在一九六六年美國的The Institude of High Fidelity(簡稱IHF)義務性的對擴大機的輸出功率訂了標準,稱為 IHF Dynamic ouput Rating (IHF-A-201);同時 Electronic Industries Association (簡稱EIA)也訂下了 EIA Music Power Rating (EIA-234-A),這兩種功率標準就是以往我們常常在廣告上或說明書上所看到的 Music Power 多少,IHF Power 多少;後來因 Music Power 和 IHF Power 都不能明確表明擴大機的內涵,而才有 RMS Power 或 Continuous Power 或 Average Power 的名詞。到了一九七四年美國聯邦政府的機構 Federal Trade Commission (簡稱 FTC)才給擴大機的輸出功率做了明確的規定(原文如附件),同時命令製造 Hi-Fi 的廠家所出產的擴大機的說明書上規格說明須按照 FTC 公佈的標準測試方法才能廣告、出售。此規則在一九七四年五月公佈,且在一九七四年十二月開始實施。
在未說明 FTC 功率標準前,先要對 Music Power 、 IHF Power 和 RMS Power 的定義做個詳細的說明。
Music Power 的定義如下：被測的擴大機用本身的電源(指B+而言)供給,在輸入端送入信號,但此信號的時間間隔(Time Interval)非常短,此時擴大機輸出信號最大整個諧波失真(Total Homonic Distortion)在 5% 範圍內,同時電源供給的電壓仍保持無信號輸入時的電壓值,這時擴大機輸出的功率為 EIA Music Power Rating。
IHF Power 標準測試有兩種：
1.恆供給法(Constant-Supply Method)
擴大機的輸入端為連續的音樂信號,供給擴大機的電壓能容忍輸入音樂信號連續的變化,而擴大機輸出信號的整個最大諧波失真在 5% 以內時,所測得的輸出功率即為 IHF Power。
2.暫態失真測試法 ("Transient Distortion" Test)
此法需要一部失真率很低的調音器(Modulator)調音器輸出信號來模擬音樂或語言的信號,其輸出信號有10至20ms的升起時間(Rise Time)。擴大機用本身供給的電壓,輸入端接調音器的信號,在擴大機輸出信號分析失真,引起失真的原因有供給電壓的衰退,供給電壓的暫態和紋波(Ripple),此法測得結果輸出功率往往少於用恆供給法,而且很難表示擴大機的規格說明,很少用到,一般都用恆供給法測得的結果來說明。
RMS Power 的定義為：P=I(rms) × E(rms), 把正弦波的信號輸入擴大機的輸入端,擴大機輸出信號的整個諧波失真在 1% 以內,此時輸出即為 RMS Power 可用如圖的正弦波求得：
若我們知道 RL,和Ｅp-p值,即可計算RMS Power 值。
上述不論是Music Power,IHF Power 或是 RMS Power,所訂的標準都不夠明確,如對擴大機輸出負荷的阻抗均無明確的表示,頻率響應應在輸出多少瓦特±？dB 呢？ RMS 值功率到底是指擴大機上負荷時經多少時間？等等都未加以詳細說明;另一方面由於真空管已被電晶體所淘汰,而且大功率的電晶體現已能做到更完善、耐高壓、大電流,頻率範圍都很寬,尤其是可靠性很佳,以現代的設計和技術已無問題了;所以美國政府由官方機構 FTC 負責統一標準,對於中功率和大功率的擴大機做了明確的規定,供給消費者對擴大機輸出功率的定額值做負責的交代,以防止顧客被欺騙。
由於 FTC 功率標準的規定,製造廠商都必須重新設計他們自己出產的擴大機,例如 Crown 的 DC 300 型擴大機增加了一倍的功率電晶體改為 DC 300A 型,Marantz 的 500 型改為 510 型等等,到底新的 FTC 功率標準規格是怎樣的規格？現試以 BGW System Stereo/Mono Power Amplifier Model 750A 型做例子說明,其 FTC 標準規格如下：
8歐姆時的功率輸出：每聲道平均連續功率為200瓦,功率頻寬為 15Hz 至 15KHz,整個諧波失真為0.2%。
4歐姆時的功率輸出：每聲道平均連續功率為300瓦,功率頻寬為 20Hz 至 10KHz,整個諧波失真為0.25%。
橋式連接時,8歐姆時的功率輸出：平均連續功率為600瓦,功率頻寬為 20Hz 至 10KHz,整個諧波失真為0.25%。
由上述可知擴大機的規格訂的是多麼實在,如以 Heathkit AR 2020 的規格如下,試以比較一下：
每聲道動態功率輸出(Music Power rating)：25瓦(負荷8歐姆),30瓦(負荷4歐姆),14瓦(負荷16歐姆)。
每聲道連續功率輸出：15瓦((負荷8歐姆),20瓦(負荷4歐姆),10瓦(負荷16歐姆)。
在整個諧波失真為0.5%時功率頻寬：5Hz 至 30KHz。
頻率響應(輸出 1W 時)：7Hz 至 50KHz ±1dB,5Hz 至 70KHz ±3dB。
諧波失真：從20Hz 至 20KHz,15瓦輸出時少於0.25%。
規格說明雖多,但你能知道到底這部擴大機的規格是什麼呢？
FTC 功率標準規則到底是怎樣規定的？請參照附錄的原文：此規則共分六章,其中最重要的是第三章,此章說明功率標準的測試,摘要如下：
1.擴大機如為 AC 的電源供給則 AC 的電源必為 120V 的 AC RMS 值,包含的正弦波應少於 2% 的失真。
2. AC 的頻率應為 50Hz 或 60Hz 。
3.擴大機的每聲道輸入為 1KHz,輸出為額定功率的 1/3,接上負荷,工作 1 小時。
4.第三項測試必須在室溫下進行,經 1 小時,其週圍的溫度至少為25℃(77℉)。
5.在擴大機的輸入端接上連續的信號,使擴大機在滿定額的輸出下工作不得少於 5 分鐘,而定額的功率頻寬內的所有頻率應不超過定額的整個諧波失真。
6.在準備測試時,擴大機上的音調控制,響度控制或其他的控制必須放在 OFF 或 Flat 的位置。
值得注意的是第三項至第五項,舉例來說,以BGW System 的 750 型擴大機而言,在接上 8 歐姆的附和(第二章的 a、b )時,1/3的滿額功率為 66.7W,也就是擴大機在 66.7W 負荷的情況下工作 1 小時, 1 小時後擴大機的周圍環境溫度不得超過華氏77度或攝氏25度;同時還得在負荷 8 歐姆時,在200瓦的滿額功率情況下工作 5 分鐘,頻率從 15Hz 至 15KHz 的整個諧波失真不得超過 0.2%。試想在 66.7W 的輸出下工作一小時,電晶體定會產生大量的熱能,這些熱又不能使週圍的溫度超過25℃,則功率輸出的電晶體必須要很多串聯或並聯,BGW System 的 750 型二聲道總共用了20個功率晶體;同時要把散熱片的面積增大,使其散熱效果良好,或者用低雜音的吹風機來驅熱,這都增加了製造成本。滿載負荷功率輸出下工作 5 分鐘,而諧波失真不少於額定值,這擴大機的線路可靠性一定十分良好。
FTC 功率標準提出在美國受到許多的討論和批評,可參考下面的資料。
[1] Klein, L., "Amplifier Power-Output Ratings: A New FTC Trade Regulation Rule", Stereo Review, Vol. 33, No. 5, November, 1974, pp. 79-83.
[2] Feldman, L., "New FTC Ratings For Audio Amplifier Power", Radio-Electronics, Vol. 45, No. 11, November, 1974, pp. 61-63.
[3] Brian C. Wachner and Michael S. Robbins, "FTC Power Ratings : An Optimistic View, "Audio, Vol. 59, No. 2, February, 1975, pp. 22-28.
[4] Robert H. Tucker, "An Alternative View", Audio Vol. 59, No. 2, February,1975, pp. 30-32.
轉載音響技術第4期APR. 1976 FTC 輸出功率標準/吳吉源
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