hz-22KHz,而在此項以THD+N 1%以下測得的最大輸出電壓,當作是後續其他測試項目的參考電壓。。

2. Total Harmonic Distortion+ Noise Frequency

理論上訊號經過轉換輸出時,會產生非線性的失真。簡單來說,當輸入1KHz頻率的訊號時,會在其倍數的頻率(2KHz、4KHz)產生諧波,原始信號加上這些諧波一起輸出時,自然不會和原始訊號依樣,我們稱為諧波失真。

3. Range

動態範圍指的是一個信號中最大信號強度(原始訊號)和最小失真或雜訊的比率,在16bit的數位信號中,其理想的最大值為-96dB,此項目時常和信噪比(SNR)混在一起,通常兩者的結果數據都差不多,但在測試方式有些許不同,音響界習慣輸入-60Dbfs的微弱訊號,可能是因為輸入微弱訊號比較貼近真實使用情況,然後觀察其產生的失真(正常情況下如此微弱的訊號其產生的失真等同於噪訊),和最大不失真輸出電壓做比較,這個失真和參考值的距離比率,就是動態範圍。除此之外,業界普遍會在量測數據上,額外透過一個”A加權”的過濾曲線,來過濾掉一些高低頻的訊號能量。此曲線是針對人耳對頻率的靈敏度而研究出來的曲線,透過該曲線,會扣除掉人耳不靈敏頻率區域中的失真雜訊,所以測量結果會相對美化不少。

4. Noise Level during system activity

噪音指的是產品本身自行產生,和輸入的訊號無關。原本信噪比被量測的意義在於最大不失真訊號和雜訊的比例,但在使用時大部份人都不會在實際聆聽時遇到無訊號的情形,所以Dynamic Range相對SNR較為實際,但同樣的量測手法用來監視系統是一個方便又多元的方式,檢查系統在某個特定行為之下輸出的電位有多高,相對參考值是多少dB?可以應用在許多不同的目的上(例如監視系統在重開機過程中會不會產生異常的爆音)。

5. Frequency Response

輸入一個-20dBFS(Follow AES17)強度的全頻訊號(20Hz-20KHz),然後使用儀器觀察產品輸出電壓在各頻率是否表現的穩定以及夠力,是否有衰減或是抖動過大的情況,這是檢查非線性最直接的方法。任何的零件或電路設計不良都有可能讓訊號通過後,產生某個頻率的衰減,同時,過大的失真也會造成另外的一種衰減,例如15KHz產生過大的失真雜訊,則訊號加上失真的能量變大,相對之下15KHz以外的訊號變的較小,假如將15KHz的電位歸零,則在圖型上其他的頻率相對的變成了一種衰減。

6. Crosstalk vs Frequency

串音,也有人叫它分離度,主要是檢查二個聲道彼此洩漏信號的程度。在類比的信號輸出上,串音是不可避免的一種情形,對使用者帶來的困擾在於所謂的立體聲在每聲道傳遞的信息和相位皆不同,若是信號有某種程度的混合,則立體感和音場定位將大為模糊。我們需要準備二個訊號,-20dB全頻左聲道有聲,右聲道無聲的立體聲檔案,和另外一個內容相反的檔案,因為Mono的聲音被輸入後會被複製到二個聲道,所以我們需要的是立體聲的檔案,只是其中一個聲道沒有任何信息,或是信號十分微弱。

7. Inter-channel Phase Delay

理想的音頻系統應該保持各聲道相位信號的一致性。相位測量是代表檢查一個波型的信號,相對於另一個波型的信號,在某個時間週期間內的時間差,相位差有很多情形,在這裡是代表通道間的相位差,以度為單位。本測試的重點為信號在進入和輸出時,在不同聲道是否產生延遲不同步。檢查相位和電位關係不大,我們依照Audio Precision對測試電腦產品的範本內的設定,採用的是-6dBFS全頻的信號,全面性的檢查相位差在各頻率產生的情形。

了解各測試項目後,百佳泰即開始進行第一次測試,測試結果如下。

1. Full scale and Sampling Frequency Accuracy

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本產品符合規範定義1%失真以下要有1Vrms以上的輸出,事實上輸入0dBFS的訊號後音量開到最大也只會量測到0.012%的失真,精確一點來說,不用到1%,0.2%以上的失真,在波形上就可以很明顯的感受到不同,採樣頻率精確度也在規範0.02%以下,因此電容的更換在本項目明顯看不出差異。

2. Total Harmonic Distortion Amplitude Plus Noise vs Frequency

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電解電容 with 48K audio

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固態電容 with 48K audio

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電解電容 with 44K audio

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固態電容 with 44K audio

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本產品符合規範定義20Hz-20KHz的頻率範圍內,總諧波失真加噪訊小於-80dBFS以下,同時沒有發現Re-sample error的情形,而電容的更換在本項目看不出差異。

3. Dynamic Range (A-Weighting)

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本產品符合規範定義在A加權後的數據小於-90dB,而電容的更換在本項目小於1個dB,若算上量測數據跳動的誤差,等於沒有差異。

4. Noise Level during system activity (A-Weighting)

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本產品符合規範定義在A加權後的數據小於-90dB,而電容的更換在本項目小於1個dB,若也計算量測數據跳動的誤差,等於沒有差異。

5.Frequency Response

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電解電容 with 48K audio

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固態電容 with 48K audio

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電解電容 with 44K audio

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固態電容 with 44K audio

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本產品符合規範定義Low band的衰減小於3dB,High band衰減小於1dB,Passband的Ripple小於正負0.25dB,更換電容在本項沒有明顯的差異。

6. Crosstalk vs Frequency

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電解電容 with 48K audio

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固態電容 with 48K audio

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電解電容 with 44K audio

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固態電容 with 44K audio

技術前線

本產品符合規範定義在20Hz-15KHz的頻率範圍內,二聲道互相洩漏電量小於-60dBFS,更換電容在本項沒有明顯的差異。

7.Inter-channel Phase Delay

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電解電容 with 48K audio

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固態電容 with 48K audio

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電解電容 with 44K audio

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固態電容 with 44K audio

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量測結果顯示,本產品符合規範定義在20Hz-20KHz的頻率範圍內,二聲道彼此的相位角度差異小於30deg.,更換電容在本項沒有明顯的差異。

 

第一次測試結論

從量測的過程中和測試所得到的結果,不難發現受測試的所謂高音質主機板,的確呈現出高品質的測試結果,即符合Windows Logo Program中對Premium Desktop等級的音質規範(最高要求)。

在針對電解電容以及固態電容相關音質測試的部份,在這一次的測試過程中,每一個項目的測試數據都相當接近,並不足讓我們分辨出其中的差異,意味著我們想要從中提出測試的手法來證明音質的部份,在這一次的測試並沒有達到。

要如何從測試中去發現電解電容和固態電容的差異?要在什麼情況下才看的出差異?百佳泰將變化標準測試的條件以及手法,讓音質的差異性從新的測試手法中被萃取和分離出來。

第二次測試結果將於電容產品 音質評測解析 (中)非標準化進階測試的差異公開。

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