音频产品测试要求的浅析

摘 要： 为了紧紧抓住市场发展的潮流和机遇，国内企业纷纷制定精品、高端化的产品发展路线，并且意识到自主品牌必须走出国门，占领行业、占领外国市场的高地。能够赢得市场青睐的关键是产品质量，产品质量由是否符合当地产品认证规范的要求初步判断。对于音频类产品，若要顺利在外国市场销售，它们必须满足音频类产品认证的测试要求，如美国的FCC、欧盟的CE、日本的PSE等。本文就音频产品在不同地区所需做的认证测试的共同关键点提取出来进行探讨和分析。

关键词： 音频产品；认证测试；测试要求

这里探讨的对象，主要是指有源扬声器（下文简称扬声器）或者音频信号功率放大器（下文简称功放）。扬声器、功放、CD机等及其设备之间组合，在强制认证的产品目录类别里面，被划分为AV类产品。产品的认证，包括电气安全和电磁兼容测试，也就是CB与EMC指令，即测试内容。直接影响到产品电气安全和电磁兼容测试结果的因素，是产品正常工作时的信号l率和最大不失真功率。

随着产品往多元化方向发展，过去功能单一的扬声器、功放，正逐渐被多种功能与接口的新产品所替代。但是，目前绝大部分地区现行产品认证规范主要还是基于以前的产品规格、技术状态修订，部分测试要求的内容跟不上产品更新迭代的步伐。这就导致了测试人员对于标准内容的解读产生了不一样的理解，典型的问题有：1、不同的扬声器，频率响应不同，该如何选择测试信号；2、所谓的1/8最大不失真功率，该如何测试功率。

一、测试的两要素

1、输入信号频率

我们知道，扬声器的信号链路是“输入音频信号―DSP芯片处理―功放放大信号―驱动单元”。根据不同用途和功能的定义，扬声器可划分为全频扬声器、低频扬声器、超低频扬声器等。市场上的扬声器都带有DSP处理单元。在设计阶段，不同类型的扬声器，会通过内置数据、程序，规定扬声器的自身频响特性。如果使用1KHz的正弦信号作为测试时的输入信号，就有可能会导致该扬声器根本无法正常工作。

以某型号超低频扬声器为例，使用Audio Precision公司开发的音频分析仪AP设备及配套软件，选择“Frequency Response”测试项，从测试的频响特性曲线显示，该扬声器在100Hz频率以上的信号幅值远远小于0.5Vrms，即被DSP处理单元过滤掉。

显然，非全频或者特定频段的扬声器，不能按照标准里面输入1KHz正弦信号的测试要求。测试的时候，这类扬声器应输入100Hz或50Hz正弦信号。甚至，对于某些型号的扬声器，需要由频响特性曲线来确定测试时输入信号的频率。通过进一步放大频响特性曲线可知，其最大响应频率即信号幅值最高的那个点在37.5Hz。

2、最大不失真功率

最大不失真功率，区别于峰值功率和AES功率。峰值功率是由于突然接收一个能量较大的输入信号，使得功放输出功率从平时的几百瓦瞬间提高到上千瓦，持续时间仅为几毫秒甚至几十微妙；AES功率为喇叭单元加入粉红噪声信号并逐渐加大至其所能承受的最大电压，测试100小时后，再测试喇叭单元的性能，前后对比性能降低不超过10%，则试验的功率称为AES功率。

扬声器或功放的最大不失真功率，是指输入1KHz或指定频率的正弦信号，调节输入信号幅值或功放增益，使得输出波形的总谐波失真度控制在1%以内，此时扬声器或者功放能够稳定持续或者在一段时间内稳定输出的功率。

还是以某型号超低频扬声器为例，输入测定的37.5Hz信号，选择“RMS Level”测试项， 调节输入信号幅值或功放增益，从测量的电平有效值数据显示，其输出端的有效电平值约为20V。通过功率的计算公式P=U2/R，简单、快速计算出输出功率。

需要注意的是，某些扬声器，在设计阶段会加入一些保护措施，如“压缩限幅”的功能，目的是在某个大信号输入或扬声器一定负荷持续工作一段时间后，出于保护喇叭单元或者防止功放过热，会把输出功率逐渐降下去，即输出端的有效电平也随之下降。上文提到过，扬声器的最大不失真功率，应能够稳定持续或者在一段时间内稳定输出。因此，测量输出端的有效电平值，最好能稳定工作0.5或1个小时后，再行记录、计算。

二、基于两要素的测试设计

明确输入信号频率以及最大不失真功率的定义，结合考虑扬声器的实际产品功能以及热机时间的因素，就可以定义出大概的测试要求。

将扬声器的喇叭单元替换为纯电阻负载（因为喇叭为感性负载，在不同频段它的阻抗不同，替换成纯电阻负载后，测试更准确，但条件也更严酷），测试频响特性曲线。上文的超低频扬声器，由于是两个相同的低音喇叭单元，故只有一个最大响应的频率。对于全频段的扬声器，既有低音喇叭单元，也有高音喇叭单元，测试则会得到两条频响特性曲线，即存在分别对应低、高音喇叭单元的两个最大响应频率。

同时输入两个最大响应频率的正弦信号，调节输入信号幅值或功放增益，使得扬声器的单元（低、高音单元，或同为低音单元）能够达到最大不失真功率。这里有两点需要注意的地方，一是市场上的扬声器都具备模拟、数字信号的端口，测试时只需要选择其中一类端口作为唯一的输入即可，二是具备低、高音喇叭单元的扬声器，在推高功放输出功率的过程中，两个喇叭单元可能会有其中一个先达到最大不失真的临界值。记录此刻两个喇叭单元输出端的有效电平值，并计算出最大不失真的功率。

这些重要参数测量后，产品认证的相关测试即可以开展。无论是美国的FCC认证，还是欧盟的CE认证，都包含了电气安全和电磁兼容两部分测试。电气安全的测试，都需要基于上文所提条件下测出的最大不失真功率开展。电磁兼容的测试，则需要换算成1/8最大不失真功率，计算出喇叭单元的有效电平值，通过调节输入信号幅值或功放增益，使得喇叭单元两端的输出有效电平值等于1/8最大不失真功率时的输出有效电平值。并且，根据测试项的要求，某些测试项的输入信号需要替换为粉红噪声信号。

结束语：

技术总是在不断发展，产品也将融合越来越丰富的功能。现行部分国家和地区的AV类产品认证标准未能及时、准确的贴近新产品的实际应用情况，而上文所探讨的测试条件虽贴近实际，但也更加严酷，且会带来新产品整改周期和费用的大幅上升，势必增加企业运营的成本。然而，做大做强自主品牌产品，就是要基于标准而又高于标准的去追求产品品质。只要产品在设计阶段做好全面的把控，是可以有效降低新产品研发、测试的费用。同时，产品质量的也能够同步提升，做出精品产品。■

参考文献

[1]韩世平. 数字音频信号的采集及处理[J]. 音响技术，2007，09.

[2]樊文琪. 电子信息类产品3C认证的EMC测试（上）[J]. 电子质量，2002，08.

[3]樊文琪. 电子信息类产品3C认证的EMC测试（下）[J]. 电子质量，2002，09.