音頻產(chǎn)品測試要求的淺析

麥皓然

摘 要： 為了緊緊抓住市場發(fā)展的潮流和機(jī)遇，國內(nèi)企業(yè)紛紛制定精品、高端化的產(chǎn)品發(fā)展路線，并且意識到自主品牌必須走出國門，占領(lǐng)行業(yè)、占領(lǐng)外國市場的高地。能夠贏得市場青睞的關(guān)鍵是產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)品質(zhì)量由是否符合當(dāng)?shù)禺a(chǎn)品認(rèn)證規(guī)范的要求初步判斷。對于音頻類產(chǎn)品，若要順利在外國市場銷售，它們必須滿足音頻類產(chǎn)品認(rèn)證的測試要求，如美國的FCC、歐盟的CE、日本的PSE等。本文就音頻產(chǎn)品在不同地區(qū)所需做的認(rèn)證測試的共同關(guān)鍵點(diǎn)提取出來進(jìn)行探討和分析。

關(guān)鍵詞： 音頻產(chǎn)品；認(rèn)證測試；測試要求

這里探討的對象，主要是指有源揚(yáng)聲器（下文簡稱揚(yáng)聲器）或者音頻信號功率放大器（下文簡稱功放）。揚(yáng)聲器、功放、CD機(jī)等及其設(shè)備之間組合，在強(qiáng)制認(rèn)證的產(chǎn)品目錄類別里面，被劃分為AV類產(chǎn)品。產(chǎn)品的認(rèn)證，包括電氣安全和電磁兼容測試，也就是CB與EMC指令，即測試內(nèi)容。直接影響到產(chǎn)品電氣安全和電磁兼容測試結(jié)果的因素，是產(chǎn)品正常工作時(shí)的信號頻率和最大不失真功率。

隨著產(chǎn)品往多元化方向發(fā)展，過去功能單一的揚(yáng)聲器、功放，正逐漸被多種功能與接口的新產(chǎn)品所替代。但是，目前絕大部分地區(qū)現(xiàn)行產(chǎn)品認(rèn)證規(guī)范主要還是基于以前的產(chǎn)品規(guī)格、技術(shù)狀態(tài)修訂，部分測試要求的內(nèi)容跟不上產(chǎn)品更新迭代的步伐。這就導(dǎo)致了測試人員對于標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的解讀產(chǎn)生了不一樣的理解，典型的問題有：1、不同的揚(yáng)聲器，頻率響應(yīng)不同，該如何選擇測試信號；2、所謂的1/8最大不失真功率，該如何測試功率。

一、測試的兩要素

1、輸入信號頻率

我們知道，揚(yáng)聲器的信號鏈路是“輸入音頻信號—DSP芯片處理—功放放大信號—驅(qū)動單元”。根據(jù)不同用途和功能的定義，揚(yáng)聲器可劃分為全頻揚(yáng)聲器、低頻揚(yáng)聲器、超低頻揚(yáng)聲器等。市場上的揚(yáng)聲器都帶有DSP處理單元。在設(shè)計(jì)階段，不同類型的揚(yáng)聲器，會通過內(nèi)置數(shù)據(jù)、程序，規(guī)定揚(yáng)聲器的自身頻響特性。如果使用1KHz的正弦信號作為測試時(shí)的輸入信號，就有可能會導(dǎo)致該揚(yáng)聲器根本無法正常工作。

以某型號超低頻揚(yáng)聲器為例，使用Audio Precision公司開發(fā)的音頻分析儀AP設(shè)備及配套軟件，選擇“Frequency Response”測試項(xiàng)，從測試的頻響特性曲線顯示，該揚(yáng)聲器在100Hz頻率以上的信號幅值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0.5Vrms，即被DSP處理單元過濾掉。

顯然，非全頻或者特定頻段的揚(yáng)聲器，不能按照標(biāo)準(zhǔn)里面輸入1KHz正弦信號的測試要求。測試的時(shí)候，這類揚(yáng)聲器應(yīng)輸入100Hz或50Hz正弦信號。甚至，對于某些型號的揚(yáng)聲器，需要由頻響特性曲線來確定測試時(shí)輸入信號的頻率。通過進(jìn)一步放大頻響特性曲線可知，其最大響應(yīng)頻率即信號幅值最高的那個(gè)點(diǎn)在37.5Hz。

2、最大不失真功率

最大不失真功率，區(qū)別于峰值功率和AES功率。峰值功率是由于突然接收一個(gè)能量較大的輸入信號，使得功放輸出功率從平時(shí)的幾百瓦瞬間提高到上千瓦，持續(xù)時(shí)間僅為幾毫秒甚至幾十微妙；AES功率為喇叭單元加入粉紅噪聲信號并逐漸加大至其所能承受的最大電壓，測試100小時(shí)后，再測試?yán)葐卧男阅?，前后對比性能降低不超過10%，則試驗(yàn)的功率稱為AES功率。

揚(yáng)聲器或功放的最大不失真功率，是指輸入1KHz或指定頻率的正弦信號，調(diào)節(jié)輸入信號幅值或功放增益，使得輸出波形的總諧波失真度控制在1%以內(nèi)，此時(shí)揚(yáng)聲器或者功放能夠穩(wěn)定持續(xù)或者在一段時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定輸出的功率。

還是以某型號超低頻揚(yáng)聲器為例，輸入測定的37.5Hz信號，選擇“RMS Level”測試項(xiàng)， 調(diào)節(jié)輸入信號幅值或功放增益，從測量的電平有效值數(shù)據(jù)顯示，其輸出端的有效電平值約為20V。通過功率的計(jì)算公式P=U2/R，簡單、快速計(jì)算出輸出功率。

需要注意的是，某些揚(yáng)聲器，在設(shè)計(jì)階段會加入一些保護(hù)措施，如“壓縮限幅”的功能，目的是在某個(gè)大信號輸入或揚(yáng)聲器一定負(fù)荷持續(xù)工作一段時(shí)間后，出于保護(hù)喇叭單元或者防止功放過熱，會把輸出功率逐漸降下去，即輸出端的有效電平也隨之下降。上文提到過，揚(yáng)聲器的最大不失真功率，應(yīng)能夠穩(wěn)定持續(xù)或者在一段時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定輸出。因此，測量輸出端的有效電平值，最好能穩(wěn)定工作0.5或1個(gè)小時(shí)后，再行記錄、計(jì)算。

二、基于兩要素的測試設(shè)計(jì)

明確輸入信號頻率以及最大不失真功率的定義，結(jié)合考慮揚(yáng)聲器的實(shí)際產(chǎn)品功能以及熱機(jī)時(shí)間的因素，就可以定義出大概的測試要求。

將揚(yáng)聲器的喇叭單元替換為純電阻負(fù)載（因?yàn)槔葹楦行载?fù)載，在不同頻段它的阻抗不同，替換成純電阻負(fù)載后，測試更準(zhǔn)確，但條件也更嚴(yán)酷），測試頻響特性曲線。上文的超低頻揚(yáng)聲器，由于是兩個(gè)相同的低音喇叭單元，故只有一個(gè)最大響應(yīng)的頻率。對于全頻段的揚(yáng)聲器，既有低音喇叭單元，也有高音喇叭單元，測試則會得到兩條頻響特性曲線，即存在分別對應(yīng)低、高音喇叭單元的兩個(gè)最大響應(yīng)頻率。

同時(shí)輸入兩個(gè)最大響應(yīng)頻率的正弦信號，調(diào)節(jié)輸入信號幅值或功放增益，使得揚(yáng)聲器的單元（低、高音單元，或同為低音單元）能夠達(dá)到最大不失真功率。這里有兩點(diǎn)需要注意的地方，一是市場上的揚(yáng)聲器都具備模擬、數(shù)字信號的端口，測試時(shí)只需要選擇其中一類端口作為唯一的輸入即可，二是具備低、高音喇叭單元的揚(yáng)聲器，在推高功放輸出功率的過程中，兩個(gè)喇叭單元可能會有其中一個(gè)先達(dá)到最大不失真的臨界值。記錄此刻兩個(gè)喇叭單元輸出端的有效電平值，并計(jì)算出最大不失真的功率。

這些重要參數(shù)測量后，產(chǎn)品認(rèn)證的相關(guān)測試即可以開展。無論是美國的FCC認(rèn)證，還是歐盟的CE認(rèn)證，都包含了電氣安全和電磁兼容兩部分測試。電氣安全的測試，都需要基于上文所提條件下測出的最大不失真功率開展。電磁兼容的測試，則需要換算成1/8最大不失真功率，計(jì)算出喇叭單元的有效電平值，通過調(diào)節(jié)輸入信號幅值或功放增益，使得喇叭單元兩端的輸出有效電平值等于1/8最大不失真功率時(shí)的輸出有效電平值。并且，根據(jù)測試項(xiàng)的要求，某些測試項(xiàng)的輸入信號需要替換為粉紅噪聲信號。

結(jié)束語：

技術(shù)總是在不斷發(fā)展，產(chǎn)品也將融合越來越豐富的功能?，F(xiàn)行部分國家和地區(qū)的AV類產(chǎn)品認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)未能及時(shí)、準(zhǔn)確的貼近新產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用情況，而上文所探討的測試條件雖貼近實(shí)際，但也更加嚴(yán)酷，且會帶來新產(chǎn)品整改周期和費(fèi)用的大幅上升，勢必增加企業(yè)運(yùn)營的成本。然而，做大做強(qiáng)自主品牌產(chǎn)品，就是要基于標(biāo)準(zhǔn)而又高于標(biāo)準(zhǔn)的去追求產(chǎn)品品質(zhì)。只要產(chǎn)品在設(shè)計(jì)階段做好全面的把控，是可以有效降低新產(chǎn)品研發(fā)、測試的費(fèi)用。同時(shí)，產(chǎn)品質(zhì)量的也能夠同步提升，做出精品產(chǎn)品?！?/p>

參考文獻(xiàn)

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