IEC 62368-1標準下音頻放大器設備的測試要求

1000 Hz 作為參考訊號

根據 ITU-R 468-4（聲音廣播中音頻雜訊水準的測量），1000 Hz 處的頻率響應為 0 dB（見下圖），因此適合作為評估音頻放大器頻率響應性能的參考電平訊號。

峰值響應頻率訊號

如果製造商聲明音訊放大器不適用於 1000 Hz 頻率，則應將音訊訊號源頻率變更為峰值響應頻率。峰值響應頻率是指在音頻放大器的預期工作範圍內，使揚聲器（以下簡稱揚聲器）兩端輸出功率達到最大值時的訊號源頻率。實際操作中，測試人員可以固定訊號源振幅並掃描頻率，然後檢查揚聲器兩端出現最大 RMS 電壓時對應的訊號源頻率－即為峰值響應頻率。

輸出功率類型與調節 — 最大輸出功率

最大輸出功率是指能夠輸送至揚聲器的最大功率，對應於最大均方根電壓。常見的音頻放大器通常採用基於AB類放大器原理的OTL或OCL電路。當1000Hz正弦波音頻訊號輸入到音頻放大器，並從放大區進入飽和區時，訊號幅度無法繼續增加，峰值電壓受到限制，波形峰值處會出現平頂失真。

透過使用示波器監控揚聲器兩端的輸出波形，可以觀察到，當訊號幅度無法再以均方根值增加時，就會出現峰值失真（見圖2）。此時，揚聲器被認為已達到最大輸出功率狀態。當出現峰值失真時，輸出波形的波峰因數低於正弦波的波峰因數1.414（如圖2所示，波峰因數 = 峰值電壓 / 均方根電壓 = 8.00 / 5.82 ≈ 1.375 < 1.414）。

輸出功率類型與調節－非削波輸出功率

無削波輸出功率是指揚聲器在最大輸出功率下工作時，透過將增益（訊號衰減）降低到飽和區和放大區之間的邊界而獲得的輸出功率，此時揚聲器會產生峰值失真（工作點偏向放大區）。音訊輸出波形呈現完整的 1000 Hz 正弦波，沒有峰值失真或削波，其均方根電壓也低於最大輸出功率的輸出電壓（請參閱圖 3）。

由於音頻放大器工作在放大區和飽和區邊界時不穩定，可能會產生訊號幅度抖動（峰值可能不相等），因此可以使用峰峰值電壓的 50% 作為峰值電壓來計算波峰因數。在圖 3 中，峰值電壓 = 0.5 × 13.10 V = 6.550 V，RMS 電壓 = 4.632 V，波峰因數 = 峰值電壓 / RMS 電壓 = 6.550 / 4.632 ≈ 1.414。

輸出功率類型及調節－功率調節方法

音訊擴大機接收微弱訊號輸入，然後放大並輸出到揚聲器。增益通常透過音量控制進行微調（例如，電視音量調節範圍可達 30 到 100 等級）。透過調節訊號源幅度來改變增益則控制精度要低得多，因為即使在高增益放大後，訊號源幅度略微降低，也會導致揚聲器輸出功率顯著下降（請參閱圖 4）。

如圖 3 所示，透過調整音量，揚聲器的輸出功率從最大輸出功率降至不削波輸出功率，此時 RMS 電壓為 4.632 V。如圖 4 所示，透過調節訊號源幅度，當輸出功率降至不削波輸出功率時，RMS 電壓僅為 4.066 V。根據功率公式：

輸出功率 = (RMS 電壓)² / 揚聲器阻抗

圖 3 中的非削波輸出功率比圖 4 中的高約 30%，因此圖 4 並不能真正代表非削波輸出功率狀態。

因此，從最大輸出功率降至非削波輸出功率的正確方法是固定訊號源幅度並調整音訊放大器的增益（即調整音量），而不是改變訊號源幅度。

輸出功率類型與調節 — 1/8 非削波輸出功率

音訊放大器的正常工作狀態旨在模擬揚聲器在實際應用中的最佳工作狀態。儘管實際聲音特性差異很大，但大多數聲音的峰值因數都在 4 以內（見圖 5）。

以圖 5 所示的聲波波形為例，波峰因數 = 峰值電壓 / 均方根電壓 = 3.490 / 0.8718 ≈ 4。為了無失真地輸出目標聲音，音訊放大器必須確保其峰值不會被削波。如果使用 1000 Hz 的正弦波作為參考，以確保無失真且 3.490 V 的峰值不受限制，則訊號的均方根電壓應為 3.490 V / 1.414 = 2.468 V。然而，目標聲音的均方根電壓僅為 0.8718 V，因此相對於 1000 Hz 正弦波參考訊號的均方根電壓降幅為 0.8718 / 2.468 = 0.3532。根據功率公式，電壓均方根降幅為 0.3532 對應於功率降幅為 0.3532² ≈ 0.125 = 1/8。

因此，將揚聲器輸出功率調整到與 1000 Hz 正弦波訊號對應的 1/8 非削波輸出功率，可以無失真地輸出峰值因數為 4 的目標聲音。換句話說，對於 1000 Hz 正弦波而言，1/8 非削波輸出功率是音訊放大器輸出峰值因數為 4 的目標聲音而不造成損壞的最佳工作狀態。

將音訊放大器的工作狀態設定為向揚聲器提供 1/8 無削波輸出功率。在無削波狀態下，調整音量，使 RMS 電壓降至約 35.32%——即為 1/8 無削波輸出功率。由於粉紅噪音更接近真實世界的聲音，因此在使用 1000 Hz 正弦波獲得無削波輸出功率後，切換到粉紅噪音作為訊號源。使用粉紅雜訊時，添加一個帶通濾波器（如下圖所示）來限制雜訊頻寬。

正常與異常運轉條件 — 正常運轉條件

在設定不同類型音訊放大器設備的正常工作條件時，請考慮以下所有因素：

• 音訊擴大機輸出連接到最不利的額定負載阻抗，或實際揚聲器（如有提供）；
• 所有音頻放大器通道同時工作；
• 對於帶有音源單元的管風琴或類似樂器，請勿使用 1000 Hz 正弦波；而是隨意組合按下兩個低音踏板（如果有）和十個鍵盤琴鍵。啟動所有增加輸出功率的音栓和琴鍵，並將樂器調整到最大輸出功率的 1/8；
• 如果音頻放大器的預期功能取決於兩個通道之間的相位差，則在兩個通道的訊號之間施加 90° 的相位差；
• 對於某些聲道無法獨立工作的多聲道音訊放大器，連接額定負載阻抗，並將輸出功率調整為擴大機設計的 1/8 非削波輸出功率；
• 如果不能連續運行，則應以允許連續運行的最大輸出功率等級運行音頻放大器。

正常與異常運轉條件 — 異常運轉條件

音訊擴大機的異常工作條件是在正常條件下模擬最不利的情況，例如將音量調整到使揚聲器在零輸出功率和最大輸出功率之間的最不利點工作，或使揚聲器短路等。

正常和異常運作條件－溫升測試位置

在進行音頻放大器溫升測試時，應按照製造商聲明的位置放置設備。如果沒有特別聲明，則將設備放置在正面敞開的木製測試箱中，距離箱子前緣 5 厘米，側面或頂部留出 1 厘米的空隙，箱子後緣到設備背面留出 5 厘米——整體放置方式應模擬典型的家用電視櫃。

正常和異常運作條件－雜訊濾波和基波恢復

某些數位擴大機電路會將雜訊隨音訊訊號一起傳送到揚聲器，導致在示波器上監控揚聲器輸出波形時出現雜亂的波形。建議使用下圖所示的簡單訊號濾波器電路（連接方式：A 點和 C 點接揚聲器輸出端，B 點接音訊放大器參考地/迴路地，D 點和 E 點接示波器探頭）。此電路可濾除大部分雜波，並基本恢復 1000 Hz 的正弦基波（註：圖中 1000F 為筆誤，應為 1000 pF）。

對於某些能夠消除尖峰失真問題的高效能音訊放大器，即使在最大輸出功率下也不會出現可見的失真或削波，此時無削波輸出功率等於最大輸出功率。當無法觀察到削波現象時，應將最大輸出功率視為無削波輸出功率。

[圖片佔位符：簡單的訊號濾波電路]

音頻訊號電能源分類及安全保護

音訊放大器可以放大並輸出高壓音訊訊號，因此必須將音訊訊號歸類為電能來源並採取安全保護措施。在進行分類時，將音調控制旋鈕調至平衡位置，使音訊擴大機工作在向揚聲器提供最大無削波輸出功率的狀態，然後拆下揚聲器並測試開路電壓。音訊訊號電能來源分類與安全保護措施請參考下表：

常見問題 – IEC 62368-1 音訊擴大機測試需求 – 常見問題與答案

問題一：為什麼必須使用 1000 Hz 作為參考訊號？如果擴大機在 1000 Hz 的反應較差怎麼辦？ 答：根據ITU-R 468-4標準，1000 Hz處的頻率響應定義為0 dB，使其成為音頻雜訊測量和放大器頻率響應性能一致性比較的標準參考點。如果製造商聲明放大器「不適用於1000 Hz」（例如，某些專業樂器放大器或針對特定頻段最佳化的設計）， 峰值響應頻率 也可以採用以下方法：固定訊號源幅度，掃描頻率，並選擇額定負載（揚聲器）兩端出現最大均方根電壓的頻率。這將成為替代參考訊號。

Q2：我們如何區分最大輸出功率和非削波輸出功率？ A:

• 最大輸出功率施加 1000 Hz 的正弦波；放大器進入飽和區，輸出波形出現平頂削波，波峰因數降至 1.414 以下（通常為 1.37–1.38）。用示波器監控揚聲器端子以確認削波情況。
• 非削波輸出功率：從最大輸出功率狀態開始， 退縮 （降低增益）直到放大器工作在放大區和飽和區的邊界。此時波形變成乾淨的正弦波，無明顯削波，峰值因數恢復至約 1.414。 （如果在邊界處出現輕微的幅度抖動，則使用峰峰值電壓的 50% 作為峰值來計算峰值因數。）此時的均方根電壓低於最大輸出功率時的電壓。這是同一測試程序中的兩個連續狀態。無削波輸出功率是安全測試中最常用的「正常工作條件」參考值。

Q3：為什麼在從最大輸出功率降至非削波輸出功率時，我們要調整音量（增益）而不是訊號源幅度？ 答：調整訊號源幅度可以進行粗略控制。由於擴大機的增益很高，即使訊號源幅度有微小變化，也會導致輸出功率大幅躍升（例如，在原始圖 4 中，透過降低訊號源幅度來回退只能達到 4.066 V RMS，而調整音量則達到 4.632 V RMS－功率相差約 30%）。 正確的方法固定訊號源幅度，並調整設備本身的音量控制/增益，直到削波現象消失。這更能反映實際使用情況，也符合附件 E.1 的意圖。

Q4：1/8 無削波輸出功率從何而來？為什麼是 1/8 而不是其他比例？ 答：實際音樂和語音訊號的峰值因數通常≤4（原始圖5中的範例顯示≈4）。為了無失真地重現峰值因數為4的訊號，放大器必須能夠處理峰值而不發生削波。以1000 Hz的正弦波（峰值因數=1.414）為參考，若目標訊號的峰值為3.490 V，則為避免峰值削波，所需的正弦波RMS值為3.490 / 1.414 ≈ 2.468 V。然而，實際目標訊號的RMS值僅為0.8718 V。電壓比≈0.3532，對應的功率比為0.3532² ≈ 0.125 = 1/8因此，將放大器設定為輸出 1/8 無削波輸出功率 （基於 1000 Hz 正弦參考）對應於峰值因數 ≈4 的典型真實世界訊號無失真再現的最佳工作點。實際操作中：先調整為 1/8 非削波正弦波（RMS ≈ 最大非削波 RMS 的 35.32%），然後切換到粉紅雜訊 + 帶通濾波器。

Q5：為什麼使用粉紅噪音時需要帶通濾波器？ 答：粉紅雜訊的頻譜非常寬（20 Hz–20 kHz）。直接輸入粉紅噪音可能會導致放大器在某些頻率下過載，或引入過多的高頻噪聲，使示波器波形看起來混亂，難以判斷是否存在削波。添加一個帶通濾波器（通常限制在有效音頻頻段內，如原電路所示）可以去除帶外噪聲，使波形更清晰，更接近真實音頻，從而進行精確的均方根值測量和削波評估。

Q6：對於多通道放大器或無法獨立工作的通道，應如何設定正常工作條件？ A:

• 將最不利的額定負載阻抗連接到所有通道；
• 同時運行所有通道；
• 對於依賴其他通道（例如，功率 IC 中的內部連接）的通道，仍應連接額定負載並設定為設計的 1/8 非削波輸出功率；
• 對於無法持續以全功率運作的設備（例如，一些具有過熱保護的專業擴大機），應以製造商聲明的最大持續工作功率作為正常條件。

Q7：異常運作條件模擬的主要最壞情況是什麼？ 答：異常情況建立在正常情況之上，但會引入最嚴重的、可能出現的單一故障，例如：

• 音量設定為 0 到最大值之間的任意值（尤其是導致溫度升高最高的那個值）；
• 揚聲器短路；
• 揚聲器開路；
• 異常訊號源（例如，直流偏移）；
• 其他可能導致過熱、過載或能量不受控制釋放的故障。這些故障用於驗證溫度、絕緣和保護措施是否仍符合安全要求（請參閱附錄 E.2、B.3、B.4）。

問題 8： 設備 在溫度升高測試期間應如何定位？ 答：請依照製造商聲明的安裝說明放置設備。如果沒有具體說明，請使用… 典型家用電視櫃模擬:

• 前開式木製測試盒；
• 設備前緣距箱體前緣 5 公分；
• 側面和頂部留出 1 公分的間隙；
• 設備後壁與機殼後壁之間留有 5 公分的間隙。這種佈置方式模擬了常見的家庭安裝環境。

Q9：數位放大器輸出的波形雜亂，開關雜訊很大——如何在示波器上清晰地看到削波？ A：使用原文中建議的簡單濾波器電路（A、C點接揚聲器端子，B點接參考/回流地，D、E點接示波器探頭，包括1000 pF電容等）。這樣可以消除大部分高頻開關噪聲，從而清晰地恢復1000 Hz基波正弦波，以便於判斷是否發生削波。注意：原圖中標註的「1000F」是筆誤，應為1000 pF。

Q10：如果擴大機即使在最大輸出功率下也沒有明顯的削波失真，該怎麼辦？ 答：一些高性能D類或其他設計精良的擴大機即使在最大額定輸出功率下也不會出現明顯的削波/失真。在這種情況下， 將測得的最大輸出功率視為非削波輸出功率。 — 無需進一步退避 — 並使用該值繼續進行後續測試（1/8 功率、溫度升高等）。

IEC 62368-1 附錄 E 粉紅噪音產生器