Требования к испытаниям IEC 62368-1 для оборудования, содержащего аудиоусилители

В соответствии со спецификацией ITU-R 468-4 (Измерение уровней аудиошума в звуковом вещании), частотная характеристика на частоте 1000 Гц составляет 0 дБ (см. рисунок ниже), что подходит в качестве эталонного уровня сигнала и удобно для оценки частотной характеристики аудиоусилителей. Сигнал пиковой частоты отклика. 

Если производитель заявляет, что аудиоусилитель не предназначен для работы в условиях ниже 1000 Гц, частота источника аудиосигнала должна быть заменена частотой пикового отклика. Частота пикового отклика - это частота источника сигнала, при которой измеряется максимальная выходная мощность на номинальном импедансе нагрузки (далее - динамик) в пределах предполагаемого рабочего диапазона аудиоусилителя. При фактической работе инспектор может зафиксировать амплитуду источника сигнала, а затем просканировать частоту, чтобы проверить, что частота источника сигнала, соответствующая максимальному значению эффективного напряжения, появляющемуся на динамике, является частотой пикового отклика.Тип и регулировка выходной мощности - максимальная выходная мощность

Максимальная выходная мощность - это максимальная мощность, которую может получить динамик, и соответствующее напряжение - это максимальное эффективное напряжение. Обычные аудиоусилители часто используют схемы OTL или OCL на основе принципа работы усилителей класса AB. Когда аудиосигнал синусоидальной волны частотой 1000 Гц подается на аудиоусилитель и входит в область насыщения из области усиления, амплитуда сигнала не может продолжать увеличиваться, точка пикового напряжения ограничена, и на пике появляется искажение с плоской вершиной.

Используя осциллограф для проверки формы выходного сигнала динамика, можно обнаружить, что когда сигнал усиливается до эффективного значения и не может быть увеличен дальше, возникает пиковое искажение (см. рисунок 2). В это время считается, что максимальное состояние выходной мощности достигнуто. Когда возникает пиковое искажение, коэффициент амплитуды выходной формы волны будет ниже, чем коэффициент амплитуды синусоидальной волны, равный 1,414 (как показано на рисунке 2, коэффициент амплитуды = пиковое напряжение / эффективное напряжение = 8,00/5,82≈1,375

＜1,414)Рисунок 2: Условие входного сигнала синусоидальной волны 1000 Гц, форма выходного сигнала динамика при максимальной выходной мощности

Тип и регулировка выходной мощности - неклиппированная выходная мощность,

Неклиппированная выходная мощность относится к выходной мощности на стыке зоны насыщения и зоны усиления, когда динамик работает при максимальной выходной мощности и без пиковых искажений (рабочая точка смещена в сторону зоны усиления). Форма выходного аудиосигнала представляет собой полную синусоидальную волну 1000 Гц без пиковых искажений или клиппирования, и ее среднеквадратичное напряжение также меньше, чем среднеквадратичное напряжение при максимальной выходной мощности (см. рисунок 3).На рисунке 3 показана форма выходного сигнала динамика, входящего в состояние неклиппированной выходной мощности после уменьшения коэффициента усиления (рисунки 2 и 3 показывают одну и ту же сеть аудиоусилителя)

Поскольку аудиоусилители работают на границе между областями усиления и насыщения и нестабильны, может генерироваться дрожание амплитуды сигнала (верхние и нижние пики могут быть неравными). Коэффициент амплитуды можно рассчитать, используя

50%от пикового напряжения как пиковое напряжение. На рисунке3, регулировка громкости возвращает динамик от максимальной выходной мощности к неклиппированному состоянию, при среднеквадратичном напряжении0,5 × 13,10 В = 6,550 В, а среднеквадратичное напряжение составляет4,632 В. На рисунке= пиковое напряжение/среднеквадратичное напряжение= 6,550 / 4,632≈1,414.Тип и регулировка выходной мощности - методы регулировки мощности. Аудиоусилители получают небольшие входные сигналы, усиливают их и выводят на динамики. Коэффициент усиления обычно регулируется с помощью детальной шкалы громкости (например, регулировка громкости телевизора может варьироваться от 30 до 100 шагов). Однако регулировка коэффициента усиления путем регулировки амплитуды источника сигнала гораздо менее эффективна. Уменьшение амплитуды источника сигнала, даже при высоком усилении усилителя, все равно значительно снизит выходную мощность динамика (см. рисунок 4). НаРисунок 4: Форма выходного сигнала, когда динамик входит в состояние неклиппированной выходной мощности после уменьшения амплитуды источника сигнала.

(Рисунки 2 и 4 показывают одну и ту же сеть аудиоусилителя)

Рисунок

3, регулировка громкости возвращает динамик от максимальной выходной мощности к неклиппированному состоянию, при среднеквадратичном напряжении4,632 В. На рисунке4, путем регулировки амплитуды источника сигнала динамик переводится из состояния максимальной выходной мощности в состояние неклиппированной выходной мощности, а эффективное напряжение составляет4,066 В. Согласно формуле расчета мощностиВыходная мощность = квадрат напряжения RMS / импеданс динамика

Неклиппированная выходная мощность на рисунке 3 превышает мощность на рисунке 4 примерно на 30%, поэтому рисунок 4 не является истинным состоянием неклиппированной выходной мощности.

Можно видеть, что правильный способ возврата из состояния максимальной выходной мощности в состояние неклиппированной выходной мощности - это зафиксировать амплитуду источника сигнала и отрегулировать коэффициент усиления аудиоусилителя, то есть отрегулировать громкость аудиоусилителя, не изменяя амплитуду источника сигнала.

Тип и регулировка выходной мощности - 1/8 неклиппированной выходной мощности

Нормальные рабочие условия для аудиоусилителей предназначены для имитации оптимальных рабочих условий реальных динамиков. Хотя характеристики реального звука сильно различаются, коэффициент амплитуды большинства звуков находится в пределах 4 (см. рисунок 5).

Рисунок 5: Форма волны реального звука с коэффициентом амплитуды 4

Взяв форму волны звука на рисунке 5 в качестве примера, коэффициент амплитуды = пиковое напряжение / среднеквадратичное напряжение = 3,490 / 0,8718 = 4. Чтобы достичь целевого звука без искажений, аудиоусилитель должен гарантировать, что его максимальный пик не имеет клиппирования. Если в качестве эталона используется источник сигнала синусоидальной волны 1000 Гц, чтобы гарантировать, что форма волны остается неискаженной, а пиковое напряжение 3,490 В не ограничено по току, среднеквадратичное напряжение сигнала должно составлять 3,490 В / 1,414 = 2,468 В. Однако среднеквадратичное напряжение целевого звука составляет всего 0,8718 В. Следовательно, коэффициент уменьшения целевого звука по отношению к среднеквадратичному напряжению источника сигнала синусоидальной волны 1000 Гц составляет 0,8718 / 2,468 = 0,3532. Согласно формуле расчета мощности, коэффициент уменьшения среднеквадратичного напряжения составляет 0,3532, что означает, что коэффициент уменьшения выходной мощности составляет 0,3532 в квадрате, что приблизительно равно 0,125=1/8.

Поэтому, отрегулировав выходную мощность динамика до 1/8 неклиппированной выходной мощности, соответствующей источнику сигнала синусоидальной волны 1000 Гц, можно вывести целевой звук без искажений и коэффициентом амплитуды 4. Другими словами, 1/8 неклиппированной выходной мощности, соответствующей источнику сигнала синусоидальной волны 1000 Гц, является оптимальным рабочим состоянием для аудиоусилителя для вывода целевого звука с коэффициентом амплитуды 4 без потерь.

Рабочее состояние аудиоусилителя основано на том, что динамик обеспечивает 1/8 неклиппированной выходной мощности. Когда находится в состоянии неклиппированной выходной мощности, отрегулируйте громкость так, чтобы эффективное напряжение упало примерно до 35,32%, что составляет 1/8 неклиппированной выходной мощности. Поскольку розовый шум больше похож на реальный звук, после использования сигнала синусоидальной волны 1000 Гц для получения неклиппированной выходной мощности, розовый шум можно использовать в качестве источника сигнала. При использовании розового шума в качестве источника сигнала необходимо установить полосовой фильтр, как показано на рисунке ниже, чтобы ограничить полосу пропускания шума.

Нормальные и ненормальные рабочие условия - нормальные рабочие условия

Различные типы оборудования аудиоусилителей должны учитывать все следующие условия при установке нормальных рабочих условий:

- Выход аудиоусилителя подключен к наиболее неблагоприятному номинальному импедансу нагрузки или к фактическому динамику (если предусмотрено);

——Все каналы аудиоусилителя работают одновременно;

- Для органа или аналогичного инструмента с блоком генератора тона вместо использования сигнала синусоидальной волны 1000 Гц нажмите две клавиши педали баса (если есть) и десять клавиш мануала в любой комбинации. Активируйте все регистры и кнопки, которые увеличивают выходную мощность, и отрегулируйте инструмент до 1/8 от максимальной выходной мощности;

- Если предполагаемая функция аудиоусилителя определяется разностью фаз между двумя каналами, разность фаз между сигналами, приложенными к двум каналам, составляет 90°;

Для многоканальных аудиоусилителей, если некоторые каналы не могут работать независимо, подключите номинальный импеданс нагрузки и отрегулируйте выходную мощность до 1/8 от расчетной неклиппированной выходной мощности усилителя.

Если непрерывная работа невозможна, аудиоусилитель работает на уровне максимальной выходной мощности, который позволяет непрерывную работу.

Нормальные и ненормальные рабочие условия - Ненормальные рабочие условия

Ненормальное рабочее состояние аудиоусилителя заключается в имитации наиболее неблагоприятной ситуации, которая может возникнуть на основе нормальных рабочих условий. Динамик можно заставить работать в самой неблагоприятной точке между нулем и максимальной выходной мощностью, регулируя громкость или устанавливая короткое замыкание динамика и т. д.

Нормальные и ненормальные рабочие условия - размещение для испытания на повышение температуры

При проведении испытания на повышение температуры аудиоусилителя поместите его в положение, указанное производителем. Если нет особого заявления, поместите устройство в деревянную испытательную коробку с открытой передней частью, на расстоянии 5 см от переднего края коробки, со свободным пространством 1 см вдоль боковых сторон или сверху и 5 см от задней части устройства до испытательной коробки. Общее размещение аналогично имитации домашнего телевизионного шкафа.

Нормальные и ненормальные рабочие условия - фильтрация шума и восстановление основной волны. Шум некоторых цифровых схем усилителей будет передаваться на динамик вместе с аудиосигналом, вызывая появление неупорядоченного шума при обнаружении осциллографом формы выходного сигнала динамика. Рекомендуется использовать простую схему фильтрации сигнала, показанную на рисунке ниже (метод использования: точки A и C подключены к выходному концу динамика, точка B подключена к опорному заземлению/заземлению контура аудиоусилителя, а точки D и E подключены к концу обнаружения осциллографа). Это может отфильтровать большую часть шума и в значительной степени восстановить синусоидальную основную волну 1000 Гц (1000F на рисунке - опечатка, должно быть 1000 пФ).

Некоторые аудиоусилители имеют превосходные характеристики и могут решить проблему пиковых искажений, так что сигнал не будет искажен или обрезан, когда он будет отрегулирован до состояния максимальной выходной мощности. В это время неклиппированная выходная мощность эквивалентна максимальной выходной мощности. Когда видимое клиппирование не может быть установлено, максимальную выходную мощность можно рассматривать как неклиппированную выходную мощность.

Классификация источников электроэнергии и защита

Аудиоусилители могут усиливать и выводить высоковольтные аудиосигналы, поэтому источник энергии аудиосигнала должен быть классифицирован и защищен. При классификации обязательно установите регулятор тембра в сбалансированное положение, позволяя аудиоусилителю работать при максимальной неклиппированной выходной мощности на динамик. Затем снимите динамик и проверьте напряжение холостого хода. Классификация источников энергии аудиосигнала и защита показаны в таблице ниже.

Классификация источников электрической энергии аудиосигнала и защита