Yêu cầu thử nghiệm IEC 62368-1 đối với thiết bị có bộ khuếch đại âm thanh

Theo thông số kỹ thuật ITU-R 468-4 (Đo mức ồn âm thanh trong phát thanh), đáp ứng tần số 1000Hz là 0dB (xem hình dưới), phù hợp làm tín hiệu tham chiếu và thuận tiện cho việc đánh giá hiệu suất đáp ứng tần số của bộ khuếch đại âm thanh. Tín hiệu tần số đáp ứng đỉnh. 

Nếu nhà sản xuất tuyên bố rằng bộ khuếch đại âm thanh không được thiết kế để hoạt động ở điều kiện 1000Hz, tần số nguồn tín hiệu âm thanh nên được thay thế bằng tần số đáp ứng đỉnh. Tần số đáp ứng đỉnh là tần số nguồn tín hiệu khi đo công suất đầu ra tối đa trên trở kháng tải định mức (sau đây gọi là loa) trong phạm vi hoạt động dự kiến của bộ khuếch đại âm thanh. Trong quá trình vận hành thực tế, người kiểm tra có thể cố định biên độ nguồn tín hiệu và sau đó quét tần số để kiểm tra xem tần số nguồn tín hiệu tương ứng với điện áp giá trị hiệu dụng tối đa xuất hiện trên loa có phải là tần số đáp ứng đỉnh hay không.Loại công suất đầu ra và điều chỉnh - công suất đầu ra tối đa

Công suất đầu ra tối đa là công suất tối đa mà loa có thể đạt được và điện áp tương ứng là điện áp giá trị hiệu dụng tối đa. Các bộ khuếch đại âm thanh thông thường thường sử dụng mạch OTL hoặc OCL dựa trên nguyên tắc hoạt động của bộ khuếch đại Class AB. Khi tín hiệu âm thanh hình sin 1000Hz được đưa vào bộ khuếch đại âm thanh và đi vào vùng bão hòa từ vùng khuếch đại, biên độ tín hiệu không thể tiếp tục tăng, điểm điện áp đỉnh bị giới hạn và hiện tượng méo dạng phẳng xuất hiện ở đỉnh.

Sử dụng dao động ký để kiểm tra dạng sóng đầu ra của loa, bạn có thể thấy rằng khi tín hiệu được khuếch đại đến giá trị hiệu dụng và không thể tăng thêm, hiện tượng méo đỉnh xảy ra (xem Hình 2). Tại thời điểm này, người ta cho rằng trạng thái công suất đầu ra tối đa đã đạt được. Khi hiện tượng méo đỉnh xảy ra, hệ số đỉnh của dạng sóng đầu ra sẽ thấp hơn hệ số đỉnh của sóng hình sin là 1,414 (như trong Hình 2, hệ số đỉnh = điện áp đỉnh / điện áp giá trị hiệu dụng = 8,00 / 5,82 ≈ 1,375

＜1,414)Hình 2: Điều kiện đầu vào tín hiệu hình sin 1000Hz, dạng sóng đầu ra loa ở công suất đầu ra tối đa

Loại công suất đầu ra và điều chỉnh - công suất đầu ra không bị cắt xén,

Công suất đầu ra không bị cắt xén đề cập đến công suất đầu ra tại điểm giao nhau của vùng bão hòa và vùng khuếch đại khi loa đang hoạt động ở công suất đầu ra tối đa và không bị méo đỉnh (điểm hoạt động bị lệch về phía vùng khuếch đại). Dạng sóng đầu ra âm thanh thể hiện một sóng hình sin 1000Hz hoàn chỉnh không bị méo đỉnh hoặc cắt xén và điện áp RMS của nó cũng nhỏ hơn điện áp RMS ở công suất đầu ra tối đa (xem Hình 3).Hình 3 cho thấy dạng sóng đầu ra của loa đi vào trạng thái công suất đầu ra không bị cắt xén sau khi giảm hệ số khuếch đại (Hình 2 và 3 cho thấy cùng một mạng bộ khuếch đại âm thanh)

Vì bộ khuếch đại âm thanh hoạt động tại giao diện giữa vùng khuếch đại và vùng bão hòa và không ổn định, hiện tượng rung biên độ tín hiệu (các đỉnh trên và dưới có thể không bằng nhau) có thể được tạo ra. Hệ số đỉnh có thể được tính bằng cách sử dụng

50%của điện áp đỉnh-đỉnh làm điện áp đỉnh. Trong Hình3, việc điều chỉnh âm lượng đưa loa trở lại từ công suất đầu ra tối đa về trạng thái không bị cắt xén, với điện áp RMS là0,5 × 13,10V = 6,550V, và điện áp RMS là4,632V. Trong Hình= điện áp đỉnh/điện áp RMS= 6,550 / 4,632≈1,414.Loại công suất đầu ra và điều chỉnh - Phương pháp điều chỉnh công suất. Bộ khuếch đại âm thanh nhận tín hiệu đầu vào nhỏ, khuếch đại chúng và xuất chúng ra loa. Tỷ lệ khuếch đại thường được điều chỉnh bằng thang âm lượng chi tiết (ví dụ: điều chỉnh âm lượng của TV có thể dao động từ 30 đến 100 bước). Tuy nhiên, việc điều chỉnh tỷ lệ khuếch đại bằng cách điều chỉnh biên độ nguồn tín hiệu kém hiệu quả hơn nhiều. Việc giảm biên độ nguồn tín hiệu, ngay cả với độ khuếch đại cao của bộ khuếch đại, vẫn sẽ làm giảm đáng kể công suất đầu ra của loa (xem Hình 4). TrongHình 4: Dạng sóng đầu ra khi loa đi vào trạng thái công suất đầu ra không bị cắt xén sau khi giảm biên độ nguồn tín hiệu.

(Hình 2 và 4 cho thấy cùng một mạng bộ khuếch đại âm thanh)

Hình

3, việc điều chỉnh âm lượng đưa loa trở lại từ công suất đầu ra tối đa về trạng thái không bị cắt xén, với điện áp RMS là4,632V. Trong Hình4, bằng cách điều chỉnh biên độ nguồn tín hiệu, loa được điều chỉnh từ trạng thái công suất đầu ra tối đa sang trạng thái công suất đầu ra không bị cắt xén và điện áp giá trị hiệu dụng là4,066V. Theo công thức tính công suấtCông suất đầu ra = bình phương điện áp RMS / trở kháng loa

Công suất đầu ra không bị cắt xén của Hình 3 vượt quá công suất của Hình 4 khoảng 30%, do đó Hình 4 không phải là trạng thái công suất đầu ra không bị cắt xén thực sự.

Có thể thấy rằng cách chính xác để gọi lại từ trạng thái công suất đầu ra tối đa về trạng thái công suất đầu ra không bị cắt xén là cố định biên độ nguồn tín hiệu và điều chỉnh hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại âm thanh, tức là điều chỉnh âm lượng của bộ khuếch đại âm thanh mà không thay đổi biên độ nguồn tín hiệu.

Loại công suất đầu ra và điều chỉnh - công suất đầu ra không bị cắt xén 1/8

Các điều kiện hoạt động bình thường của bộ khuếch đại âm thanh được thiết kế để mô phỏng các điều kiện hoạt động tối ưu của loa trong thế giới thực. Mặc dù các đặc tính âm thanh trong thế giới thực rất khác nhau, hệ số đỉnh của hầu hết các âm thanh đều nằm trong khoảng 4 (xem Hình 5).

Hình 5: Dạng sóng âm thanh trong thế giới thực với hệ số đỉnh là 4

Lấy dạng sóng âm thanh trong Hình 5 làm ví dụ, hệ số đỉnh = điện áp đỉnh / điện áp RMS = 3,490 / 0,8718 = 4. Để đạt được âm thanh mục tiêu không bị méo, bộ khuếch đại âm thanh phải đảm bảo rằng đỉnh tối đa của nó không bị cắt xén. Nếu sử dụng nguồn tín hiệu sóng hình sin 1000Hz làm tham chiếu, để đảm bảo dạng sóng không bị biến dạng và điện áp đỉnh 3,490V không bị giới hạn dòng điện, điện áp tín hiệu RMS phải là 3,490V / 1,414 = 2,468V. Tuy nhiên, điện áp RMS của âm thanh mục tiêu chỉ là 0,8718V. Do đó, tỷ lệ giảm của âm thanh mục tiêu so với điện áp RMS của nguồn tín hiệu sóng hình sin 1000Hz là 0,8718 / 2,468 = 0,3532. Theo công thức tính công suất, tỷ lệ giảm điện áp RMS là 0,3532, có nghĩa là tỷ lệ giảm công suất đầu ra là 0,3532 bình phương, xấp xỉ bằng 0,125=1/8.

Do đó, bằng cách điều chỉnh công suất đầu ra của loa thành 1/8 công suất đầu ra không bị cắt xén tương ứng với nguồn tín hiệu sóng hình sin 1000Hz, âm thanh mục tiêu không bị méo và có hệ số đỉnh là 4 có thể được xuất ra. Nói cách khác, 1/8 công suất đầu ra không bị cắt xén tương ứng với nguồn tín hiệu sóng hình sin 1000Hz là trạng thái làm việc tối ưu để bộ khuếch đại âm thanh xuất ra âm thanh mục tiêu với hệ số đỉnh là 4 mà không bị mất.

Trạng thái hoạt động của bộ khuếch đại âm thanh dựa trên loa cung cấp công suất đầu ra không bị cắt xén 1/8. Khi ở trạng thái công suất đầu ra không bị cắt xén, hãy điều chỉnh âm lượng sao cho điện áp giá trị hiệu dụng giảm xuống còn khoảng 35,32%, tức là công suất đầu ra không bị cắt xén 1/8. Vì nhiễu hồng tương tự như âm thanh thực tế hơn, sau khi sử dụng tín hiệu sóng hình sin 1000Hz để có được công suất đầu ra không bị cắt xén, nhiễu hồng có thể được sử dụng làm nguồn tín hiệu. Khi sử dụng nhiễu hồng làm nguồn tín hiệu, cần phải cài đặt bộ lọc thông dải như trong hình dưới đây để giới hạn băng thông nhiễu.

Điều kiện làm việc bình thường và bất thường - điều kiện làm việc bình thường

Các loại thiết bị bộ khuếch đại âm thanh khác nhau nên xem xét tất cả các điều kiện sau khi thiết lập các điều kiện hoạt động bình thường:

- Đầu ra bộ khuếch đại âm thanh được kết nối với trở kháng tải định mức bất lợi nhất hoặc loa thực tế (nếu được cung cấp);

——Tất cả các kênh bộ khuếch đại âm thanh hoạt động đồng thời;

- Đối với một nhạc cụ organ hoặc nhạc cụ tương tự có một bộ tạo âm, thay vì sử dụng tín hiệu sóng hình sin 1000 Hz, hãy nhấn hai phím bàn đạp bass (nếu có) và mười phím thủ công theo bất kỳ sự kết hợp nào. Kích hoạt tất cả các điểm dừng và nút làm tăng công suất đầu ra và điều chỉnh nhạc cụ thành 1/8 công suất đầu ra tối đa;

- Nếu chức năng dự kiến của bộ khuếch đại âm thanh được xác định bởi sự khác biệt pha giữa hai kênh, sự khác biệt pha giữa các tín hiệu được áp dụng cho hai kênh là 90°;

Đối với bộ khuếch đại âm thanh đa kênh, nếu một số kênh không thể hoạt động độc lập, hãy kết nối trở kháng tải định mức và điều chỉnh công suất đầu ra thành 1/8 công suất đầu ra không bị cắt xén được thiết kế của bộ khuếch đại.

Nếu không thể hoạt động liên tục, bộ khuếch đại âm thanh hoạt động ở mức công suất đầu ra tối đa cho phép hoạt động liên tục.

Điều kiện làm việc bình thường và bất thường - Điều kiện làm việc bất thường

Điều kiện làm việc bất thường của bộ khuếch đại âm thanh là mô phỏng tình huống bất lợi nhất có thể xảy ra trên cơ sở các điều kiện làm việc bình thường. Loa có thể được làm cho hoạt động tại điểm bất lợi nhất giữa không và công suất đầu ra tối đa bằng cách điều chỉnh âm lượng hoặc bằng cách đặt loa ở trạng thái ngắn mạch, v.v.

Điều kiện làm việc bình thường và bất thường - vị trí thử nghiệm tăng nhiệt

Khi tiến hành thử nghiệm tăng nhiệt trên bộ khuếch đại âm thanh, hãy đặt nó ở vị trí do nhà sản xuất chỉ định. Nếu không có tuyên bố đặc biệt, hãy đặt thiết bị trong hộp thử nghiệm bằng gỗ có mặt trước mở, cách mép trước của hộp 5 cm, với khoảng trống 1 cm dọc theo các cạnh hoặc trên cùng và 5 cm từ mặt sau của thiết bị đến hộp thử nghiệm. Việc đặt tổng thể tương tự như mô phỏng một tủ TV gia đình.

Điều kiện làm việc bình thường và bất thường - lọc nhiễu và khôi phục sóng cơ bản. Tiếng ồn của một số mạch khuếch đại kỹ thuật số sẽ được truyền đến loa cùng với tín hiệu âm thanh, gây ra tiếng ồn lộn xộn khi dao động ký phát hiện dạng sóng đầu ra của loa. Nên sử dụng mạch lọc tín hiệu đơn giản được hiển thị trong hình dưới đây (phương pháp sử dụng là: các điểm A và C được kết nối với đầu ra loa, điểm B được kết nối với đất tham chiếu/đất vòng của bộ khuếch đại âm thanh và các điểm D và E được kết nối với đầu phát hiện dao động ký). Điều này có thể lọc ra hầu hết tiếng ồn và khôi phục sóng cơ bản hình sin 1000Hz ở một mức độ lớn (1000F trong hình là một lỗi đánh máy, nó phải là 1000pF).

Một số bộ khuếch đại âm thanh có hiệu suất vượt trội và có thể giải quyết vấn đề méo đỉnh, để tín hiệu sẽ không bị biến dạng hoặc cắt xén khi nó được điều chỉnh đến trạng thái công suất đầu ra tối đa. Tại thời điểm này, công suất đầu ra không bị cắt xén tương đương với công suất đầu ra tối đa. Khi không thể thiết lập cắt xén có thể nhìn thấy, công suất đầu ra tối đa có thể được coi là công suất đầu ra không bị cắt xén.

Phân loại nguồn năng lượng điện và bảo vệ an toàn

Bộ khuếch đại âm thanh có thể khuếch đại và xuất ra các tín hiệu âm thanh điện áp cao, do đó, nguồn năng lượng tín hiệu âm thanh phải được phân loại và bảo vệ. Khi phân loại, hãy đảm bảo đặt bộ điều khiển âm sắc ở vị trí cân bằng, cho phép bộ khuếch đại âm thanh hoạt động ở công suất đầu ra không bị cắt xén tối đa cho loa. Sau đó, tháo loa và kiểm tra điện áp mạch hở. Phân loại nguồn năng lượng điện tín hiệu âm thanh và bảo vệ an toàn được hiển thị trong bảng dưới đây.

Phân loại nguồn năng lượng điện tín hiệu âm thanh và bảo vệ an toàn