Requisiti di prova IEC 62368-1 per apparecchiature contenenti amplificatori audio

Secondo la specifica ITU-R 468-4 (Misurazione dei livelli di rumore audio nella radiodiffusione sonora), la risposta in frequenza a 1000Hz è 0dB (vedi la figura sottostante), che è adatta come segnale di riferimento e comoda per valutare la frequenza

prestazioni di risposta degli amplificatori audio. Segnale di frequenza di risposta di picco. Se il produttore dichiara che l'amplificatore audio non è destinato a funzionare in condizioni inferiori a 1000Hz, la frequenza della sorgente del segnale audio deve essere sostituita dalla frequenza di risposta di picco. La frequenza di risposta di picco è la frequenza della sorgente del segnale quando la potenza massima in uscita viene misurata sull'impedenza di carico nominale (di seguito denominata altoparlante) all'interno dell'intervallo operativo previsto dell'amplificatore audio. In pratica, l'ispettore può fissare l'ampiezza della sorgente del segnale e quindi scansionare la frequenza per verificare che la frequenza della sorgente del segnale corrispondente alla tensione del valore efficace massimo che appare sull'altoparlante sia la frequenza di risposta di picco.

Tipo di potenza in uscita e regolazione - potenza massima in uscita

La potenza massima in uscita è la potenza massima che l'altoparlante può ottenere e la tensione corrispondente è la tensione del valore efficace massimo. Gli amplificatori audio comuni utilizzano spesso circuiti OTL o OCL basati sul principio di funzionamento degli amplificatori di Classe AB. Quando un segnale audio sinusoidale a 1000Hz viene immesso nell'amplificatore audio ed entra nella regione di saturazione dalla regione di amplificazione, l'ampiezza del segnale non può continuare ad aumentare, il punto di tensione di picco è limitato e la distorsione a tetto piatto appare al picco.

Utilizzando un oscilloscopio per testare la forma d'onda in uscita dell'altoparlante, si può constatare che quando il segnale viene amplificato al valore efficace e non può essere ulteriormente aumentato, si verifica la distorsione di picco (vedi Figura 2). In questo momento, si considera che lo stato di potenza massima in uscita sia stato raggiunto. Quando si verifica la distorsione di picco, il fattore di cresta della forma d'onda in uscita sarà inferiore al fattore di cresta dell'onda sinusoidale di 1,414 (come mostrato nella Figura 2, fattore di cresta = tensione di picco / tensione del valore efficace = 8,00/5,82≈1,375＜1,414)

Figura 2: Condizione di ingresso del segnale sinusoidale a 1000Hz, forma d'onda in uscita dell'altoparlante alla massima potenza in uscita

Tipo di potenza in uscita e regolazione - potenza in uscita non tagliata,La potenza in uscita non tagliata si riferisce alla potenza in uscita all'intersezione tra la zona di saturazione e la zona di amplificazione quando l'altoparlante funziona alla massima potenza in uscita e senza distorsione di picco (il punto di funzionamento è polarizzato verso la zona di amplificazione). La forma d'onda in uscita audio presenta un'onda sinusoidale completa a 1000Hz senza distorsione di picco o clipping e la sua tensione RMS è anche inferiore alla tensione RMS alla massima potenza in uscita (vedi Figura 3).

La Figura 3 mostra la forma d'onda in uscita dell'altoparlante che entra nello stato di potenza in uscita non tagliata dopo aver ridotto il fattore di amplificazione (le Figure 2 e 3 mostrano la stessa rete di amplificatore audio)

Poiché gli amplificatori audio operano all'interfaccia tra le regioni di amplificazione e saturazione e sono instabili, è possibile generare un jitter dell'ampiezza del segnale (i picchi superiore e inferiore potrebbero non essere uguali). Il fattore di cresta può essere calcolato utilizzando 50% della tensione picco-picco come tensione di picco. In Figura 3 , la tensione di picco è 0,5 × 13,10 V = 6,550 V , e la tensione RMS è 4,632 V . Il fattore di cresta = tensione di picco / tensione RMS = 6,550 / 4,632 ≈ 1,414. Tipo di potenza in uscita e regolazione - Metodi di regolazione della potenza. Gli amplificatori audio ricevono piccoli ingressi di segnale, li amplificano e li inviano agli altoparlanti. Il rapporto di guadagno viene in genere regolato utilizzando una scala del volume dettagliata (ad esempio, la regolazione del volume di un televisore può variare da 30 a 100 passi). Tuttavia, la regolazione del rapporto di guadagno regolando l'ampiezza della sorgente del segnale è molto meno efficace. La riduzione dell'ampiezza della sorgente del segnale, anche con l'alto guadagno dell'amplificatore, ridurrà comunque in modo significativo la potenza in uscita dell'altoparlante (vedi Figura 4). In

Figura 4: Forma d'onda in uscita quando l'altoparlante entra in uno stato di potenza in uscita non tagliata dopo aver ridotto l'ampiezza della sorgente del segnale.

(Le figure 2 e 4 mostrano la stessa rete di amplificatore audio)

Figura 3 , la regolazione del volume riporta l'altoparlante dalla massima potenza in uscita a uno stato non tagliato, con una tensione RMS di 4,632 V . In Figura 4 , regolando l'ampiezza della sorgente del segnale, l'altoparlante viene regolato dallo stato di massima potenza in uscita allo stato di potenza in uscita non tagliata e la tensione del valore efficace è 4,066 V . Secondo la formula di calcolo della potenza

Potenza in uscita = quadrato della tensione RMS / impedenza dell'altoparlante

La potenza in uscita non tagliata della Figura 3 supera quella della Figura 4 di circa il 30%, quindi la Figura 4 non è il vero stato di potenza in uscita non tagliata.

Si può vedere che il modo corretto per richiamare dallo stato di massima potenza in uscita allo stato di potenza in uscita non tagliata è fissare l'ampiezza della sorgente del segnale e regolare il fattore di amplificazione dell'amplificatore audio, ovvero regolare il volume dell'amplificatore audio senza modificare l'ampiezza della sorgente del segnale.

Tipo di potenza in uscita e regolazione - 1/8 di potenza in uscita non tagliata

Le normali condizioni operative per gli amplificatori audio sono progettate per simulare le condizioni operative ottimali degli altoparlanti del mondo reale. Sebbene le caratteristiche sonore del mondo reale varino notevolmente, il fattore di cresta della maggior parte dei suoni è entro 4 (vedi Figura 5).

Figura 5: Una forma d'onda sonora del mondo reale con un fattore di cresta di 4

Prendendo come esempio la forma d'onda sonora nella Figura 5, fattore di cresta = tensione di picco / tensione RMS = 3,490 / 0,8718 = 4. Per ottenere un suono senza distorsioni, un amplificatore audio deve garantire che il suo picco massimo sia privo di clipping. Se viene utilizzata una sorgente di segnale sinusoidale a 1000Hz come riferimento, per garantire che la forma d'onda rimanga indistorta e che la tensione di picco di 3,490 V non sia limitata in corrente, la tensione del segnale RMS dovrebbe essere 3,490 V / 1,414 = 2,468 V. Tuttavia, la tensione RMS del suono target è solo 0,8718 V. Pertanto, il rapporto di riduzione del suono target alla tensione RMS della sorgente del segnale sinusoidale a 1000Hz è 0,8718 / 2,468 = 0,3532. Secondo la formula di calcolo della potenza, il rapporto di riduzione della tensione RMS è 0,3532, il che significa che il rapporto di riduzione della potenza in uscita è 0,3532 al quadrato, che è approssimativamente uguale a 0,125=1/8.

Pertanto, regolando la potenza in uscita dell'altoparlante a 1/8 della potenza in uscita non tagliata corrispondente alla sorgente del segnale sinusoidale a 1000Hz, è possibile emettere il suono target senza distorsioni e con un fattore di cresta di 4. In altre parole, 1/8 della potenza in uscita non tagliata corrispondente alla sorgente del segnale sinusoidale a 1000Hz è lo stato di funzionamento ottimale per l'amplificatore audio per emettere il suono target con un fattore di cresta di 4 senza perdite.

Lo stato operativo dell'amplificatore audio si basa sull'altoparlante che fornisce 1/8 di potenza in uscita non tagliata. Quando si è nello stato di potenza in uscita non tagliata, regolare il volume in modo che la tensione del valore efficace scenda a circa il 35,32%, che è 1/8 di potenza in uscita non tagliata. Poiché il rumore rosa è più simile al suono reale, dopo aver utilizzato un segnale sinusoidale a 1000Hz per ottenere la potenza in uscita non tagliata, il rumore rosa può essere utilizzato come sorgente del segnale. Quando si utilizza il rumore rosa come sorgente del segnale, è necessario installare un filtro passa-banda come mostrato nella figura sottostante per limitare la larghezza di banda del rumore.

Condizioni operative normali e anomale - condizioni operative normali

Diversi tipi di apparecchiature per amplificatori audio dovrebbero considerare tutte le seguenti condizioni quando si impostano le normali condizioni operative:

- L'uscita dell'amplificatore audio è collegata all'impedenza di carico nominale più sfavorevole o all'altoparlante reale (se fornito);

——Tutti i canali dell'amplificatore audio funzionano contemporaneamente;

- Per un organo o uno strumento simile con un'unità generatrice di toni, invece di utilizzare un segnale sinusoidale a 1000 Hz, premere i due tasti del pedale dei bassi (se presenti) e i dieci tasti manuali in qualsiasi combinazione. Attivare tutti gli arresti e i pulsanti che aumentano la potenza in uscita e regolare lo strumento a 1/8 della potenza massima in uscita;

- Se la funzione prevista dell'amplificatore audio è determinata dalla differenza di fase tra i due canali, la differenza di fase tra i segnali applicati ai due canali è 90°;

Per gli amplificatori audio multicanale, se alcuni canali non possono funzionare in modo indipendente, collegare l'impedenza di carico nominale e regolare la potenza in uscita a 1/8 della potenza in uscita non tagliata progettata dall'amplificatore.

Se il funzionamento continuo non è possibile, l'amplificatore audio funziona al livello di potenza massima in uscita che consente il funzionamento continuo.

Condizioni operative normali e anomale - Condizioni operative anomale

La condizione operativa anomala dell'amplificatore audio è quella di simulare la situazione più sfavorevole che può verificarsi sulla base delle normali condizioni operative. L'altoparlante può essere fatto funzionare al punto più sfavorevole tra zero e la massima potenza in uscita regolando il volume o impostando l'altoparlante in cortocircuito, ecc.

Condizioni operative normali e anomale - Posizionamento del test di aumento della temperatura

Quando si esegue un test di aumento della temperatura su un amplificatore audio, posizionarlo nella posizione specificata dal produttore. Se non vi è alcuna dichiarazione speciale, posizionare il dispositivo in una scatola di prova in legno con la parte anteriore aperta, a 5 cm dal bordo anteriore della scatola, con 1 cm di spazio libero lungo i lati o la parte superiore e 5 cm dalla parte posteriore del dispositivo alla scatola di prova. Il posizionamento complessivo è simile alla simulazione di un mobile TV domestico.

Condizioni operative normali e anomale - Filtro del rumore e ripristino dell'onda fondamentale Il rumore di alcuni circuiti di amplificatori digitali verrà trasmesso all'altoparlante insieme al segnale audio, causando la comparsa di rumore disordinato quando l'oscilloscopio rileva la forma d'onda in uscita dell'altoparlante. Si consiglia di utilizzare il semplice circuito di filtraggio del segnale mostrato nella figura sottostante (il metodo di utilizzo è: i punti A e C sono collegati all'estremità di uscita dell'altoparlante, il punto B è collegato al riferimento di massa/massa di loop dell'amplificatore audio e i punti D ed E sono collegati all'estremità di rilevamento dell'oscilloscopio). Questo può filtrare la maggior parte del rumore e ripristinare l'onda fondamentale sinusoidale a 1000Hz in larga misura (1000F nella figura è un errore di battitura, dovrebbe essere 1000pF).

Alcuni amplificatori audio hanno prestazioni superiori e possono risolvere il problema della distorsione di picco, in modo che il segnale non venga distorto o tagliato quando viene regolato allo stato di massima potenza in uscita. In questo momento, la potenza in uscita non tagliata è equivalente alla potenza massima in uscita. Quando il clipping visibile non può essere stabilito, la potenza massima in uscita può essere considerata come la potenza in uscita non tagliata.

Classificazione della sorgente di energia elettrica e protezione di sicurezza

Gli amplificatori audio possono amplificare ed emettere segnali audio ad alta tensione, quindi la sorgente di energia del segnale audio deve essere classificata e protetta. Durante la classificazione, assicurarsi di impostare il controller del tono in una posizione bilanciata, consentendo all'amplificatore audio di funzionare alla massima potenza in uscita non tagliata all'altoparlante. Quindi, rimuovere l'altoparlante e testare la tensione a circuito aperto. La classificazione della sorgente di energia del segnale audio e la protezione di sicurezza sono mostrate nella tabella seguente.

Generatore di rumore rosa