音頻產品測試要求的淺析

麥皓然

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

關鍵詞： 音頻產品；認證測試；測試要求

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

隨著產品往多元化方向發(fā)展，過去功能單一的揚聲器、功放，正逐漸被多種功能與接口的新產品所替代。但是，目前絕大部分地區(qū)現行產品認證規(guī)范主要還是基于以前的產品規(guī)格、技術狀態(tài)修訂，部分測試要求的內容跟不上產品更新迭代的步伐。這就導致了測試人員對于標準內容的解讀產生了不一樣的理解，典型的問題有：1、不同的揚聲器，頻率響應不同，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—驅動單元”。根據不同用途和功能的定義，揚聲器可劃分為全頻揚聲器、低頻揚聲器、超低頻揚聲器等。市場上的揚聲器都帶有DSP處理單元。在設計階段，不同類型的揚聲器，會通過內置數據、程序，規(guī)定揚聲器的自身頻響特性。如果使用1KHz的正弦信號作為測試時的輸入信號，就有可能會導致該揚聲器根本無法正常工作。

以某型號超低頻揚聲器為例，使用Audio Precision公司開發(fā)的音頻分析儀AP設備及配套軟件，選擇“Frequency Response”測試項，從測試的頻響特性曲線顯示，該揚聲器在100Hz頻率以上的信號幅值遠遠小于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聲器，不能按照標準里面輸入1KHz正弦信號的測試要求。測試的時候，這類揚聲器應輸入100Hz或50Hz正弦信號。甚至，對于某些型號的揚聲器，需要由頻響特性曲線來確定測試時輸入信號的頻率。通過進一步放大頻響特性曲線可知，其最大響應頻率即信號幅值最高的那個點在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能量較大的輸入信號，使得功放輸出功率從平時的幾百瓦瞬間提高到上千瓦，持續(xù)時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小時后，再測試喇叭單元的性能，前后對比性能降低不超過10%，則試驗的功率稱為AES功率。

揚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，此時揚聲器或者功放能夠穩(wěn)定持續(xù)或者在一段時間內穩(wěn)定輸出的功率。

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

需要注意的是，某些揚聲器，在設計階段會加入一些保護措施，如“壓縮限幅”的功能，目的是在某個大信號輸入或揚聲器一定負荷持續(xù)工作一段時間后，出于保護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，揚聲器的最大不失真功率，應能夠穩(wěn)定持續(xù)或者在一段時間內穩(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個小時后，再行記錄、計算。

二、基于兩要素的測試設計

明確輸入信號頻率以及最大不失真功率的定義，結合考慮揚聲器的實際產品功能以及熱機時間的因素，就可以定義出大概的測試要求。

將揚聲器的喇叭單元替換為純電阻負載（因為喇叭為感性負載，在不同頻段它的阻抗不同，替換成純電阻負載后，測試更準確，但條件也更嚴酷），測試頻響特性曲線。上文的超低頻揚聲器，由于是兩個相同的低音喇叭單元，故只有一個最大響應的頻率。對于全頻段的揚聲器，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，即存在分別對應低、高音喇叭單元的兩個最大響應頻率。

同時輸入兩個最大響應頻率的正弦信號，調節(jié)輸入信號幅值或功放增益，使得揚聲器的單元（低、高音單元，或同為低音單元）能夠達到最大不失真功率。這里有兩點需要注意的地方，一是市場上的揚聲器都具備模擬、數字信號的端口，測試時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、高音喇叭單元的揚聲器，在推高功放輸出功率的過程中，兩個喇叭單元可能會有其中一個先達到最大不失真的臨界值。記錄此刻兩個喇叭單元輸出端的有效電平值，并計算出最大不失真的功率。

這些重要參數測量后，產品認證的相關測試即可以開展。無論是美國的FCC認證，還是歐盟的CE認證，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，計算出喇叭單元的有效電平值，通過調節(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最大不失真功率時的輸出有效電平值。并且，根據測試項的要求，某些測試項的輸入信號需要替換為粉紅噪聲信號。

結束語：

技術總是在不斷發(fā)展，產品也將融合越來越豐富的功能?，F行部分國家和地區(qū)的AV類產品認證標準未能及時、準確的貼近新產品的實際應用情況，而上文所探討的測試條件雖貼近實際，但也更加嚴酷，且會帶來新產品整改周期和費用的大幅上升，勢必增加企業(yè)運營的成本。然而，做大做強自主品牌產品，就是要基于標準而又高于標準的去追求產品品質。只要產品在設計階段做好全面的把控，是可以有效降低新產品研發(fā)、測試的費用。同時，產品質量的也能夠同步提升，做出精品產品?！?/p>

參考文獻

[1]韓世平. 數字音頻信號的采集及處理[J]. 音響技術，2007，09.

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