先前無線藍牙®耳機的共存測試(TWS 真無線藍牙耳機干擾與不同步之研究)目的在於關注於耳機實體按鍵控制的延遲問題,以及聆聽音樂時因無線干擾而產生的異常音狀況。為了要重現干擾情境中藍牙耳機的狀況,在電波隔離室中以實際的無線產品當作干擾源,來影響藍牙耳機訊號的傳輸。在此情境下所觀察到的音頻狀況以音頻分析儀解析,判斷SER (Sound Error Rate)是否在5%以下。
➩ 其他細部的解說請見原稿出處: https://www.allion.com.tw/tws-bluetooth-earbuds-testing/

在概述完先前藍牙耳機共存測試的架設目的及手法後,我們將說明先前測試架設中所會遇到限制或需要調整的問題,請見下圖一為測試架設簡圖:

(圖一) 無線藍牙耳機的無線共存測試架設圖

環境架設相關問題及限制:

  • 此架設只能執行藍牙耳機的BT Mode測試 (直接與PC配對),無法執行耳機Dongle Mode的測試(經由Dongle配對)
  • 此架設只能驗證耳機,無法驗證麥克風的效能
  • 藍牙耳機的收音工具並非專業的聲學量測設備,可能造成測試無法一致。
  • 干擾源為實際的WiFi無線產品時,WiFi干擾源間較容易互相干擾,造成WiFi干擾源訊號不穩定的情形,而可能致使測試無法一致。
  • 以SER(Sound Error Rate)的結果來判斷藍牙耳機的表現,SER越大表示藍牙耳機的表現越差,是負相關的判讀方式,因此沒有那麼直觀且好理解。

那在了解先前藍牙耳機共存測試中的相關問題後,接下來透過下列事項說明百佳泰在無線藍牙耳機共存測試手法中的精進與改變:

  • 環境架設說明
  • 無線耳機功能測試項目
  • SCR vs SER 理解度差異
  • 實際測試結果

環境架設說明 : 
為了模擬藍牙耳機在不同干擾場域的使用情形,執行測試時會將藍牙耳機放在電波隔離室內,以隔絕外在訊號干擾,再藉由調整干擾源來達成模擬不同場域的測試情境。
新的架設簡圖,以下再分做幾項重點來說明與之前架設的不同處 (下圖二):

(圖二) 新無線藍牙耳機的無線共存測試架設圖

  • 無線信號架設連接模式
    以電腦與藍牙耳機連線進行測試,連線方式可由電腦的藍牙功能直接連線(BT Mode)或是透過Dongle連線(Dongle Mode)。
  • 音頻分析架設 (Audio Analyzer & HATs)
    在測試過程中為了要分析藍牙耳機在干擾情況下的音訊表現,我們把藍牙耳機待測物掛上聲學人偶HATs (Head and Torso Simulator) (如圖三),以聲學人偶上的仿人耳與仿人嘴模型,來模擬真人的相關聲學效應,再搭配上音頻分析儀( Audio Analyzer)連接於後端分析音頻。

    (圖三) 聲學人偶 (HATs)
  • 2.4GHz干擾天線
    由架設簡圖可知與訊號產生器連接的干擾天線架設共有4支,且4支天線擺放於HATs周圍的4個方向。干擾天線擺放以HATs為中心位置,HATs的正面、背面、左邊、右邊,四個方向各有一隻干擾天線。當4支天線一起發射干擾訊號時,我們可以模擬藍牙耳機四周都有干擾源的情境。或是單獨使用一隻干擾天線發射干擾訊號,則可以模擬不同單方向的干擾情境,而可以得知藍牙耳機在哪個角度下較容易受到干擾訊號的影響。

    (圖四)干擾源方向的架設示意圖
  • 2.4GHz干擾源
    WiFi干擾源改由訊號產生器(Signal Generator)來產生,以方便控制不同的干擾變因,而讓干擾模擬情境接近實際場域情形,干擾環境的變因如下: 干擾訊號的強弱、頻道使用率(Utilization %)、使用的無線技術(DSSS、OFDM…)、使用頻寬、干擾來源數量。另外,藍牙之跳頻干擾部分,因其跳頻機制較為複雜,所以為了要更貼近實際藍牙的跳頻行為,所以藍牙干擾都以實際藍牙裝置來產生。以上藉由調整不同干擾變因而能有不同程度的干擾情境設計,以鑑別出藍牙耳機抗干擾能力之優劣。

無線耳機功能測試項目 : 
無線耳機的共存測試目的是以使用者體驗的感受為判斷依據,在使用場域中可能的連線模式有兩種,BT Mode及Dongle Mode。 而這兩種連線方式下的無線耳機在受到干擾時,耳機的麥克風功能(Mic)以及聆聽功能(Speaker)皆可能有影響。因此對上述問題,相對應的檢測項目為:

  • 無線耳機連線模式:
    使用具藍牙連線功能的電腦直接與藍牙耳機連線,就可執行BT Mode的相關測試。而若把Dongle插上電腦的USB Port再與耳機連線,則可執行Dongle Mode的相關測試。
  • 無線耳機播放測試:
    透過無線耳機撥放單音頻檔案,再由聲學人偶收音之後,經後端的音頻分析儀分析當中的異常音狀況次數,如此評估出耳機的聆聽功能(Speaker)所受干擾影響的程度。
  • 無線耳機麥克風測試:
    透過聲學人偶的人工嘴撥放出單音頻音源,再由耳機之麥克風錄音至連線電腦端,錄音檔由音頻分析儀分析當中的異常音狀況,來評估耳機的麥克風(Mic)所受干擾影響之程度。

SCR vs SER 理解度差異 :
在無線耳機共存實驗中,皆以單音頻為測試音檔,當耳機受干擾時,音頻表現上就會有一些異常狀態,而在統計這些異常狀態後而得到SER (Sound Error Rate),其判讀上與藍牙抗干擾能力為負相關,但我們希望以更直觀的指標來觀察無線耳機抗干擾能力的優劣,而將音頻錯誤率(Sound Error Rate)結果轉換成音頻正確率 (Sound Correct Rate),也就是以100%減去SER的結果,而得到SCR的結果,而SCR的數值判讀就會是與無線抗干擾能力為正相關,讓判讀上較容易理解。另外,無線耳機的使用者對於SER容忍範圍約落在5%內,而相對於SCR數值來說就會是95%以上,為可接受的範圍,詳細聽感對比結果請見下表一。


(表一) 使用者對於音頻確率的實際感受

實際測試結果 :
本次測試包含三款無線耳機,每款耳機皆有兩種連線模式: BT Mode、Dongle Mode,以這兩種不同的連線方式之下去觀察耳機的聆聽功能(Speaker)及麥克風功能(Mic)所受干擾環境的影響。以下的圖五是BT Mode的結果,三隻測試耳機的Speaker部分,SCR都有95%以上,都屬於使用者能接受的表現範圍。然而Mic的部分(請見圖五),J牌在左邊的干擾角度之下及全方向的干擾時SCR都低於95%,而其他兩隻耳機則仍保持SCR:95%以上的水準。可見BT Mode麥克風功能受干擾的影響大於聆聽功能,而在麥克風測試中J牌的表現是最差。


(圖五) BT Mode Speaker / Mic Test

以下圖六是Dongle Mode的結果,Speaker功能的部分,三隻耳機的差異不大,且SCR數值都大於95%以上。而Mic的結果看來,只有P牌的結果最差,且不論是在什麼樣的干擾角度情形,可見此耳機在Dongle Mode之下的麥克風功能,較其他兩隻耳機更容易受干擾影響。

 (圖六) Dongle Mode Speaker / Mic Test

由以上BT Mode及Dongle Mode的結果來觀察,Speaker功能不論是以哪種連線模式進行測試,大部分耳機的SCR都能維持在95%以上 ; 然而Mic功能的SCR結果不論以哪種連線模式進行測試,不同廠牌耳機彼此差異比較大。在說明造成此差異的原因之前,需要先說明一下,Mic和Speaker測試時發射端與接收端的角色關係 : 在Speaker的使用行為,耳機主要是作接收,電腦是發射端;而Mic的使用行為,耳機則是作傳輸,電腦是接收端。而通常電腦整體的無線發射效能會比耳機高,因此這可能就造成Mic測試下,因耳機的無線發射效能較低的關係,讓Mic功能容易受干擾影響而有不同的SCR結果。
在互聯技術不斷演進以及互連裝置數量不斷激增的世界,無線共存的問題會越趨於複雜且頻繁出現,百佳泰重視無線共存的問題,並會持續提升無線共存測試的能力,以提供點線面的全方位測試服務及一致性的測試過程和環境,協助您強化產品對於無線共存訊號的耐受性,讓產品使用者能有可靠的使用者體驗,並提升產品的市場競爭力。