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

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(cè)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(guó)內(nèi)外有關(guān)揚(yáng)聲器測(cè)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(chǎng)景，技術(shù)內(nèi)容有較大的差異。針對(duì)演出場(chǎng)所專業(yè)類用途揚(yáng)聲器的檢測(cè)所涉及的揚(yáng)聲器測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，橫向?qū)Ρ攘烁黜?xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的測(cè)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(cè)試標(biāo)準(zhǔn)；國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)；國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；技術(shù)條件

引言

演出場(chǎng)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(lái)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(cè)試，產(chǎn)品評(píng)價(jià)體系的基礎(chǔ)則是依靠相關(guān)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

國(guó)內(nèi)外揚(yáng)聲器性能測(cè)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(cè)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(cè)試方法和測(cè)試技術(shù)條件。

1 國(guó)際和國(guó)內(nèi)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

現(xiàn)行國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中有3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)與專業(yè)類揚(yáng)聲器測(cè)試相關(guān)。國(guó)際電工委員會(huì)頒布的IEC 60268-5:2007 《Sound System Equipment Part 5: Loudspeakers》；（國(guó)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(guó)內(nèi)相關(guān)的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)有3項(xiàng)。國(guó)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(cè)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(chǎng)所有源揚(yáng)聲器系統(tǒng)主要性能測(cè)試方法》。

筆者對(duì)于等同采用的標(biāo)準(zhǔn)將統(tǒng)一引用國(guó)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(cè)及方法

國(guó)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(cè)及方法做出規(guī)定。下面對(duì)這些特性加以詳細(xì)說(shuō)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(cè)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(cè)量。

2.1.2 短期最大輸入電壓和長(zhǎng)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(zhǎng)期最大電壓。值得注意的是GB/T 12060.5—2011規(guī)定的測(cè)量環(huán)境是不小于8 m3的房間，而WH/T58—2013則要求在自由場(chǎng)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(cè)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(cè)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(cè)量的A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)即為固有噪聲級(jí)。測(cè)量固有噪聲級(jí)應(yīng)在自由場(chǎng)中進(jìn)行。

2.1.5 過(guò)載源電動(dòng)勢(shì)

WH/T 58—2013中規(guī)定，測(cè)量過(guò)載源電動(dòng)勢(shì)應(yīng)在揚(yáng)聲器系統(tǒng)額定工作條件下，并且在自由場(chǎng)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(shì)的電壓開始測(cè)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(cè)量短期最大聲壓級(jí)應(yīng)在自由場(chǎng)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(shì)的電壓開始測(cè)試頻率響應(yīng)曲線并記錄。在此電壓的情況下測(cè)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(cè)量最大聲壓級(jí)應(yīng)在自由場(chǎng)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(cè)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(chǎng)或半空間自由場(chǎng)環(huán)境內(nèi)，且在正常測(cè)量條件下測(cè)量。半空間自由場(chǎng)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(cè)量頻率響應(yīng)應(yīng)在自由場(chǎng)或半空間自由場(chǎng)條件下進(jìn)行。

WH/T 58—2013中規(guī)定，測(cè)量有源揚(yáng)聲器系統(tǒng)的頻率響應(yīng)應(yīng)在自由場(chǎng)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(cè)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(cè)量有效頻率范圍應(yīng)在自由場(chǎng)或半空間自由場(chǎng)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(cè)量指向性圖案應(yīng)在自由場(chǎng)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(cè)量方法。包含測(cè)量條件、測(cè)點(diǎn)的空間分辨率、測(cè)試數(shù)據(jù)。測(cè)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(guò)檢測(cè)重復(fù)測(cè)試數(shù)據(jù)保證測(cè)量的可重復(fù)性。測(cè)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(cè)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(cè)量。

2.4.2 指向性指數(shù)

GB/T 12060.5—2011中規(guī)定，測(cè)量指向性指數(shù)應(yīng)在自由場(chǎng)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(cè)量指向性頻率響應(yīng)應(yīng)在自由場(chǎng)中進(jìn)行。

2.4.4 覆蓋角

GB/T 12060.5—2011中規(guī)定，測(cè)量覆蓋角時(shí)應(yīng)在自由場(chǎng)條件下進(jìn)行。并且對(duì)于被設(shè)計(jì)成在過(guò)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(cè)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(cè)量條件為自由場(chǎng)、半空間自由場(chǎng)、模擬自由場(chǎng)、半空間模擬自由場(chǎng)、擴(kuò)散場(chǎng)。

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(cè)量條件為自由場(chǎng)、半空間自由場(chǎng)、模擬自由場(chǎng)、半空間模擬自由場(chǎng)、擴(kuò)散場(chǎng)。

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(cè)量條件為帶開口的剛性測(cè)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(cè)量有源揚(yáng)聲器系統(tǒng)的總諧波失真應(yīng)在自由場(chǎng)條件下進(jìn)行。

GB/T 12060.5—2011中規(guī)定，測(cè)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(chǎng)條件下，揚(yáng)聲器單元應(yīng)置于半空間自由場(chǎng)條件下。

3 討論

就揚(yáng)聲器的測(cè)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(cè)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(chǎng)景更為關(guān)注的一些參數(shù)的測(cè)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(guò)載源電動(dòng)勢(shì)；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(cè)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(cè)試項(xiàng)目，不同標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的具體測(cè)試方法和技術(shù)條件也會(huì)存在差異。這就要在實(shí)際測(cè)試中根據(jù)待測(cè)產(chǎn)品的具體目標(biāo)應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)選擇最合適的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

揚(yáng)聲器在演出場(chǎng)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(cè)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(yǔ)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(cè)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(chǎng)所的聲場(chǎng)進(jìn)行建模，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)階段對(duì)聲場(chǎng)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(cè)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(cè)，能夠更直觀地了解揚(yáng)聲器的基本性能，從而對(duì)演出場(chǎng)館的揚(yáng)聲器選用起到指導(dǎo)作用。

目前國(guó)內(nèi)和國(guó)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(chǎng)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(cè)量而得，而是使用企業(yè)自己的測(cè)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(cè)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