美国 EIA-426-B标准简介 - 测量、试验及标准室 - 声学楼论坛

EIA-426-B标准简介

第一部分功率试验CD碟简介

ANSI/EIA -426-B-1998（Loudspeakers, Optimum Amplifier Power）是关于功率放大器馈给扬声器的最佳功率的标准，由美国国家标准化组织ANSI（American National Standards Institute）和电子工业协会EIA（Electronic Industries Association）联合发布。该标准由 EIA R-3 音响系统委员会工作小组提出，作为对EIA-426-A标准的修订。EIA-426-A主要规定了对全频系统进行加速寿命试验的方法。在修订前对扬声器制造厂的调查中，被调查者广泛认为有必要对EIA-426-A标准中试验信号频谱、试验持续时间以及功率计算方法等问题进行重新审视。修订后的426-B标准延伸了426-A的内容，推荐了与扬声器相连接的音频功放的最大额定输出功率，包含了在最佳功放输出功率下的功率压缩、失真等性能的评估方法，说明了在功率压缩、失真及加速寿命试验等范畴的可接受性能极限。

扬声器所能承受的极限功率实际上是一个非常复杂的问题。它取决于扬声器中各相关零件的热损坏和机械损坏的极限，既跟输入信号的电功率相关，又跟输入信号的诸如峰值因数、上升时间、频谱分布等多种因素相关。而且，不考虑音质的极限功率并没有多少实际意义。实际上，应该关注的是在不超过多少瓦的放大器输出功率下，对于绝大多数节目，还能从扬声器中获得可以接受的音质。我想，这应该也就是EIA-426-B标准之所以取名为《扬声器，最佳功放功率》（Loudspeakers,Optimum Amplifier Power）的原因所在。

美国扬声器制造者协会ALMA（American Loudspeaker Manufacturers Association）于2001年推出了与EIA-426-B标准相配套的测试信号碟。用来替代贵重的信号发生设备，改善测试可靠性，以期推动EIA-426-B标准的更广泛使用。这张碟还包含了一些EIA-426-B标准以外的信号，诸如更高频率的纯音，以及爆发音等等。该碟中所有信号均由信号处理与数据分析程序通过数学方法合成，并在PC机上采用Igor Pro 4.0程序生成wav文件。目前这张碟在美国的市场零售价为100美金。在与音响相关的许多协会中，对会员的优惠价通常是50美金。

本部分只是简单地描述该碟所包含的测试信号，不深入涉及其应用。关于这些测试信号的具体应用方法，在本文第二部分中叙述。

测试信号详细描述

音轨1: 电平设置参考音

音轨1是1000赫兹的参考信号，用于校准本CD上其他音轨测试信号的信号电平。录制时的峰值电平为负6分贝，持续时间为60秒钟。除了爆发音外，这张CD碟上的所有测试信号都采用和参考音轨相同的峰值电平进行录制。在起始及结束时，各有宽度为四个周期的斜坡信号，以改善瞬态响应。音轨35到68中的爆发音是以正6dB的峰值电平录制的。

音轨2: 用于寿命试验的随机噪声

音轨2是在频段40Hz到10kHz之间的高斯随机噪声，适合于对扬声器做加速寿命试验。在等百分比带宽频谱分析仪上测试，该信号频谱在40Hz以下采用6阶巴特沃斯(Butterworth)高通滤波器滤波，从40Hz到1kHz是平坦的，在1kHz到10kHz之间以每倍频程负3分贝的速率下降，在10kHz以上则采用4阶巴特沃斯(Butterworth)低通滤波器滤波。其峰值因数定为6dB，通过由软件模拟二极管的对称削波来实现，处理结果是振幅削波的高斯随机噪声。此信号持续时间为30分钟。

音轨3: 用于功率压缩试验的变速扫频正弦波信号

音轨3是变速扫频正弦波测试信号，用作功率压缩试验的信号，其频谱基本上与音轨2中的随即噪声相同。信号的构成是一个由40赫兹到10k赫兹的上行扫频，持续时间0.25秒钟，然后是由10k赫兹到40赫兹的下行扫频，持续时间也是0.25秒钟。这个长度0.5秒的合成信号不断重复，共10分钟。因为首尾相接处的频率都相等，所以转换是无缝而平滑的。

信号频谱的修整是通过改变扫频速度来实现的。在40赫兹到1000赫兹之间，扫频速度与频率的平方根成正比，这种扫频方式通常被称为对数扫频，因为其频率随时间而呈指数式上升。这种特性使得其频谱具有和粉红噪声一样的特性，即在每个等百分比带宽中所分布的能量相等。在1000赫兹以上，扫频速度与频率的平方成正比，与粉红噪声相比，相对下降率为每倍频程10分贝，相对于白噪声的下降率则是每倍频程20分贝。

音轨4到34: 用于失真测试的纯音信号

音轨4到34是从20Hz到20kHz之间所有三分之一倍频程中心频率的纯音信号。每个纯音信号持续15秒钟，接着是5秒钟的数字静音。在每个纯音起始及结束时，各有宽度为四个周期的斜坡信号，以改善瞬态响应。EIA-426-B标准中规定用于失真测试只是5kHz以下的纯音（音轨4到28），音轨29到34是为完整起见而额外给出的从6.3kHz到20kHz之间的高频纯音，在EIA-426-B标准中并没有用到这些高频纯音。

音轨35到68: 用于峰值功率和动态余量评估的爆发音信号

这张测试碟中还包含了另外34个额外的测试信号音轨，由一系列6.5周的爆发音组成，这些额外的测试信号也是在EIA-426-B标准中所没有提到的。这34个额外的测试信号分别在音轨35到68中，是采用从10Hz到20kHz之间所有三分之一倍频程中心频率的爆发音。每秒钟重复一次，共持续30秒钟。用于对扬声器、信号处理器、功率放大器等声系统进行短期峰值功率及动态余量等方面的评估。爆发的能量集中在三分之一倍频程频宽上，并以每倍频程40分贝的速率迅速下降，爆发音是采用韩氏窗函数作为滤波器的。

在爆发音首尾相接没有空隙的情况下，其峰值因数约为7.3dB。但实际上录制时在两个爆发音之间加入了静音，故峰值因数会更大。而且因为每秒钟一次的重复周期是不变的，所以随着频率的增高，爆发音所占时间比例会缩短，使得信号的峰值因数也会因此而增高，其增高的幅度为每三分之一倍频程一分贝。综合上面两个因素，当频率从10Hz变到20K赫兹时，峰值因数会相应从9.1分贝变到42.1分贝。

第二部分试验方法简介

一、试验所需设施

具有声轨重复播放功能的CD机；

输出功率大于所需试验功率的音频功放；

与EIA-426-B标准相配套的测试信号碟，也可以使用符合EIA-426-B标准中附录A规定的其它试验信号发生器；

RMS电压表，其输入阻抗至少是扬声器额定阻抗的十倍以上，交流带宽至少在40Hz到10kHz；

频宽覆盖40Hz到10kHz的正弦波信号发生器；

三分之一倍频程实时音频分析仪，使用2类或3类滤波器，能够显示总声压级；

全方向测试麦克风，在40Hz到10kHz之间频率响应不均匀度小于0.5分贝，声压级动态范围上限至少达到140dB；

符合EIA-426-B标准中附录B规定的带开关20分贝衰减器。

二、试验条件和注意事项

每个试验都要用一个没有做过其它试验的新的扬声器来做。

扬声器应该按制造厂的规定来进行测试，在没有规定时，应该在面积合适的障板上测试。连续功率下的加速寿命试验可以在自由空间做。测试应在环境温度保持为摄氏20－30度、相对湿度保持为30－80％的房间或箱体内进行，扬声器谐振频率变化不得超过5％。

假如制造厂规定了分频器或分频网络，就应该按照制造厂说明进行安装；如果没有此类规定，则功放和电压表均应该直接连接到扬声器的端子上。先确认扬声器的额定阻抗符合EIA-299-A规定，然后利用这个额定阻抗，计算应该施加到扬声器上的试验电压，这个试验电压应该等于功放最佳功率与扬声器额定阻抗之乘积的平方根。

试验顺序：先做功率压缩试验，然后做失真试验，最后做加速寿命试验。

三、功率压缩试验

用于测试在功率放大器最佳功率下，扬声器声学输出被压缩的程度。测试电路如下图所示。

功率压缩试验所用信号为EIA测试信号碟中的变速扫频正弦波测试信号（音轨3）。传声器位置应在扬声器纸锥几何中心的轴线上，离声中心距离小于辐射半径的0.11倍。把传声器的输出送到1/3倍频程实时分析仪的输入端。采用可切换衰减器，将变速扫频正弦波测试信号以比最佳功放功率低20分贝的幅值馈给扬声器，记录下扬声器所发声音的参考电平。

把驱动电平降低6分贝，利用可切换衰减器把试验信号幅值提升20分贝，并同时把传声放大器的输出衰减20分贝，这样施加到扬声器的功率远远不到满负荷，所产生频谱将和原始信号曲线一致，只是在幅值上低了6个分贝，表示没有或几乎没有压缩产生。此时，操作人员应该监听是否有失真，在驱动电平降低6分贝时，失真应该是最小的。如果出现了严重的失真，操作员就应该停止试验，记录下失真最大的频率，并立即进行下一节所描述的失真试验。如果仅仅能听到最小的失真，则操作员应缓慢地恢复驱动电平，直到出现严重失真或者直到观察到功率压缩，按那一个先出现而定。在接近全功率时，为避免高频驱动单元过热，发出试验信号的时间可以很短，例如在三到四周后就暂停。

将扫频测试信号重放整整一分钟，记录输出频谱。假如没有发生功率压缩，则所显示测量频谱的幅值，在所有频率上都应该和先前所记录的信号完全一致。如果在全功率信号显示频谱的每个1/3倍频程频带中，与上两节中所建立的参考电平相比，从40Hz到10kHz或在制造商所规定的频段内，幅值的下降都不超过6分贝，就表明这扬声器已经通过了功率压缩试验。

四、谐波失真

在最佳功放功率下测量谐波失真，使用的是互相间隔1/3倍频程的各IEC中心频率正弦波试验信号。在对扬声器规定了有限的频率范围的情况下，就无需在这个频率范围以外测试。试验信号还是从EIA测试信号碟中取得（音轨4到28）。和功率压缩试验一样，试验信号可以从较低的电平开始，慢慢增加到最高电平。操作人员应该特别注意那些在功率压缩试验中有失真表现的频率。一般来说，扬声器很可能在所测频率范围的最低频率处出现最大失真；对于多路扬声器系统来说，则还有可能在靠近分频点的地方出现最大失真。全功率下的连续正弦波信号在几秒钟内就可能把高音单元烧掉，所以在测试高音单元时，时间应该很短，通常两秒钟就够了。假如操作员需要再确认一次，则在两次测试之间应该有十秒钟以上的冷却时间间隔。

把传声器放置在扬声器轴线上离声中心距离小于辐射半径的0.11倍处，并将传声器的输出端连接到1/3倍频程实时分析仪的输入端。在其规定的带宽中，扬声器会产生谐波，谐波的均方根幅值小于基波。使用可以显示总声压级的频谱分析仪，如果总声压级幅值没有高出基波3分贝以上，信号的谐波成分就比基波小。对于有多个驱动单元的扬声器系统来说，分别把传声器对准各个扬声器单元，重复进行试验。如果在规定频带内，在各个频率下进行测试时，总声压级读数都没有比基波幅值高出3分贝以上，则认为被测扬声器已经通过了失真试验。对于有多个驱动单元的扬声器系统来说，只有对每个扬声器的测试都通过了，才算整个系统通过。

五、连续功率下的加速寿命试验

用来测试扬声器在长时间中承受一个相当于一半最佳功放功率的试验信号且其性能参数或产品完整性都不会产生不可恢复的或不可接受的变化的能力，从而模拟扬声器的工作寿命。在这个试验中，扬声器应该不会很快就失效，因为其相同产品在先前的试验中已经经历了整个频段中的全功率试验。通过这个试验的标准是，扬声器诸如自由空气中的谐振频率等参数不会产生永久性的的变化。所以，只有在扬声器产生了永久性的损坏时，我们才能认定它没有通过这个试验。如果需要降低这种损坏被测产品的风险，可以在试验中用频谱分析仪或人耳对扬声器进行严密监视，一旦发现异常，立即断开测试信号。此时，扬声器有可能已经产生了永久性损坏，也有可能并没有产生永久性损坏。如果还没有产生永久性损坏，既不能认为它通过了试验，也不能认为它通不过试验。但如果扬声器通过了这个试验，则认为其额定功率已经得到了验证。

先进行煲机，在测试信号碟中选择校正用正弦波信号，调整功放输出电平，使之比第二节中所算得的试验电压（功放最佳功率与扬声器额定阻抗之乘积的平方根）低3分贝，也就是上述试验电压乘以0.707。在CD播放机中设置重复播放，使之连续重复测试信号碟中的加权随机噪声测试信号（音轨2），把这个信号施加到扬声器上，不间断地重复一个小时，在结束后让磁路结构冷却到摄氏35度以下，测试并记录扬声器的谐振频率。

接着进行正式试验，在测试信号碟中选择校正用正弦波信号，调整功放输出电平，使之等于第二节中所算得的试验电压（功放最佳功率与扬声器额定阻抗之乘积的平方根）。在CD播放机中设置重复播放，使之连续重复高斯随机噪声信号，把这个信号施加到扬声器上，不间断地重复八个小时。

试验结束后，至少经过一小时的恢复，且确认磁路结构表面温度已经冷却到摄氏35度以下，然后馈给扬声器一个相当于一半测试电压的正弦波信号，在制造厂规定的额定带宽进行扫频，在没有规定额定带宽时，采用40Hz到10kHz。假如没有因试验引起的噪声或结构损坏会导致扬声器不适合于预定应用，而且谐振频率的下降没有超过煲机时所记录参考谐振频率的10％以上，则认为该扬声器已经通过了加速寿命试验。

结束语

与扬声器相匹配的功率放大器是存在一个最佳输出功率的，使用了功率太大的功放会增加扬声器损坏的几率。EIA-426-B标准就是试图找出这个最佳功率。

但是，就算用户完全按照EIA-426-B标准来选定功率放大器，实际上还是没有办法完全保证扬声器的安全。因为哪怕功放输出的功率不高，如果因增益控制、低音提升、均衡器调节、音量调节等方面的原因使功放输出的是有平顶的削波信号，那么扬声器仍然存在着烧毁的危险。削波是扬声器的大敌，因为在削波的情况下，在信号的平顶阶段，馈给扬声器的是直流电，扬声器的振动部分根本不运动，输入功率百分之百都转换为热能，而且此时没有反电动势，所以特别容易损坏。

另外需要指出的是，在这个标准中，还特别提到了对操作员听力的保护，并提出了相关的保护措施。