IEC 62368-1 Testanforderungen für Geräte mit Audioverstärkern

Gemäß der ITU-R 468-4 (Messung des Audio-Rauschpegels in der Tonrundfunkübertragung) Spezifikation beträgt die 1000-Hz-Frequenzantwort 0 dB (siehe Abbildung unten), was als Referenzpegelsignal geeignet ist und sich gut zur Bewertung der Frequenz eignet

Antwortleistung von Audioverstärkern. Signal der Spitzenantwortfrequenz. Wenn der Hersteller erklärt, dass der Audioverstärker nicht für den Betrieb unter 1000-Hz-Bedingungen vorgesehen ist, sollte die Frequenz der Audiosignalquelle durch die Spitzenantwortfrequenz ersetzt werden. Die Spitzenantwortfrequenz ist die Frequenz der Signalquelle, wenn die maximale Ausgangsleistung an der Nennlastimpedanz (im Folgenden als Lautsprecher bezeichnet) innerhalb des vorgesehenen Betriebsbereichs des Audioverstärkers gemessen wird. Im tatsächlichen Betrieb kann der Prüfer die Amplitude der Signalquelle fixieren und dann die Frequenz durchlaufen, um zu überprüfen, ob die Frequenz der Signalquelle, die der maximalen Effektivwertspannung am Lautsprecher entspricht, die Spitzenantwortfrequenz ist.

Ausgangsleistungstyp und -regelung - maximale Ausgangsleistung

Die maximale Ausgangsleistung ist die maximale Leistung, die der Lautsprecher erhalten kann, und die entsprechende Spannung ist die maximale Effektivwertspannung. Gängige Audioverstärker verwenden häufig OTL- oder OCL-Schaltungen, die auf dem Arbeitsprinzip von Klasse-AB-Verstärkern basieren. Wenn ein 1000-Hz-Sinuswellen-Audiosignal in den Audioverstärker eingespeist wird und aus dem Verstärkungsbereich in den Sättigungsbereich eintritt, kann die Signalamplitude nicht weiter ansteigen, der Spannungsscheitelpunkt ist begrenzt und es erscheint eine Flat-Top-Verzerrung am Scheitelpunkt.

Wenn Sie ein Oszilloskop verwenden, um die Ausgangswellenform des Lautsprechers zu testen, können Sie feststellen, dass beim Verstärken des Signals auf den Effektivwert und ohne weitere Erhöhung eine Scheitelverzerrung auftritt (siehe Abbildung 2). Zu diesem Zeitpunkt wird davon ausgegangen, dass der maximale Ausgangsleistungszustand erreicht wurde. Wenn eine Scheitelverzerrung auftritt, ist der Crest-Faktor der Ausgangswellenform niedriger als der Sinuswellen-Crest-Faktor von 1,414 (wie in Abbildung 2 gezeigt, Crest-Faktor = Spitzenspannung / Effektivwertspannung = 8,00/5,82≈1,375＜1,414)

Abbildung 2: 1000-Hz-Sinuswellensignal-Eingangsbedingung, Lautsprecherausgangswellenform bei maximaler Ausgangsleistung

Ausgangsleistungstyp und -anpassung - unverzerrte Ausgangsleistung,Unverzerrte Ausgangsleistung bezieht sich auf die Ausgangsleistung am Übergang zwischen dem Sättigungsbereich und dem Verstärkungsbereich, wenn der Lautsprecher mit maximaler Ausgangsleistung und ohne Scheitelverzerrung arbeitet (der Arbeitspunkt ist in Richtung des Verstärkungsbereichs vorgespannt). Die Audioausgangswellenform stellt eine vollständige 1000-Hz-Sinuswelle ohne Scheitelverzerrung oder Clipping dar, und ihre Effektivspannung ist ebenfalls geringer als die Effektivspannung bei maximaler Ausgangsleistung (siehe Abbildung 3).

Abbildung 3 zeigt die Ausgangswellenform des Lautsprechers, der nach Reduzierung des Verstärkungsfaktors in den unverzerrten Ausgangsleistungszustand eintritt (Abbildungen 2 und 3 zeigen dasselbe Audioverstärkernetzwerk)

Da Audioverstärker an der Schnittstelle zwischen dem Verstärkungs- und dem Sättigungsbereich arbeiten und instabil sind, kann eine Signalamplitude-Jitter (die oberen und unteren Spitzen sind möglicherweise nicht gleich) erzeugt werden. Der Crest-Faktor kann mit berechnet werden 50 % der Spitze-zu-Spitze-Spannung als Spitzenspannung. In Abbildung 3 , die Spitzenspannung beträgt 0,5 × 13,10 V = 6,550 V , und die Effektivspannung beträgt 4,632 V . Der Crest-Faktor = Spitzenspannung / Effektivspannung = 6,550 / 4,632 ≈ 1,414. Ausgangsleistungstyp und -regelung - Leistungsregelungsverfahren. Audioverstärker empfangen kleine Signaleingänge, verstärken sie und geben sie an die Lautsprecher aus. Das Verstärkungsverhältnis wird typischerweise mithilfe einer detaillierten Lautstärkeskala angepasst (z. B. kann die Lautstärkeeinstellung eines Fernsehgeräts von 30 bis 100 Schritten reichen). Das Anpassen des Verstärkungsverhältnisses durch Anpassen der Amplitude der Signalquelle ist jedoch viel weniger effektiv. Das Reduzieren der Amplitude der Signalquelle, selbst bei hoher Verstärkung des Verstärkers, reduziert die Ausgangsleistung des Lautsprechers erheblich (siehe Abbildung 4). In

Abbildung 4: Ausgangswellenform, wenn der Lautsprecher nach Reduzierung der Amplitude der Signalquelle in einen unverzerrten Ausgangsleistungszustand eintritt.

(Abbildungen 2 und 4 zeigen dasselbe Audioverstärkernetzwerk)

Abbildung 3 , durch Anpassen der Lautstärke wird der Lautsprecher von der maximalen Ausgangsleistung in einen unverzerrten Zustand zurückgeführt, mit einer Effektivspannung von 4,632 V . In Abbildung 4 , durch Anpassen der Amplitude der Signalquelle wird der Lautsprecher vom maximalen Ausgangsleistungszustand in den unverzerrten Ausgangsleistungszustand eingestellt, und die Effektivwertspannung beträgt 4,066 V . Gemäß der Leistungsberechnungsformel

Ausgangsleistung = Quadrat der Spannung Effektivwert / Lautsprecherimpedanz

Die unverzerrte Ausgangsleistung von Abbildung 3 übersteigt die von Abbildung 4 um etwa 30 %, daher ist Abbildung 4 nicht der wahre unverzerrte Ausgangsleistungszustand.

Es ist ersichtlich, dass der richtige Weg, um vom maximalen Ausgangsleistungszustand in den unverzerrten Ausgangsleistungszustand zurückzukehren, darin besteht, die Amplitude der Signalquelle zu fixieren und den Verstärkungsfaktor des Audioverstärkers anzupassen, d. h. die Lautstärke des Audioverstärkers anzupassen, ohne die Amplitude der Signalquelle zu ändern.

Ausgangsleistungstyp und -anpassung - 1/8 unverzerrte Ausgangsleistung

Normale Betriebsbedingungen für Audioverstärker sollen die optimalen Betriebsbedingungen realer Lautsprecher simulieren. Obwohl die realen Klangeigenschaften stark variieren, liegt der Crest-Faktor der meisten Klänge innerhalb von 4 (siehe Abbildung 5).

Abbildung 5: Eine reale Schallwellenform mit einem Crest-Faktor von 4

Am Beispiel der Schallwellenform in Abbildung 5: Crest-Faktor = Spitzenspannung / Effektivspannung = 3,490 / 0,8718 = 4. Um einen verzerrungsfreien Zielton zu erreichen, muss ein Audioverstärker sicherstellen, dass sein maximaler Peak frei von Clipping ist. Wenn eine 1000-Hz-Sinuswellensignalquelle als Referenz verwendet wird, sollte die Effektivspannung des Signals 3,490 V / 1,414 = 2,468 V betragen, um sicherzustellen, dass die Wellenform unverzerrt bleibt und die Spitzenspannung von 3,490 V nicht strombegrenzt ist. Die Effektivspannung des Zieltons beträgt jedoch nur 0,8718 V. Daher beträgt das Reduktionsverhältnis des Zieltons zur Effektivspannung der 1000-Hz-Sinuswellensignalquelle 0,8718 / 2,468 = 0,3532. Gemäß der Leistungsberechnungsformel beträgt das Spannungs-Effektivwert-Reduktionsverhältnis 0,3532, was bedeutet, dass das Ausgangsleistungs-Reduktionsverhältnis 0,3532 quadriert ist, was ungefähr gleich 0,125 = 1/8 ist.

Daher kann durch Anpassen der Lautsprecherausgangsleistung auf 1/8 der unverzerrten Ausgangsleistung, die der 1000-Hz-Sinuswellensignalquelle entspricht, der Zielton ohne Verzerrung und einem Crest-Faktor von 4 ausgegeben werden. Mit anderen Worten, 1/8 der unverzerrten Ausgangsleistung, die der 1000-Hz-Sinuswellensignalquelle entspricht, ist der optimale Arbeitszustand für den Audioverstärker, um den Zielton mit einem Crest-Faktor von 4 ohne Verlust auszugeben.

Der Betriebszustand des Audioverstärkers basiert auf dem Lautsprecher, der 1/8 unverzerrte Ausgangsleistung liefert. Stellen Sie im unverzerrten Ausgangsleistungszustand die Lautstärke so ein, dass die Effektivwertspannung auf etwa 35,32 % sinkt, was 1/8 unverzerrte Ausgangsleistung entspricht. Da rosa Rauschen dem realen Klang ähnlicher ist, kann nach der Verwendung eines 1000-Hz-Sinuswellensignals zur Erzielung einer unverzerrten Ausgangsleistung rosa Rauschen als Signalquelle verwendet werden. Bei Verwendung von rosa Rauschen als Signalquelle ist es erforderlich, einen Bandpassfilter wie in der Abbildung unten gezeigt zu installieren, um die Rauschbandbreite zu begrenzen.

Normale und anormale Arbeitsbedingungen - normale Arbeitsbedingungen

Verschiedene Arten von Audioverstärkergeräten sollten alle folgenden Bedingungen berücksichtigen, wenn normale Betriebsbedingungen festgelegt werden:

- Der Audioverstärkerausgang ist an die ungünstigste Nennlastimpedanz oder den tatsächlichen Lautsprecher (falls vorhanden) angeschlossen;

——Alle Audioverstärkerkanäle arbeiten gleichzeitig;

- Verwenden Sie für ein Orgel- oder ähnliches Instrument mit einer Tongeneratoreinheit anstelle eines 1000-Hz-Sinuswellensignals die beiden Basspedaltasten (falls vorhanden) und die zehn manuellen Tasten in beliebiger Kombination. Aktivieren Sie alle Register und Tasten, die die Ausgangsleistung erhöhen, und stellen Sie das Instrument auf 1/8 der maximalen Ausgangsleistung ein;

- Wenn die beabsichtigte Funktion des Audioverstärkers durch die Phasendifferenz zwischen den beiden Kanälen bestimmt wird, beträgt die Phasendifferenz zwischen den Signalen, die an die beiden Kanäle angelegt werden, 90°;

Verbinden Sie bei Mehrkanal-Audioverstärkern, wenn einige Kanäle nicht unabhängig voneinander arbeiten können, die Nennlastimpedanz und stellen Sie die Ausgangsleistung auf 1/8 der vom Verstärker ausgelegten unverzerrten Ausgangsleistung ein.

Wenn ein Dauerbetrieb nicht möglich ist, arbeitet der Audioverstärker mit dem maximalen Ausgangsleistungspegel, der einen Dauerbetrieb ermöglicht.

Normale und anormale Arbeitsbedingungen - Anormale Arbeitsbedingungen

Die anormale Arbeitsbedingung des Audioverstärkers soll die ungünstigste Situation simulieren, die auf der Grundlage normaler Arbeitsbedingungen auftreten kann. Der Lautsprecher kann durch Anpassen der Lautstärke oder durch Kurzschließen des Lautsprechers usw. dazu gebracht werden, am ungünstigsten Punkt zwischen Null und maximaler Ausgangsleistung zu arbeiten.

Normale und anormale Arbeitsbedingungen - Temperaturanstiegstestplatzierung

Platzieren Sie den Audioverstärker bei der Durchführung eines Temperaturanstiegstests in der vom Hersteller angegebenen Position. Wenn keine besondere Aussage vorliegt, stellen Sie das Gerät in einen hölzernen Testkasten mit offener Vorderseite, 5 cm vom vorderen Rand des Kastens, mit 1 cm Freiraum an den Seiten oder oben und 5 cm von der Rückseite des Geräts zum Testkasten. Die Gesamtplatzierung ähnelt der Simulation eines Fernsehschranks für zu Hause.

Normale und anormale Arbeitsbedingungen - Rauschfilterung und Wiederherstellung der Grundwelle Das Rauschen einiger digitaler Verstärkerschaltungen wird zusammen mit dem Audiosignal an den Lautsprecher übertragen, wodurch ungeordnetes Rauschen auftritt, wenn das Oszilloskop die Lautsprecherausgangswellenform erkennt. Es wird empfohlen, die einfache Signalfilterschaltung zu verwenden, die in der Abbildung unten gezeigt ist (die Verwendungsmethode ist: Punkte A und C sind mit dem Lautsprecherausgangsende verbunden, Punkt B ist mit der Audioverstärker-Referenzmasse/Schleifenmasse verbunden und Punkte D und E sind mit dem Oszilloskop-Erkennungsende verbunden). Dies kann den größten Teil des Rauschens herausfiltern und die 1000-Hz-Sinusgrundwelle weitgehend wiederherstellen (1000F in der Abbildung ist ein Tippfehler, es sollte 1000 pF sein).

Einige Audioverstärker haben eine überlegene Leistung und können das Problem der Scheitelverzerrung lösen, sodass das Signal nicht verzerrt oder beschnitten wird, wenn es auf den maximalen Ausgangsleistungszustand eingestellt wird. Zu diesem Zeitpunkt entspricht die unverzerrte Ausgangsleistung der maximalen Ausgangsleistung. Wenn sichtbares Clipping nicht hergestellt werden kann, kann die maximale Ausgangsleistung als unverzerrte Ausgangsleistung betrachtet werden.

Klassifizierung und Sicherheitsschutz der elektrischen Energiequelle

Audioverstärker können hochspannungsfähige Audiosignale verstärken und ausgeben, daher muss die Audio-Signalenergiequelle klassifiziert und geschützt werden. Stellen Sie beim Klassifizieren sicher, dass der Klangregler in eine ausgeglichene Position gebracht wird, damit der Audioverstärker mit maximaler unverzerrter Ausgangsleistung an den Lautsprecher arbeiten kann. Entfernen Sie dann den Lautsprecher und testen Sie die Leerlaufspannung. Die Klassifizierung und der Sicherheitsschutz der Audiosignalenergiequelle sind in der folgenden Tabelle dargestellt.

Pink Noise Generator