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  常常有朋友問起:「喂!你學電子的。最近我剛裝了一部擴大機,聽起來覺得不錯,不過沒有測試過,沒有數據。所以也不知道好到哪裡去,請問你要怎樣來量度它的一些特性?」或者有些朋友最近花了一大把鈔票,買了一套富麗堂皇的音響,聽起來也是相當夠水準,並且說明書上也有足夠的數據說明這套音響的特性,可是有時候他們會對那些數據表示懷疑,「真的有那麼好嗎?」於是他們也想量度一下這套音響確實具有的特性。在這裡就想知各位討論一下哪些音響的特性需要量度?量度這個特性時需要哪些儀器裝備?如何利用這些儀器裝備測出我們需要的特性的數據或資料?

  通常音響的量度包括電壓、電流、功率等等基本的數值。量電阻可以直接量電阻的值,或量電阻上的壓降除以通過的電流即得。而量頻率可以測知放大器響應的平坦的程度,以及高頻低頻的截止點。另外師真的測量則包括諧波失真與互調失真。而暫態響應可以由方波的失真來測得。放大器的電壓增益或功率增益則可由輸入和輸出的電壓比或功率比計算而得。雜音則為放大器在沒有輸入信號時,由輸出所量得的電壓來計算。哼聲通常用示波器來度量,因為從示波器上我們可以很容易地分辨出哼聲的波形與雜音的波形。此外在立體系統中則需測量分離度,以dB為單位。以上所提到的就是在音響的特性中一些比較重要的數據。當然,還有許多其他的特性可以量度,但是在此我們不打算討論。下面就讓我們逐項來討論。

先要瞭解正弦波

  在討論這些量度以前,先讓我們來複習一下正弦波的特性,因為它在許多種的量度中是一種極有利的工具。談到正弦波,它可以用它的均方根值(RMS)或峯對峯值(Peak-to -Peak value)來描述,如圖1所示,其中峯對峯值的0.707倍即為均方根值。

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它們之間的互相關係可以相同地引用在電壓、電流或功率上。在音響系統中,所碰到的電壓值,其範圍通常很寬廣,因此音響技師就必須擁有一部範圍比較寬廣的電壓表,如圖2所示。

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雖然常用的電晶體式電壓表在音響的測量上很管用,可是它在低電壓範圍內的響應並不十分理想,故使用上受到一些限制。一部音響放大器在它的前級部份經常只處理幾個毫伏的信號用電晶體式電壓表幾乎量不到什麼東西,此時就非用音響電表來量度不可了。而大多數的音響用的電表量到的值均是正弦波的均方根值。

  在我們量度時,如果一個正弦波其正峯值與負峯值相等的話,則表示沒有失真。換句話說,如果兩值不相等的話,那麼就表示這個正弦波已經失真了,如圖3所示。

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小比例的正弦波失真光用眼睛或耳朵很不容易發現,除非用特殊的正弦波失真儀來測量,方能探知。很快地我們就會談到這種儀器。

輸出功率的測量

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  在圖4中表示的是輸出功率測量的方法。用音頻信號產生器所產生的信號輸入到放大器,然後加上足夠大的功率電阻為假負載。這個電阻的值R必須等於放大器的額定輸出阻抗,同時它必須能耗散掉放大器的最大輸出功率而不會燒燬。再用電表量得電阻R上的壓降E,然後代入功率定律P=E²/R,即得輸出功率值。信號產生器所產生的正弦波當然不能是失真的,而且放大器也不能有失真的情形,這樣所量得的輸出功率才正確。然而一般的三用電表不能指出正弦波形的失真,因此如果已經失真了,電表讀得的均方根值當然就不正確,所以測量輸出功率時最好以示波器輔助之。至少從示波器中可以看出比較嚴重的失真,這樣量得的輸出功率才比較可靠。

頻率響應的測量

  利用圖4的接法也可以用來測量放大器的頻率響應,此時必須逐步地改變音頻信號產生器的頻率,由低頻(20赫左右)一直增加到高頻(20仟赫)。記錄在各個頻率時由電表所讀得的電壓值,然後代入公式

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求得各種不同頻率的響應值,於頻率座標上繪得響應圖。

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典型的音響放大器的頻率響應曲線如圖5所示,在測量頻率響應時,必須注意一些音質控制,如高低音、響度、高低通濾波器的條件。通常都在高低音控制旋扭轉到中央位置,響度關掉,高低通濾波器也關掉的情況下從事量度工作。

方波測試

  從前面說過得我們可以知道,頻率響應的測量可以得知放大器在穩定的狀態下對正弦波的響應情形; 而方波的測試可以指出放大器的暫態響應,這一點非常重要。雖然暫態響應與穩態響應有些關連,但是想從頻率響應的資料中,求出暫態響應的情形,實際上有困難。必須把放大器的相位特性也考慮在內,才能算得準確。因此不用正弦波而直接用方波來測試暫態響應是最簡單不過的方法了。

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6-(a)表示方波測試時各一器與放大器之間的接法。圖6-(b)表示一部Hi-Fi放大器對2仟赫的方波的響應。在做這項測試以前,必須先測定方波產生器其升起時間與降落時間是否夠快速,以及示波器的方波響應是否夠快,否則的話測試的結果將無意義。

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圖7表示放大器的各種缺陷所產生的方波失真的情形。如果放大器的方波放大失真的話,當然,在放大音樂時,也會失真。

  一般方波測試均在最大額定輸出功率時進行,換句話說,此時如果放大器有失真的話,比較容易顯現出來。因為在小功率輸出時,方波失真比較不嚴重。同樣地,在進行這項測試時,也必須將高低音控制旋鈕轉到中央的位置,響度控制以及高低通濾波器也必須關掉。否則會影響道方波響應,而誤以為放大器有失真產生呢!方波測試通常使用頻率為2千赫的方波,不過也有人使用60赫的方波。如果放大器本身有交流干擾的話,可能會使方波產生扭曲的現象。換句話說,如果交流干擾頻率為60赫,而所加的方波為61赫時,將產生1赫的扭曲。同樣地,如果交流干擾為120赫的話,而所加的方波為119赫時,也將產生1赫的扭曲。

諧波失真百分比的測量

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  圖8的方法是用來測量諧波失真用的。當然音頻信號產生器本身必須具備相當低的諧波失真才夠資格來測量放大器的諧波失真。一般均用1千赫的正弦波來測試。當然,如果想要得到更詳細的資料,也可以用更高或更低頻率的正弦波來進行測量。諧波失真儀內部包含一個可以任意調諧的濾波器,我們就可以將失真儀調諧至所加入的基本頻率時,將此基本頻率消耗掉,所殘餘的即為諧波部份,而此諧波部份被用來帶動表頭,故表頭的指示即代表諧波的多寡。從表頭上可以直接讀得失真百分比。這種儀器當然是先要經過仔細的校準,以減少儀器本身的誤差。此種失真儀有一個輸出可以接到示波器上,幫助我們瞭解是奇次或偶次諧波失真,同時也可以看到交流干擾的情況。

互調失真百分比的測量

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  圖9的接法是用來測量互調失真用的,它的原理簡單地講是這樣的: 互調失真分析儀產生一高一低的頻率──60赫與6千赫。然後一起送到放大器內,如果此放大器具有線性的放大特性,則此二種頻率可以互不影響地通過該放大器。如果它的放大特性並非線性的,則此一高一低的頻率將在放大器內產生拍差,而此拍差的差頻將通過整流器,被整流成直流而帶動表頭指針。而原來的60赫與6千赫在進入電表以前即被用高低通濾波器濾除掉了。

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從表頭上可以直接讀得互調失真的百分比。大致上說來,諧波失真與互調失真有點類似,但又不能混為一談,圖11即為最好的說明。

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相位的測量

  絕大部分的放大器在中音頻率附近,其輸入與輸出之間不至於產生相移。一部放大器若加有負回授的話可以改善相位響應。一般說來相移在高、低頻時變成很嚴重。

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圖12表示在音頻範圍內各種頻率的相移多寡的測試方法,以及當有相移時量得的各種波形。這種波形稱為李沙育圖形。但是如果放大器本身已經存在有失真時,則無法得到相圖12-(b),或圓、或橢圓、或直線的波形,而可能是圖13中的失真的波形了。

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立體解調器分離度的測試

  在測試立體解調器時所使用的信號是由立體分析儀所產生,圖14為立體分析儀。

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而測量的結果可以用電晶體式電壓表或示波器來觀察,如圖15所示。

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如果立體分析移產生的信號為純左聲道者,若解調器正常的話則解調器的左聲道將有最大的輸出,而右聲道幾乎沒有輸出。此時左聲道的輸出若少於30dB的話即表示解調器有問題; 同樣的方法可以用來測試右聲道。有時FM接收機立體解調情況不良並不是全由於解調器有問題而產生的。而FM調諧器或中頻部份的相位特性不正確、或頻率響應太差均可能影響到分離度。

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圖16的接法,可以測試FM接收機本身的特性,用示波器在FM接收機輸出端觀察其波形,如果看到的不像圖16-(b)的波形,或是中間基線被扭曲的話,即表示FM接收機本身的相位特性已經不對了。必先將接收機重新調整過,才能測量立體解調器的分離度。

結  尾

  不知以上所談的是否夠清楚了,現在你似乎就可以利用身邊現有的儀器測試了。

轉載音響技術第23期 NOV. 1977 你那一套音響究竟有多棒?/徐鴻發

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