趙 曄，沈 勇，尹 昊，劉紫

（南京大學(xué)，江蘇 南京 210093）

專業(yè)類用途揚(yáng)聲器相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)比較與分析

（南京大學(xué)，江蘇 南京 210093）

由于目前國內(nèi)外有關(guān)揚(yáng)聲器測試的幾項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)在不同的標(biāo)準(zhǔn)體系下，偏向不同的適用場景，技術(shù)內(nèi)容有較大的差異。針對(duì)演出場所專業(yè)類用途揚(yáng)聲器的檢測所涉及的揚(yáng)聲器測試標(biāo)準(zhǔn)，橫向?qū)Ρ攘烁黜?xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的測試揚(yáng)聲器各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的環(huán)境和技術(shù)條件。

揚(yáng)聲器；測試標(biāo)準(zhǔn)；國際標(biāo)準(zhǔn)；國家標(biāo)準(zhǔn)；技術(shù)條件

引言

演出場所專業(yè)類用途揚(yáng)聲器產(chǎn)品的評(píng)價(jià)涉及諸多技術(shù)方面，由于其復(fù)雜性，一直以來沒有形成一個(gè)統(tǒng)一的評(píng)價(jià)體系。而產(chǎn)品評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)是科學(xué)客觀的技術(shù)測試，產(chǎn)品評(píng)價(jià)體系的基礎(chǔ)則是依靠相關(guān)的測試標(biāo)準(zhǔn)。

國內(nèi)外揚(yáng)聲器性能測試的一系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)雖然有各自的指定適用范圍，但是，其測試技術(shù)內(nèi)容上又有重合。筆者對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)做了橫向比較，總結(jié)歸納了各標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的衡量揚(yáng)聲器性能的技術(shù)參數(shù)、測試方法和測試技術(shù)條件。

1 國際和國內(nèi)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)簡介

現(xiàn)行國際標(biāo)準(zhǔn)中有3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)與專業(yè)類揚(yáng)聲器測試相關(guān)。國際電工委員會(huì)頒布的IEC 60268-5:2007 《Sound System Equipment Part 5: Loudspeakers》；（國際）音頻工程學(xué)會(huì)頒布的聲學(xué)標(biāo)準(zhǔn)：AES 2-2012 《Methods of measuring and specifying the performance of loudspeakers for professional applications -Drive units》，以及AES 56-2008 《Sound source modeling-Loudspeaker polar radiation measurement》。

國內(nèi)相關(guān)的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)有3項(xiàng)。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12060.5—2011 《聲系統(tǒng)設(shè)備第5部分：揚(yáng)聲器主要性能測試方法》，是IEC 60268-5:2007的等同采用；行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)WH/T 39—2009 《專業(yè)音頻和擴(kuò)聲用揚(yáng)聲器組件實(shí)用規(guī)范》，是AES 2-1984 (r2003)的修改采用；以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)WH/ T 58—2013《 演出場所有源揚(yáng)聲器系統(tǒng)主要性能測試方法》。

筆者對(duì)于等同采用的標(biāo)準(zhǔn)將統(tǒng)一引用國內(nèi)對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。由于WH/T 39—2009只適用于揚(yáng)聲器系統(tǒng)組件，并未納入比較范圍。

2 專業(yè)揚(yáng)聲器性能檢測及方法

國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)主要對(duì)專業(yè)揚(yáng)聲器的輸入特性（見表1）、輸出特性（見表2）、頻率特性（見表3）、指向特性（見表4）、阻抗及其派生特性（見表5）和幅度非線性（見表6）的檢測及方法做出規(guī)定。下面對(duì)這些特性加以詳細(xì)說明。

2.1 輸入特性

2.1.1 額定噪聲電壓

GB/T 12060.5—2011規(guī)定了揚(yáng)聲器在不產(chǎn)生熱損壞或機(jī)械損壞情況下能夠承受的模擬節(jié)目噪聲電壓稱為額定噪聲電壓。測量額定噪聲電壓時(shí)，揚(yáng)聲器應(yīng)置于不小于8 m3的室內(nèi)進(jìn)行測量。

2.1.2 短期最大輸入電壓和長期最大輸入電壓

考慮揚(yáng)聲器在極限情況下的使用情況，GB/T 12060.5—2011和WH/T58—2013都規(guī)定了揚(yáng)聲器單元或系統(tǒng)在不產(chǎn)生永久性損壞的情況下所能承受的時(shí)間為1 s的模擬節(jié)目信號(hào)的最大電壓為短期最大電壓，所能承受的時(shí)間為1 min的模擬節(jié)目信號(hào)的最大電壓為長期最大電壓。值得注意的是GB/T 12060.5—2011規(guī)定的測量環(huán)境是不小于8 m3的房間，而WH/T58—2013則要求在自由場中進(jìn)行。

2.1.3 額定正弦電壓

GB/T 12060.5—2011中規(guī)定，額定正弦電壓是指在額定頻率范圍內(nèi)使揚(yáng)聲器能連續(xù)工作而不導(dǎo)致任何熱損壞或機(jī)械損壞的持續(xù)正弦信號(hào)電壓。測量額定正弦電壓時(shí)，揚(yáng)聲器應(yīng)置于不小于8 m3的室內(nèi)進(jìn)行測量。

2.1.4 固有噪聲級(jí)

WH/T 58—2013中規(guī)定，在額定工作條件下，去掉所有的信號(hào)源，并將所有的輸入端短接，音量電位器置于最大，有音調(diào)控制的應(yīng)將音調(diào)控制置于平直位置。在揚(yáng)聲器系統(tǒng)參考軸上距參考點(diǎn)1 m處測量的A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)即為固有噪聲級(jí)。測量固有噪聲級(jí)應(yīng)在自由場中進(jìn)行。

2.1.5 過載源電動(dòng)勢

WH/T 58—2013中規(guī)定，測量過載源電動(dòng)勢應(yīng)在揚(yáng)聲器系統(tǒng)額定工作條件下，并且在自由場中進(jìn)行。

表1 輸入特性

2.2 輸出特性

2.2.1 短期最大聲壓級(jí)

WH/T 58—2013中規(guī)定，在額定工作條件下，信號(hào)用猝發(fā)信號(hào)，將有源揚(yáng)聲器系統(tǒng)的音量電位器置于最大位置，調(diào)節(jié)噪聲信號(hào)源輸出信號(hào)的大小。輸入1/8倍的最小源電動(dòng)勢的電壓開始測試頻率響應(yīng)曲線并記錄。輸入信號(hào)每次增加3 dB的增量，當(dāng)輸入信號(hào)的增量為3 dB，聲壓級(jí)不再相應(yīng)上升3 dB，且只達(dá)到輸入增量的50%時(shí)，輸出的聲壓級(jí)為短期最大聲壓級(jí)。測量短期最大聲壓級(jí)應(yīng)在自由場中進(jìn)行。

2.2.2 最大聲壓級(jí)

WH/T 58—2013中規(guī)定，在額定工作條件下，先輸入1/8倍的最小源電動(dòng)勢的電壓開始測試頻率響應(yīng)曲線并記錄。在此電壓的情況下測試規(guī)定頻率范圍內(nèi)總諧波失真，同時(shí)將總諧波失真曲線的聲壓級(jí)與頻率響應(yīng)曲線的聲壓級(jí)進(jìn)行比較，直到失真到達(dá)規(guī)定的要求時(shí)，此時(shí)的頻率響應(yīng)曲線中各個(gè)頻點(diǎn)的聲壓級(jí)就是最大聲壓級(jí)。測量最大聲壓級(jí)應(yīng)在自由場中進(jìn)行。

表2 輸出特性

2.3 頻率特性

2.3.1 指定頻帶內(nèi)的特性靈敏度級(jí)

GB/T 12060.5—2011中規(guī)定，測量指定頻帶內(nèi)的特性靈敏度級(jí)時(shí)，揚(yáng)聲器應(yīng)置于自由場或半空間自由場環(huán)境內(nèi)，且在正常測量條件下測量。半空間自由場僅適用于與反射面平齊安裝的揚(yáng)聲器單元。

2.3.2 頻率響應(yīng)

GB/T 12060.5—2011中規(guī)定，測量頻率響應(yīng)應(yīng)在自由場或半空間自由場條件下進(jìn)行。

WH/T 58—2013中規(guī)定，測量有源揚(yáng)聲器系統(tǒng)的頻率響應(yīng)應(yīng)在自由場條件下進(jìn)行。

2.3.3 有效頻率范圍

GB/T 12060.5—2011中規(guī)定，有效頻率范圍是指由規(guī)定上下限頻率所限定的頻率范圍。饋以正弦信號(hào)并在參考軸上測得的揚(yáng)聲器頻率響應(yīng)上，在最高靈敏度區(qū)域一個(gè)倍頻程的帶寬內(nèi)的平均聲壓級(jí)之下、10 dB以內(nèi)的上限頻率和下限頻率。測量有效頻率范圍應(yīng)在自由場或半空間自由場條件下進(jìn)行。

2.4 指向特性

2.4.1 指向性圖案

GB/T 12060.5—2011中規(guī)定，測量指向性圖案應(yīng)在自由場條件下進(jìn)行。

AES 56—2008規(guī)定了揚(yáng)聲器系統(tǒng)的指向特性的測量方法。包含測量條件、測點(diǎn)的空間分辨率、測試數(shù)據(jù)。測試參考距離是10 m，要求在相對(duì)穩(wěn)定的聲學(xué)環(huán)境中進(jìn)行，通過檢測重復(fù)測試數(shù)據(jù)保證測量的可重復(fù)性。測點(diǎn)空間分布可分為普遍描述揚(yáng)聲器指向特性的的A型分布和針對(duì)于全對(duì)稱或半對(duì)稱揚(yáng)聲器的B型分布。其中A型的分辨率為5°×5°，全空間2 664個(gè)測點(diǎn)；B型分布有低分辨率分布(15°×15°)、中等分辨率分布(15°×5°)和一般分辨率分布(5°×5°)，都為半空間測量。

2.4.2 指向性指數(shù)

GB/T 12060.5—2011中規(guī)定，測量指向性指數(shù)應(yīng)在自由場條件下進(jìn)行。

2.4.3 指向性頻率響應(yīng)

WH/T 58—2013中規(guī)定，測量指向性頻率響應(yīng)應(yīng)在自由場中進(jìn)行。

2.4.4 覆蓋角

GB/T 12060.5—2011中規(guī)定，測量覆蓋角時(shí)應(yīng)在自由場條件下進(jìn)行。并且對(duì)于被設(shè)計(jì)成在過參考軸的不同平面上具有不同覆蓋角的揚(yáng)聲器，應(yīng)在至少兩個(gè)互相垂直的平面內(nèi)測量覆蓋角。

2.5 阻抗及其派生特性

2.5.1 阻抗曲線

GB/T 12060.5—2011中規(guī)定，阻抗曲線的測量條件為自由場、半空間自由場、模擬自由場、半空間模擬自由場、擴(kuò)散場。

2.5.2 總品質(zhì)因數(shù)Qt

GB/T 12060.5—2011中規(guī)定，總品質(zhì)因數(shù)Qt的測量條件為自由場、半空間自由場、模擬自由場、半空間模擬自由場、擴(kuò)散場。

2.5.3 揚(yáng)聲器單元順性的等效空氣容積

GB/T 12060.5—2011中規(guī)定，揚(yáng)聲器單元順性的等效空氣容積的測量條件為帶開口的剛性測試箱以及示波器。

表3 頻率特性

表4 指向特性

表5 阻抗及其派生特性

表6 幅度非線性

2.6 幅度非線性

WH/T 58—2013中規(guī)定，測量有源揚(yáng)聲器系統(tǒng)的總諧波失真應(yīng)在自由場條件下進(jìn)行。

GB/T 12060.5—2011中規(guī)定，測量總諧波失真、n次諧波失真、n次調(diào)制失真和差頻失真時(shí)，揚(yáng)聲器系統(tǒng)應(yīng)置于自由場條件下，揚(yáng)聲器單元應(yīng)置于半空間自由場條件下。

3 討論

就揚(yáng)聲器的測試項(xiàng)目而言，GB/T 12060.5—2011具有較強(qiáng)的普適性和一般性，測試參數(shù)較為全面；而WH/ T 58—2013對(duì)于舞臺(tái)演出等使用場景更為關(guān)注的一些參數(shù)的測試進(jìn)行了細(xì)化規(guī)定，如考慮揚(yáng)聲器系統(tǒng)在保證失真小于一定值的情況下的聲能最大輸出，即短期最大聲壓級(jí)和最大聲壓級(jí)，以及系統(tǒng)在特定輸入條件下的性能和表現(xiàn)，即固有噪聲級(jí)和過載源電動(dòng)勢；同時(shí)也有專屬于有源揚(yáng)聲器系統(tǒng)的屬性，如正常工作條件下的溫升。在針對(duì)專業(yè)類用途揚(yáng)聲器的實(shí)際測試中，兩份標(biāo)準(zhǔn)都可加以參考，互為補(bǔ)充。

同時(shí)，也可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于有些技術(shù)參數(shù)測試項(xiàng)目，不同標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的具體測試方法和技術(shù)條件也會(huì)存在差異。這就要在實(shí)際測試中根據(jù)待測產(chǎn)品的具體目標(biāo)應(yīng)用場景來選擇最合適的測試標(biāo)準(zhǔn)。

揚(yáng)聲器在演出場所的使用，不僅要考慮揚(yáng)聲器本身的特性，更重要的是房間聲學(xué)特性和揚(yáng)聲器特性耦合后共同作用的結(jié)果。就指向性特性而言，GB/T 12060.5—2011較之其前一版提出了要對(duì)覆蓋角進(jìn)行測量，是與WH/T 58—2013的顯著區(qū)別，覆蓋角對(duì)于擴(kuò)聲系統(tǒng)覆蓋區(qū)域和語音清晰度的推斷有重要意義；而與GB/T 12060.5—2011和WH/T 58—2013相比，AES 56-2008要求指向性測量的結(jié)果表述方式為脈沖響應(yīng)，脈沖響應(yīng)和房間的傳遞函數(shù)相卷積，可以實(shí)現(xiàn)在設(shè)計(jì)階段對(duì)實(shí)際演出場所的聲場進(jìn)行建模，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)階段對(duì)聲場的優(yōu)化。

相對(duì)于GB/T 12060.5—2011對(duì)揚(yáng)聲器系統(tǒng)或驅(qū)動(dòng)單元的通用性能進(jìn)行規(guī)定，針對(duì)揚(yáng)聲器單元及組件的標(biāo)準(zhǔn)AES 2-2012和WH/T 39—2009細(xì)化分類了不同的揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)單元及組件類型，包括高頻驅(qū)動(dòng)單元、高頻號(hào)筒、低頻驅(qū)動(dòng)單元和低頻箱體。就檢測的項(xiàng)目而言，GB/T 12060.5—2011和WH/T 58—2013對(duì)驅(qū)動(dòng)單元及組件的電學(xué)特性和機(jī)械特性做了更細(xì)致的規(guī)定，如低頻驅(qū)動(dòng)單元的T-S參數(shù)。對(duì)專業(yè)類揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)單元及組件的檢測，能夠更直觀地了解揚(yáng)聲器的基本性能，從而對(duì)演出場館的揚(yáng)聲器選用起到指導(dǎo)作用。

目前國內(nèi)和國際上都尚未形成一個(gè)針對(duì)專業(yè)類揚(yáng)聲器產(chǎn)品的統(tǒng)一客觀評(píng)價(jià)體系。市場上的主流產(chǎn)品標(biāo)示的技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目也有很大差異，甚至某些品牌的標(biāo)示技術(shù)參數(shù)并不是按照通用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測量而得，而是使用企業(yè)自己的測試標(biāo)準(zhǔn)。這就需要進(jìn)一步推進(jìn)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，為產(chǎn)品的檢測和評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

（編輯 杜 青）

Comparison and Analysis of the Professional Used Loudspeaker Testing Standard

ZHAO Ye, SHEN Yong, YIN Hao, LIU Zi-yun

(Nanjing University, Nanjing Jiangsu 210093, China)

Current loudspeaker testing standards are suitable for different application backgrounds in different standard systems. For this reason, there are great differences in their technical contents. Testing standards involved in this paper are only concerned with professional loudspeaker used in performing places. In this article, the writer compares the environmental and technical conditions of each loudspeaker technical parameter testing in different standards.

loudspeaker; testing standards; international standard; national standards; technical conditions

10.3969/j.issn.1674-8239.2015.03.005