EIA-426-B標準簡介.doc

EIA-426-B標準簡介第一部分功率試驗CD碟簡介ANSI/EIA-426-B-1998（Loudspeakers, Optimum Amplifier Power）是關(guān)于功率放大器饋給揚聲器的最佳功率的標準，由美國國家標準化組織ANSI（American National Standards Institute）和電子工業(yè)協(xié)會EIA（Electronic Industries Association）聯(lián)合發(fā)布。該標準由 EIA R-3 音響系統(tǒng)委員會工作小組提出，作為對EIA-426-A標準的修訂。EIA-426-A主要規(guī)定了對全頻系統(tǒng)進行加速壽命試驗的方法。在修訂前對揚聲器制造廠的調(diào)查中，被調(diào)查者廣泛認為有必要對EIA-426-A標準中試驗信號頻譜、試驗持續(xù)時間以及功率計算方法等問題進行重新審視。修訂后的426-B標準延伸了426-A的內(nèi)容，推薦了與揚聲器相連接的音頻功放的最大額定輸出功率，包含了在最佳功放輸出功率下的功率壓縮、失真等性能的評估方法，說明了在功率壓縮、失真及加速壽命試驗等范疇的可接受性能極限。揚聲器所能承受的極限功率實際上是一個非常復(fù)雜的問題。它取決于揚聲器中各相關(guān)零件的熱損壞和機械損壞的極限，既跟輸入信號的電功率相關(guān)，又跟輸入信號的諸如峰值因數(shù)、上升時間、頻譜分布等多種因素相關(guān)。而且，不考慮音質(zhì)的極限功率并沒有多少實際意義。實際上，應(yīng)該關(guān)注的是在不超過多少瓦的放大器輸出功率下，對于絕大多數(shù)節(jié)目，還能從揚聲器中獲得可以接受的音質(zhì)。我想，這應(yīng)該也就是EIA-426-B標準之所以取名為揚聲器，最佳功放功率（Loudspeakers,Optimum Amplifier Power）的原因所在。美國揚聲器制造者協(xié)會ALMA（American Loudspeaker Manufacturers Association）于2001年推出了與EIA-426-B標準相配套的測試信號碟。用來替代貴重的信號發(fā)生設(shè)備，改善測試可靠性，以期推動EIA-426-B標準的更廣泛使用。這張碟還包含了一些EIA-426-B標準以外的信號，諸如更高頻率的純音，以及爆發(fā)音等等。該碟中所有信號均由信號處理與數(shù)據(jù)分析程序通過數(shù)學(xué)方法合成，并在PC機上采用Igor Pro 4.0程序生成wav文件。目前這張碟在美國的市場零售價為100美金。在與音響相關(guān)的許多協(xié)會中，對會員的優(yōu)惠價通常是50美金。本部分只是簡單地描述該碟所包含的測試信號，不深入涉及其應(yīng)用。關(guān)于這些測試信號的具體應(yīng)用方法，在本文第二部分中敘述。測試信號詳細描述音軌1: 電平設(shè)置參考音音軌1是1000赫茲的參考信號，用于校準本CD上其他音軌測試信號的信號電平。錄制時的峰值電平為負6分貝，持續(xù)時間為60秒鐘。除了爆發(fā)音外，這張CD碟上的所有測試信號都采用和參考音軌相同的峰值電平進行錄制。在起始及結(jié)束時，各有寬度為四個周期的斜坡信號，以改善瞬態(tài)響應(yīng)。音軌35到68中的爆發(fā)音是以正6dB的峰值電平錄制的。音軌2: 用于壽命試驗的隨機噪聲音軌2是在頻段40Hz到10kHz之間的高斯隨機噪聲，適合于對揚聲器做加速壽命試驗。在等百分比帶寬頻譜分析儀上測試，該信號頻譜在40Hz以下采用6階巴特沃斯(Butterworth)高通濾波器濾波，從40Hz到1kHz是平坦的，在1kHz到10kHz之間以每倍頻程負3分貝的速率下降，在10kHz以上則采用4階巴特沃斯(Butterworth)低通濾波器濾波。其峰值因數(shù)定為6dB，通過由軟件模擬二極管的對稱削波來實現(xiàn)，處理結(jié)果是振幅削波的高斯隨機噪聲。此信號持續(xù)時間為30分鐘。音軌3: 用于功率壓縮試驗的變速掃頻正弦波信號音軌3是變速掃頻正弦波測試信號，用作功率壓縮試驗的信號，其頻譜基本上與音軌2中的隨即噪聲相同。信號的構(gòu)成是一個由40赫茲到10k赫茲的上行掃頻，持續(xù)時間0.25秒鐘，然后是由10k赫茲到40赫茲的下行掃頻，持續(xù)時間也是0.25秒鐘。這個長度0.5秒的合成信號不斷重復(fù)，共10分鐘。因為首尾相接處的頻率都相等，所以轉(zhuǎn)換是無縫而平滑的。信號頻譜的修整是通過改變掃頻速度來實現(xiàn)的。在40赫茲到1000赫茲之間，掃頻速度與頻率的平方根成正比，這種掃頻方式通常被稱為對數(shù)掃頻，因為其頻率隨時間而呈指數(shù)式上升。這種特性使得其頻譜具有和粉紅噪聲一樣的特性，即在每個等百分比帶寬中所分布的能量相等。在1000赫茲以上，掃頻速度與頻率的平方成正比，與粉紅噪聲相比，相對下降率為每倍頻程10分貝，相對于白噪聲的下降率則是每倍頻程20分貝。音軌4到34: 用于失真測試的純音信號音軌4到34是從20Hz到20kHz之間所有三分之一倍頻程中心頻率的純音信號。每個純音信號持續(xù)15秒鐘，接著是5秒鐘的數(shù)字靜音。在每個純音起始及結(jié)束時，各有寬度為四個周期的斜坡信號，以改善瞬態(tài)響應(yīng)。EIA-426-B標準中規(guī)定用于失真測試只是5kHz以下的純音（音軌4到28），音軌29到34是為完整起見而額外給出的從6.3kHz到20kHz之間的高頻純音，在EIA-426-B標準中并沒有用到這些高頻純音。音軌35到68: 用于峰值功率和動態(tài)余量評估的爆發(fā)音信號這張測試碟中還包含了另外34個額外的測試信號音軌，由一系列6.5周的爆發(fā)音組成，這些額外的測試信號也是在EIA-426-B標準中所沒有提到的。這34個額外的測試信號分別在音軌35到68中，是采用從10Hz到20kHz之間所有三分之一倍頻程中心頻率的爆發(fā)音。每秒鐘重復(fù)一次，共持續(xù)30秒鐘。用于對揚聲器、信號處理器、功率放大器等聲系統(tǒng)進行短期峰值功率及動態(tài)余量等方面的評估。爆發(fā)的能量集中在三分之一倍頻程頻寬上，并以每倍頻程40分貝的速率迅速下降，爆發(fā)音是采用韓氏窗函數(shù)作為濾波器的。在爆發(fā)音首尾相接沒有空隙的情況下，其峰值因數(shù)約為7.3dB。但實際上錄制時在兩個爆發(fā)音之間加入了靜音，故峰值因數(shù)會更大。而且因為每秒鐘一次的重復(fù)周期是不變的，所以隨著頻率的增高，爆發(fā)音所占時間比例會縮短，使得信號的峰值因數(shù)也會因此而增高，其增高的幅度為每三分之一倍頻程一分貝。綜合上面兩個因素，當(dāng)頻率從10Hz變到20K赫茲時，峰值因數(shù)會相應(yīng)從9.1分貝變到42.1分貝。第二部分試驗方法簡介一、試驗所需設(shè)施具有聲軌重復(fù)播放功能的CD機；輸出功率大于所需試驗功率的音頻功放；與EIA-426-B標準相配套的測試信號碟，也可以使用符合EIA-426-B標準中附錄A規(guī)定的其它試驗信號發(fā)生器；RMS電壓表，其輸入阻抗至少是揚聲器額定阻抗的十倍以上，交流帶寬至少在40Hz到10kHz；頻寬覆蓋40Hz到10kHz的正弦波信號發(fā)生器；三分之一倍頻程實時音頻分析儀，使用2類或3類濾波器，能夠顯示總聲壓級；全方向測試麥克風(fēng)，在40Hz到10kHz之間頻率響應(yīng)不均勻度小于0.5分貝，聲壓級動態(tài)范圍上限至少達到140dB；符合EIA-426-B標準中附錄B規(guī)定的帶開關(guān)20分貝衰減器。音軌3: 用于功率壓縮試驗的變速掃頻正弦波信號音軌3是變速掃頻正弦波測試信號，用作功率壓縮試驗的信號，其頻譜基本上與音軌2中的隨即噪聲相同。信號的構(gòu)成是一個由40赫茲到10k赫茲的上行掃頻，持續(xù)時間0.25秒鐘，然后是由10k赫茲到40赫茲的下行掃頻，持續(xù)時間也是0.25秒鐘。這個長度0.5秒的合成信號不斷重復(fù)，共10分鐘。因為首尾相接處的頻率都相等，所以轉(zhuǎn)換是無縫而平滑的。信號頻譜的修整是通過改變掃頻速度來實現(xiàn)的。在40赫茲到1000赫茲之間，掃頻速度與頻率的平方根成正比，這種掃頻方式通常被稱為對數(shù)掃頻，因為其頻率隨時間而呈指數(shù)式上升。這種特性使得其頻譜具有和粉紅噪聲一樣的特性，即在每個等百分比帶寬中所分布的能量相等。在1000赫茲以上，掃頻速度與頻率的平方成正比，與粉紅噪聲相比，相對下降率為每倍頻程10分貝，相對于白噪聲的下降率則是每倍頻程20分貝。音軌4到34: 用于失真測試的純音信號音軌4到34是從20Hz到20kHz之間所有三分之一倍頻程中心頻率的純音信號。每個純音信號持續(xù)15秒鐘，接著是5秒鐘的數(shù)字靜音。在每個純音起始及結(jié)束時，各有寬度為四個周期的斜坡信號，以改善瞬態(tài)響應(yīng)。EIA-426-B標準中規(guī)定用于失真測試只是5kHz以下的純音（音軌4到28），音軌29到34是為完整起見而額外給出的從6.3kHz到20kHz之間的高頻純音，在EIA-426-B標準中并沒有用到這些高頻純音。音軌35到68: 用于峰值功率和動態(tài)余量評估的爆發(fā)音信號這張測試碟中還包含了另外34個額外的測試信號音軌，由一系列6.5周的爆發(fā)音組成，這些額外的測試信號也是在EIA-426-B標準中所沒有提到的。這34個額外的測試信號分別在音軌35到68中，是采用從10Hz到20kHz之間所有三分之一倍頻程中心頻率的爆發(fā)音。每秒鐘重復(fù)一次，共持續(xù)30秒鐘。用于對揚聲器、信號處理器、功率放大器等聲系統(tǒng)進行短期峰值功率及動態(tài)余量等方面的評估。爆發(fā)的能量集中在三分之一倍頻程頻寬上，并以每倍頻程40分貝的速率迅速下降，爆發(fā)音是采用韓氏窗函數(shù)作為濾波器的。在爆發(fā)音首尾相接沒有空隙的情況下，其峰值因數(shù)約為7.3dB。但實際上錄制時在兩個爆發(fā)音之間加入了靜音，故峰值因數(shù)會更大。而且因為每秒鐘一次的重復(fù)周期是不變的，所以隨著頻率的增高，爆發(fā)音所占時間比例會縮短，使得信號的峰值因數(shù)也會因此而增高，其增高的幅度為每三分之一倍頻程一分貝。綜合上面兩個因素，當(dāng)頻率從10Hz變到20K赫茲時，峰值因數(shù)會相應(yīng)從9.1分貝變到42.1分貝。第二部分試驗方法簡介一、試驗所需設(shè)施具有聲軌重復(fù)播放功能的CD機；輸出功率大于所需試驗功率的音頻功放；與EIA-426-B標準相配套的測試信號碟，也可以使用符合EIA-426-B標準中附錄A規(guī)定的其它試驗信號發(fā)生器；RMS電壓表，其輸入阻抗至少是揚聲器額定阻抗的十倍以上，交流帶寬至少在40Hz到10kHz；頻寬覆蓋40Hz到10kHz的正弦波信號發(fā)生器；三分之一倍頻程實時音頻分析儀，使用2類或3類濾波器，能夠顯示總聲壓級；全方向測試麥克風(fēng)，在40Hz到10kHz之間頻率響應(yīng)不均勻度小于0.5分貝，聲壓級動態(tài)范圍上限至少達到140dB；符合EIA-426-B標準中附錄B規(guī)定的帶開關(guān)20分貝衰減器。音軌3: 用于功率壓縮試驗的變速掃頻正弦波信號音軌3是變速掃頻正弦波測試信號，用作功率壓縮試驗的信號，其頻譜基本上與音軌2中的隨即噪聲相同。信號的構(gòu)成是一個由40赫茲到10k赫茲的上行掃頻，持續(xù)時間0.25秒鐘，然后是由10k赫茲到40赫茲的下行掃頻，持續(xù)時間也是0.25秒鐘。這個長度0.5秒的合成信號不斷重復(fù)，共10分鐘。因為首尾相接處的頻率都相等，所以轉(zhuǎn)換是無縫而平滑的。信號頻譜的修整是通過改變掃頻速度來實現(xiàn)的。在40赫茲到1000赫茲之間，掃頻速度與頻率的平方根成正比，這種掃頻方式通常被稱為對數(shù)掃頻，因為其頻率隨時間而呈指數(shù)式上升。這種特性使得其頻譜具有和粉紅噪聲一樣的特性，即在每個等百分比帶寬中所分布的能量相等。在1000赫茲以上，掃頻速度與頻率的平方成正比，與粉紅噪聲相比，相對下降率為每倍頻程10分貝，相對于白噪聲的下降率則是每倍頻程20分貝。音軌4到34: 用于失真測試的純音信號音軌4到34是從20Hz到20kHz之間所有三分之一倍頻程中心頻率的純音信號。每個純音信號持續(xù)15秒鐘，接著是5秒鐘的數(shù)字靜音。在每個純音起始及結(jié)束時，各有寬度為四個周期的斜坡信號，以改善瞬態(tài)響應(yīng)。EIA-426-B標準中規(guī)定用于失真測試只是5kHz以下的純音（音軌4到28），音軌29到34是為完整起見而額外給出的從6.3kHz到20kHz之間的高頻純音，在EIA-426-B標準中并沒有用到這些高頻純音。音軌35到68: 用于峰值功率和動態(tài)余量評估的爆發(fā)音信號這張測試碟中還包含了另外34個額外的測試信號音軌，由一系列6.5周的爆發(fā)音組成，這些額外的測試信號也是在EIA-426-B標準中所沒有提到的。這34個額外的測試信號分別在音軌35到68中，是采用從10Hz到20kHz之間所有三分之一倍頻程中心頻率的爆發(fā)音。每秒鐘重復(fù)一次，共持續(xù)30秒鐘。用于對揚聲器、信號處理器、功率放大器等聲系統(tǒng)進行短期峰值功率及動態(tài)余量等方面的評估。爆發(fā)的能量集中在三分之一倍頻程頻寬上，并以每倍頻程40分貝的速率迅速下降，爆發(fā)音是采用韓氏窗函數(shù)作為濾波器的。在爆發(fā)音首尾相接沒有空隙的情況下，其峰值因數(shù)約為7.3dB。但實際上錄制時在兩個爆發(fā)音之間加入了靜音，故峰值因數(shù)會更大。而且因為每秒鐘一次的重復(fù)周期是不變的，所以隨著頻率的增高，爆發(fā)音所占時間比例會縮短，使得信號的峰值因數(shù)也會因此而增高，其增高的幅度為每三分之一倍頻程一分貝。綜合上面兩個因素，當(dāng)頻率從10Hz變到20K赫茲時，峰值因數(shù)會相應(yīng)從9.1分貝變到42.1分貝。第二部分試驗方法簡介一、試驗所需設(shè)施具有聲軌重復(fù)播放功能的CD機；輸出功率大于所需試驗功率的音頻功放；與EIA-426-B標準相配套的測試信號碟，也可以使用符合EIA-426-B標準中附錄A規(guī)定的其它試驗信號發(fā)生器；RMS電壓表，其輸入阻抗至少是揚聲器額定阻抗的十倍以上，交流帶寬至少在40Hz到10kHz；頻寬覆蓋40Hz到10kHz的正弦波信號發(fā)生器；三分之一倍頻程實時音頻分析儀，使用2類或3類濾波器，能夠顯示總聲壓級；全方向測試麥克風(fēng)，在40Hz到10kHz之間頻率響應(yīng)不均勻度小于0.5分貝，聲壓級動態(tài)范圍上限至少達到140dB；符合EIA-426-B標準中附錄B規(guī)定的帶開關(guān)20分貝衰減器。二、試驗條件和注意事項每個試驗都要用一個沒有做過其它試驗的新的揚聲器來做。揚聲器應(yīng)該按制造廠的規(guī)定來進行測試，在沒有規(guī)定時，應(yīng)該在面積合適的障板上測試。連續(xù)功率下的加速壽命試驗可以在自由空間做。測試應(yīng)在環(huán)境溫度保持為攝氏2030度、相對濕度保持為3080的房間或箱體內(nèi)進行，揚聲器諧振頻率變化不得超過5。假如制造廠規(guī)定了分頻器或分頻網(wǎng)絡(luò)，就應(yīng)該按照制造廠說明進行安裝；如果沒有此類規(guī)定，則功放和電壓表均應(yīng)該直接連接到揚聲器的端子上。先確認揚聲器的額定阻抗符合EIA-299-A規(guī)定，然后利用這個額定阻抗，計算應(yīng)該施加到揚聲器上的試驗電壓，這個試驗電壓應(yīng)該等于功放最佳功率與揚聲器額定阻抗之乘積的平方根。試驗順序：先做功率壓縮試驗，然后做失真試驗，最后做加速壽命試驗。三、功率壓縮試驗用于測試在功率放大器最佳功率下，揚聲器聲學(xué)輸出被壓縮的程度。功率壓縮試驗所用信號為EIA測試信號碟中的變速掃頻正弦波測試信號（音軌3）。傳聲器位置應(yīng)在揚聲器紙錐幾何中心的軸線上，離聲中心距離小于輻射半徑的0.11倍。把傳聲器的輸出送到1/3倍頻程實時分析儀的輸入端。采用可切換衰減器，將變速掃頻正弦波測試信號以比最佳功放功率低20分貝的幅值饋給揚聲器，記錄下?lián)P聲器所發(fā)聲音的參考電平。把驅(qū)動電平降低6分貝，利用可切換衰減器把試驗信號幅值提升20分貝，并同時把傳聲放大器的輸出衰減20分貝，這樣施加到揚聲器的功率遠遠不到滿負荷，所產(chǎn)生頻譜將和原始信號曲線一致，只是在幅值上低了6個分貝，表示沒有或幾乎沒有壓縮產(chǎn)生。此時，操作人員應(yīng)該監(jiān)聽是否有失真，在驅(qū)動電平降低6分貝時，失真應(yīng)該是最小的。如果出現(xiàn)了嚴重的失真，操作員就應(yīng)該停止試驗，記錄下失真最大的頻率，并立即進行下一節(jié)所描述的失真試驗。如果僅僅能聽到最小的失真，則操作員應(yīng)緩慢地恢復(fù)驅(qū)動電平，直到出現(xiàn)嚴重失真或者直到觀察到功率壓縮，按那一個先出現(xiàn)而定。在接近全功率時，為避免高頻驅(qū)動單元過熱，發(fā)出試驗信號的時間可以很短，例如在三到四周后就暫停。將掃頻測試信號重放整整一分鐘，記錄輸出頻譜。假如沒有發(fā)生功率壓縮，則所顯示測量頻譜的幅值，在所有頻率上都應(yīng)該和先前所記錄的信號完全一致。如果在全功率信號顯示頻譜的每個1/3倍頻程頻帶中，與上兩節(jié)中所建立的參考電平相比，從40Hz到10kHz或在制造商所規(guī)定的頻段內(nèi)，幅值的下降都不超過6分貝，就表明這揚聲器已經(jīng)通過了功率壓縮試驗。 四、諧波失真在最佳功放功率下測量諧波失真，使用的是互相間隔1/3倍頻程的各IEC中心頻率正弦波試驗信號。在對揚聲器規(guī)定了有限的頻率范圍的情況下，就無需在這個頻率范圍以外測試。試驗信號還是從EIA測試信號碟中取得（音軌4到28）。和功率壓縮試驗一樣，試驗信號可以從較低的電平開始，慢慢增加到最高電平。操作人員應(yīng)該特別注意那些在功率壓縮試驗中有失真表現(xiàn)的頻率。一般來說，揚聲器很可能在所測頻率范圍的最低頻率處出現(xiàn)最大失真；對于多路揚聲器系統(tǒng)來說，則還有可能在靠近分頻點的地方出現(xiàn)最大失真。全功率下的連續(xù)正弦波信號在幾秒鐘內(nèi)就可能把高音單元燒掉，所以在測試高音單元時，時間應(yīng)該很短，通常兩秒鐘就夠了。假如操作員需要再確認一次，則在兩次測試之間應(yīng)該有十秒鐘以上的冷卻時間間隔。把傳聲器放置在揚聲器軸線上離聲中心距離小于輻射半徑的0.11倍處，并將傳聲器的輸出端連接到1/3倍頻程實時分析儀的輸入端。在其規(guī)定的帶寬中，揚聲器會產(chǎn)生諧波，諧波的均方根幅值小于基波。使用可以顯示總聲壓級的頻譜分析儀，如果總聲壓級幅值沒有高出基波3分貝以上，信號的諧波成分就比基波小。對于有多個驅(qū)動單元的揚聲器系統(tǒng)來說，分別把傳聲器對準各個揚聲器單元，重復(fù)進行試驗。如果在規(guī)定頻帶內(nèi)，在各個頻率下進行測試時，總聲壓級讀數(shù)都沒有比基波幅值高出3分貝以上，則認為被測揚聲器已經(jīng)通過了失真試驗。對于有多個驅(qū)動單元的揚聲器系統(tǒng)來說，只有對每個揚聲器的測試都通過了，才算整個系統(tǒng)通過。五、連續(xù)功率下的加速壽命試驗用來測試揚聲器在長時間中承受一個相當(dāng)于一半最佳功放功率的試驗信號且其性能參數(shù)或產(chǎn)品完整性都不會產(chǎn)生不可恢復(fù)的或不可接受的變化的能力，從而模擬揚聲器的工作壽命。在這個試驗中，揚聲器應(yīng)該不會很快就失效，因為其相同產(chǎn)品在先前的試驗中已經(jīng)經(jīng)歷了整個頻段中的全功率試驗。通過這個試驗的標準是，揚聲器諸如自由空氣中的諧振頻率等參數(shù)不會產(chǎn)生永久性的的變化。所以，只有在揚聲器產(chǎn)生了永久性的損壞時，我們才能認定它沒有通過這個試驗。如果需要降低這種損壞被測產(chǎn)品的風(fēng)險，可以在試驗中用頻譜分析儀或人耳對揚聲器進行嚴密監(jiān)視，一旦發(fā)現(xiàn)異常，立即斷開測試信號。此時，揚聲器有可能已經(jīng)產(chǎn)生了永久性損壞，也有可能并沒有產(chǎn)生永久性損壞。如果還沒有產(chǎn)生永久性損壞，既不能認為它通過了試驗，也不能認為它通不過試驗。但如果揚聲器通過了這個試驗，則認為其額定功率已經(jīng)得到了驗證。先進