趙 曄，沈 勇，尹 昊，劉紫

（南京大學(xué)，江蘇 南京 210093）

專業(yè)類用途揚聲器相關(guān)測試標準比較與分析

（南京大學(xué)，江蘇 南京 210093）

由于目前國內(nèi)外有關(guān)揚聲器測試的幾項標準在不同的標準體系下，偏向不同的適用場景，技術(shù)內(nèi)容有較大的差異。針對演出場所專業(yè)類用途揚聲器的檢測所涉及的揚聲器測試標準，橫向?qū)Ρ攘烁黜棙藴手幸?guī)定的測試揚聲器各項技術(shù)參數(shù)的環(huán)境和技術(shù)條件。

揚聲器；測試標準；國際標準；國家標準；技術(shù)條件

引言

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

國內(nèi)外揚聲器性能測試的一系列相關(guān)標準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。筆者對這些標準做了橫向比較，總結(jié)歸納了各標準中規(guī)定的衡量揚聲器性能的技術(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)行標準簡介

現(xiàn)行國際標準中有3項標準與專業(yè)類揚聲器測試相關(guān)。國際電工委員會頒布的IEC 60268-5:2007 《Sound System Equipment Part 5: Loudspeakers》；（國際）音頻工程學(xué)會頒布的聲學(xué)標準：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)行標準有3項。國家標準GB/T 12060.5—2011 《聲系統(tǒng)設(shè)備第5部分：揚聲器主要性能測試方法》，是IEC 60268-5:2007的等同采用；行業(yè)標準WH/T 39—2009 《專業(yè)音頻和擴聲用揚聲器組件實用規(guī)范》，是AES 2-1984 (r2003)的修改采用；以及行業(yè)標準WH/ T 58—2013《 演出場所有源揚聲器系統(tǒng)主要性能測試方法》。

筆者對于等同采用的標準將統(tǒng)一引用國內(nèi)對應(yīng)標準。由于WH/T 39—2009只適用于揚聲器系統(tǒng)組件，并未納入比較范圍。

2 專業(yè)揚聲器性能檢測及方法

國內(nèi)外標準主要對專業(yè)揚聲器的輸入特性（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。下面對這些特性加以詳細說明。

2.1 輸入特性

2.1.1 額定噪聲電壓

GB/T 12060.5—2011規(guī)定了揚聲器在不產(chǎn)生熱損壞或機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，揚聲器應(yīng)置于不小于8 m3的室內(nèi)進行測量。

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間為1 s的模擬節(jié)目信號的最大電壓為短期最大電壓，所能承受的時間為1 min的模擬節(jié)目信號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)使揚聲器能連續(xù)工作而不導(dǎo)致任何熱損壞或機械損壞的持續(xù)正弦信號電壓。測量額定正弦電壓時，揚聲器應(yīng)置于不小于8 m3的室內(nèi)進行測量。

2.1.4 固有噪聲級

WH/T 58—2013中規(guī)定，在額定工作條件下，去掉所有的信號源，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。在揚聲器系統(tǒng)參考軸上距參考點1 m處測量的A計權(quán)聲壓級即為固有噪聲級。測量固有噪聲級應(yīng)在自由場中進行。

2.1.5 過載源電動勢

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

表1 輸入特性

2.2 輸出特性

2.2.1 短期最大聲壓級

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

2.2.2 最大聲壓級

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，同時將總諧波失真曲線的聲壓級與頻率響應(yīng)曲線的聲壓級進行比較，直到失真到達規(guī)定的要求時，此時的頻率響應(yīng)曲線中各個頻點的聲壓級就是最大聲壓級。測量最大聲壓級應(yīng)在自由場中進行。

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

GB/T 12060.5—2011中規(guī)定，測量指定頻帶內(nèi)的特性靈敏度級時，揚聲器應(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行。

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

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。饋以正弦信號并在參考軸上測得的揚聲器頻率響應(yīng)上，在最高靈敏度區(qū)域一個倍頻程的帶寬內(nèi)的平均聲壓級之下、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)在自由場條件下進行。

AES 56—2008規(guī)定了揚聲器系統(tǒng)的指向特性的測量方法。包含測量條件、測點的空間分辨率、測試數(shù)據(jù)。測試參考距離是10 m，要求在相對穩(wěn)定的聲學(xué)環(huán)境中進行，通過檢測重復(fù)測試數(shù)據(jù)保證測量的可重復(fù)性。測點空間分布可分為普遍描述揚聲器指向特性的的A型分布和針對于全對稱或半對稱揚聲器的B型分布。其中A型的分辨率為5°×5°，全空間2 664個測點；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)在自由場中進行。

2.4.4 覆蓋角

GB/T 12060.5—2011中規(guī)定，測量覆蓋角時應(yīng)在自由場條件下進行。并且對于被設(shè)計成在過參考軸的不同平面上具有不同覆蓋角的揚聲器，應(yīng)在至少兩個互相垂直的平面內(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、擴散場。

2.5.3 揚聲器單元順性的等效空氣容積

GB/T 12060.5—2011中規(guī)定，揚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，測量有源揚聲器系統(tǒng)的總諧波失真應(yīng)在自由場條件下進行。

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，揚聲器系統(tǒng)應(yīng)置于自由場條件下，揚聲器單元應(yīng)置于半空間自由場條件下。

3 討論

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

同時，也可以發(fā)現(xiàn)，對于有些技術(shù)參數(shù)測試項目，不同標準所規(guī)定的具體測試方法和技術(shù)條件也會存在差異。這就要在實際測試中根據(jù)待測產(chǎn)品的具體目標應(yīng)用場景來選擇最合適的測試標準。

揚聲器在演出場所的使用，不僅要考慮揚聲器本身的特性，更重要的是房間聲學(xué)特性和揚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覆蓋角進行測量，是與WH/T 58—2013的顯著區(qū)別，覆蓋角對于擴聲系統(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，可以實現(xiàn)在設(shè)計階段對實際演出場所的聲場進行建模，從而實現(xiàn)設(shè)計階段對聲場的優(yōu)化。

相對于GB/T 12060.5—2011對揚聲器系統(tǒng)或驅(qū)動單元的通用性能進行規(guī)定，針對揚聲器單元及組件的標準AES 2-2012和WH/T 39—2009細化分類了不同的揚聲器驅(qū)動單元及組件類型，包括高頻驅(qū)動單元、高頻號筒、低頻驅(qū)動單元和低頻箱體。就檢測的項目而言，GB/T 12060.5—2011和WH/T 58—2013對驅(qū)動單元及組件的電學(xué)特性和機械特性做了更細致的規(guī)定，如低頻驅(qū)動單元的T-S參數(shù)。對專業(yè)類揚聲器驅(qū)動單元及組件的檢測，能夠更直觀地了解揚聲器的基本性能，從而對演出場館的揚聲器選用起到指導(dǎo)作用。

目前國內(nèi)和國際上都尚未形成一個針對專業(yè)類揚聲器產(chǎn)品的統(tǒng)一客觀評價體系。市場上的主流產(chǎn)品標示的技術(shù)參數(shù)項目也有很大差異，甚至某些品牌的標示技術(shù)參數(shù)并不是按照通用的技術(shù)標準進行測量而得，而是使用企業(yè)自己的測試標準。這就需要進一步推進行業(yè)的標準化工作，為產(chǎn)品的檢測和評價提供依據(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