CNS 14677-2-2002 Sound system equipment Part 2 Explanation of general and calculation methods《声音系统设备－第2部：术语之解说和计算方法》.pdf

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1、1 聲音系統設備第部：術語之解說和計算方法 印行年月 94 年 10 月 本標準非經本局同意不得翻印 中華民國國家標準 CNS總號 類號 ICS 33.160.10 14677-2 C7269-2 經濟部標準檢驗局印行 公布日期 修訂公布日期 91 年 9 月 23 日 年月日(共 14 頁) Sound system equipment Part 2： Explanation of general terms and calculation methods 標準的目的，在於提供如下術語之解說和計算方法 : 1.術語 1.1 聲音系統 能夠處理或傳送聲音或音頻信號之設備組合。 諸如此類的設備，

2、例如轉換器、擴大機、錄音機等等。 1.2 相容性 當一個系統的零組件與其他零組件連接在一起，仍然能夠維持系統順利的操作，此一零組件則被稱為與其他零組件相容。 1.3 可變消耗的設備 一種裝置可明顯變化其在操作期間由電源供應設施取得消耗之功率，該變化為信號或負載阻抗或控制設定之函數 (電源供應器開關除外 )。 備考：為某些目的，變化小於 15%可以認定為非明顯。 1.4 雜音信號 一個穩定的隨機信號，其瞬間值呈常態機率分佈，除非是指定否則平均值為零。 備考：此一解釋適用於測試用的雜音信號，作為一個不需要信號之雜音則在第6 節中敘述。 1.4.1 白雜音信號 一個雜音信號，其每單位頻寬fW之能量與

3、頻率無關。 1.4.2 粉紅色雜音信號 一個雜音信號，其每單位頻率fW之能量是與頻率成反比。 1.4.3 寬頻雜音信號 一個雜音信號其頻寬的範圍由已定義振幅及頻率響應的濾波器決定，此頻寬較待測設備的頻寬大。 備考：寬頻雜音信號可以是一個頻寬的限制白色或粉紅色雜音信號，或其他定義的功率頻譜。 1.4.4 窄頻雜音信號 一個雜音信號，其頻寬的範圍是由一已定義振幅及頻率響應的濾波器決定此一頻寬相較於待測設備小。 1.5 額定值 在此標準中， ”額定值 ”是被用作特定的意義，無論是被使用在那裡其意思為 ”製造商陳述值 ”， ”額定 ”二字用於“額定條件”或特性的名稱，皆有此含意。 2 CNS 1467

4、7-2 , C 7269-2 1.5.1 額定條件 指一設備必須在某一被製造商規定之條件下使用或進行測試，該條件稱額定條件這些條件包含電氣、機械和氣候條件，及其本質上不能經由量測驗證之條件，當一個被使用或測試之設備，必須在一個被製造商所固定的特定條件下操作時，則被稱為額定條件。 對於一個特別型式之設備而言，額定條件一般包含以下的部份 : 電氣特性 額定電源供應電壓 額定電源供應頻率 額定源阻抗 額定信號源 e.m.f. 額定負載阻抗 機械特性 黏著位置 通風位置 氣候特性 操作及全性能規格之額定環境溫度 額定相對濕度範圍 額定大氣壓力範圍 備考：範圍為被定義的極限值，每一範圍可以被看作一個別的

5、額定條件。 1.5.2 特性之額定值 在 CNS 14677聲音系統設備系列標準中敘述許多特性的量測方法，對於每一特性，製造商是被要求或許多去陳述在設備規格中之額定值。 此陳述的值，由定義中，稱為其特性的額定值（參照第 1.5 節）使用 ”額定 ”這個術語不僅於去限制一主要特性而是於所有量測方法的任一特性，因為額定值是由製造商所規定，則“被指定特性”這個名稱，通常不包含“額定”這個字；額定值不是量測值，但是經由製造商在考量許多設備的試樣量測列入及理論上的誤差計算。 例如，在 CNS 14677-3聲音系統設備第 3 部：擴大機描述擴大機輸出功率的失真限度量測方法，輸出功率的額定失真限度是由製造

6、商規定 . ，其通常是由對擴大機的一些試樣量測值 (根據標準量測方法 )再加上容許差的計算而來。 1.5.3 互依特性 互依特性值通常會發生在當為了另一個特定的特性值被要求說明，如擴大機的輸出功率失真限度即為一重要例子，其定義為總諧波失真的特定值時，此例中必須採用其中之一特性當作額定條件，該額定值最好採用在相關 CNS 標準規定之參考值或由製造商於某一特定限制範圍內選定之值。 1.5.4 匹配值 設備已知的兩項基本特性值，連接在一起時，必須確認相容，這些匹配值是由標準的相關部份定義條件，由製造商的規定。而一些匹配值亦為額定條件。 3 CNS 14677-2 , C 7269-2 2. 功率 2

7、.1 相對功率位準 以 10 為底之兩功率 P2和 P1比值對數 的十倍，位準 L 單位以分貝來表示，計算如下列所示： dBPPlgL1210= 2.2 功率位準 以 10 為底之兩功率 P 對參考功率 Pref比值對數的十倍，參考功率的單位可為1W 或 1mW。 根據選擇的參考功率， 1W 或 1mW，如下的公式增加 dB(W)或 dB(m)符號： )()(10)( mdBWdBPPlgrePLrefref或= 2.3 有效源功率 一個裝置其能傳送至負載之最大功率，此信號源 e.m.f.為 ES和內阻 sR ，有效的功率可由如下得到： ssRE42當負載阻抗等於 sR ，則傳送至負載的值為最

8、大值。 實際上，尤其是擴大機和具有放大功能的裝置，其相容性需要一個負載阻抗不同於內阻。 2.4 有效功率增益 經由一裝置傳送至其負載的輸出功率2P ，與由電源至該裝置的有效功率1P 的比值，可以下列公式表示 : 可為直接的比率12PP或以分貝為單位：1210PPlg 備考 1. 有效功率增益可大於或小於 1，在後者使用“功率衰減”這個術語，並以分貝表示。 2. 為了避免誤解術詞“功率增益”和“功率衰減”，不應簡寫為“增益”和“衰減”。 3.電壓 3.1 相對電壓位準 位準 Lu為 20 乘以 10 為底 U2和 U1兩電壓比的對數，以分貝表示，其計算公式所示： dBUUlgLu1220= 4

9、CNS 14677-2 , C 7269-2 3.2 電壓位準 20 乘以 10 為底電壓 (U)與參考電壓 Uref比值的對數。 優先選用的參考電壓為 1V，其他的參考可為 1mV 和 1 V。 對於通信和廣播傳輸，參考電壓使用 0.775V。 非正式的電壓位準表示是以通常，一簡化標示以方便識別參考電壓，根據所使用之參考電壓假如為 1V，合適的符號為 dB(V)，加在下列公式的彼方： )(20)( VdBUUlgreULrefrefu = 舉例說明以 100mV 為電壓位準，相當於 -20dB(V)， -18dB(0.775V)， +40dB(mV)，+100dB( V) 3.3 電壓增益

10、輸出電壓 U2對輸入電壓 U1之比，可以被表示為 : 直接比率 G =12UU或以分貝為單位： dBUUlgLG1220= 備考 1. 電源增益可大於或小於 1，後者使用“電壓衰減”術語以分貝表示。 2. 為了避免誤解術語“電壓增益”和“電壓衰減”不應簡寫為“增益”和“衰減”。 3.4 E.M.F.增益（總電壓增益） 輸出電壓對輸入 e.m.f.之比，可以直接比值或分貝來表示，除非另有指定，否則 e.m.f.增益是被指定為最大增益，而 U2是等於在正常工作條件下所得到的值。 4. 信號源 e.m.f. 4.1 等效信號源 e.m.f. 信號源 e.m.f.為規定頻率的正弦波信號，此信號源會產生

11、一個輸出信號其 r.m.s.值等於其考慮的實際信號輸出之 r.m.s.值。 假如沒有另外指定信號源 e.m.f.之頻率應以參考頻率 1kHz 為準。 5. 平衡 5.1 平衡電路 在聲音系統中，為了大部份使用元件的規格而詳細分析平衡電路的行為模式是複雜且不需要，本標準所述用以驗證，會在實際系統中造成干擾問題的不平衡條件之量測特性及方法是適用的，為了允許因不同元件所得結果間實際比較，使用不同於這些程序是不適當的。 5.2 平衡輸入 一個輸入埠被稱之為平衡是當其兩輸入端對一共同參考點有相同的內阻，同時此兩端接受之信號振幅相等，極性相反，參考點是在一個固定的電位（地或虛5 CNS 14677-2 ,

12、 C 7269-2 dc 電壓 )或電絕緣或很難接近的點，在往後的例子中平衡輸入點是以浮點及外殼（通常接地 )來作為參考點。 平衡輸入的基本要求是共模拒斥信號當以指定的參考點量測時，代表供應兩端點的信號在各方面均是相同的。 非平衡輸入埠可能因輸入端內阻不相等或不適當共模拒斥信號線路而產生影響，這結果產生即所謂共模拒斥比（參考圖 1）。 5.3 平衡輸出 當兩個輸出端對於一參考點有相同的內阻，且被預定傳送相等且具有相對於參考點的相反極性的電壓信號時，輸出埠被稱為平衡。此參考點可能被保持在一固定電位（通常為接地）或可能為電絕緣或很難接近的點。在後面的情況中，平衡的輸出被稱為浮動，且機身（通常為接地

13、）做為參考點之用。 不平衡輸出埠可能被下列三個效應中的一個或多個所影響 : 1) 由輸出端至參考點內阻的不同。 2) 輸出端於參考點之 e.m.f.不同，造成考慮使用在想要的平衡信號上加共模信號。 3) 不平衡之信號源的內阻。被認為是與上述第 2 項中描述的共模信號相關的源阻抗。 這些效應的組合被表示成平衡輸出信號對共模信號的比。應注意共模電壓的量測值依據電阻 Rm的值（參考圖 2）。 6.雜音 6.1 雜音電壓 待指定設備操作不需要輸入信號時的增益（或衰減）及源阻抗及負載阻抗。 輸出電壓必須由 CNS 14677-1聲音系統設備第 1 部：概述第 6 節敘述使用的方法加以量測。 6.2 信號

14、雜音比 以 20 乘以 10 為底參考輸出電壓 U2對第 6.1 節所定義的雜音電壓2U的比的對數。必須說明量測2U的方法。除非另外指定否則參考輸出電壓 U2必須為額定的失真的輸出電壓 : )(2022寬頻帶或加權dBUUlg 6.3 等效雜音源 e.m.f. 信號源 e.m.f.所指定頻率的正弦波輸出信號，其電壓等於所產生之雜音輸出電壓。 備考 1. 等效信號源頻率應為參考頻率 1000Hz。 2. 這給了等效信號源 e.m.f.的一個例子。 7.非線性振幅 7.1 簡介 6 CNS 14677-2 , C 7269-2 輸入信號不具有，但經聲音系統和聲音系統零組件中的非線性振幅而出現於輸出

15、之信號。非線性振幅為其它現象的函數，例如頻率，振幅和溫度等，且非不變的，即使信號振幅不變時。 有幾個評估非線性振幅的方法；參考第 7.2 節，顯示由這些方法產生如圖 3 輸出頻譜圖解。 7.2 術語解說 (1) 非線性振幅 經由此現象某一頻率出現在一聲音系統或一聲音系統組件的輸出， 其與輸入信號的特性有關但並不存在輸入信號中。 (2) 諧波失真（參考圖 3a） 當加上正弦波輸入信號時，以輸出信號中諧波對總輸出信號的比表示之非線性振幅。信號可以功率、電壓或聲壓表示。 (3) n 次諧波失真（參考圖 3a） 因 n 次諧波成分產生之 r.m.s.輸出信號對總 r.m.s.輸出信號之比表示的諧波失真

16、。 (4) 總諧波失真（參考圖 3a）因失真產生之 r.m.s.輸出信號對總 r.m.s.輸出信號之比表示的諧波失真。 (5) 雜音諧波失真 為當 1/3 八音度頻帶所濾之雜音被用做輸入信號時的諧波失真。 備考：若不會產生誤解，此名詞可簡寫為雜音失真。 (6) 互調失真 當（至少二個）具有基頻 f1， f2，之正弦波輸入信號被加至輸入時，以頻率為 pf1+qf2+， (其中 p， q，為正或負整數 )之輸出信號對總輸出信號之比表示之非線性振幅。信號可以功率、電壓或聲壓表示。 (7) 雜音互調失真 為當 1/3 八音度頻帶所濾之雜音被用做輸入信號時的互調失真。 (8) 調變失真（參考圖 3b）

17、為互調失真，其中輸入信號由一大振幅、低頻信號 f1和一小振幅、高頻信號f2所組成。 備考 1. 在一些電氣音響裝置中，兩種調變失真皆會存在，皆具有相同的頻譜成分，只有相位不同： a) 因非線性產生之振幅調變所造成的振幅調變失真。 b) 頻率調變所造成之頻率調變失真（例如，揚聲器中的都卜勒效應） ，與非線性無關在這些情況中，有必要區分此二型式的失真。若使用簡化名詞“調變失真”，則指振幅調變失真。 2. 失真被認為發生之參考輸出頻率 f1和 f2之輸出信號之算術和。 (9) n 次調變失真（參考圖 3b） 以頻率 f2 (n-1)f1之 r.m.s.輸出信號對頻率 f2之 r.m.s.輸出信號之比

18、表示之調變失真。 (10) 總調變失真 7 CNS 14677-2 , C 7269-2 為以總 r.m.s.輸出信號算術和（參考 n 次調變失真）對頻率 f2之 r.m.s.輸出信號之比表示的調變失真。 (11) 差頻失真（參考圖 3c 和 3d） 為當輸入信號由兩個具有相似或相等振幅的正弦波 f1和 f2組成，且此兩信號之頻率差小於兩者之較低頻率時之互調失真。 備考 1. 表示不同型式的差頻失真的方法在 CNS 14677-3 中給定。 2. 失真被認為發生時之參考輸出是頻率 f1和 f2的輸出信號其算術和。 (12) 加權的總諧波失真 是總諧波失真以 CNS 14677-1 的附錄 A

19、， Al 節所敘述之加 權頻率來量測，允許輸入信號頻率上加權網路的插入損失，總諧波失真可以直接量測或以個別諧波之加權值的 r.m.s.總和來計算得之。 7.3 說明 7.3.1 不同方法的使用 評估非線性振幅的最簡單方法為使用一正弦波信號來量測其諧波失真。然而，此方法的缺點為，在某些方面正弦波信號的特性與一真實聲音信號的特性不同，事實上某些裝置的諧波失真的振幅（如擴大機）會隨頻率不規則變動。 在使用一雜音信號取代正弦波信號的情況下藉由量測 ”雜音失真 ”而少許地改善上述困難。 當諧波失真之量測不適當時，或當需要更進一步的失真資訊時，可做互調失真量測，使用正弦波或雜音信號來執行互調失真的量測。

20、當諧波失真包括很多與總輸出電壓有關之所有低位準諧波時，加權總諧波失真的量測是很有用的。 在上述例子，加權量測的結果較非加權量測結果與聲音再生品質主觀評價法 (聽覺測試 )有較佳之比對結果。 除以上例子外，非加權量測較宜 . 7.3.2 結果的相關性 雖然諧波失真和互調失真皆為非線性振幅所導致的現象，但要使不同量測的結果互相關聯並不容易。這些型式的失真是由裝置的轉換函數相互關聯，以一冪級數和一頻率函數表示。從量測只有單一型式的失真來推導一裝置總性能可能冗長乏味，不正確且困難，除非 : 1) 轉換函數曲率已知為低階。 2) 曲率半徑不小。 3) 頻率相關可忽略，或至少由數學上容易處理的等式明確定義

21、。 4) 沒有在任何發生非線性的點和裝置輸出之間寬頻的限制。 當這些情況不滿足時，執行全面性的量測比試著去計算來的可行。 7.3.3 參考信號 為了能夠正確地比較以不同測試信號執行的量測之結果，比較以峰對峰值表示測試信號的振幅是必要的。當測試信號不是單一正弦波信號時，給定的失真發生時的輸出值因此可表示為一正弦波參考信號的 r.m.s.值。 8 CNS 14677-2 , C 7269-2 假如沒有失真，若有測試信號應有相同的峰對峰值。 備考：除非特別的應注意以確保他們不會影響到失真量測的正確性將不因輸入信號而變之交流聲、雜音和輸出信號成分包含在內。 聲音系統或聲音系統零組件內非線性程度目前不能

22、被毫無疑問的指出，但是根據人類耳朵的感覺，很少能察覺少於 0.1%的諧波失真。 8.串音和多聲道分離設備 8.1 概述 在多聲道設備中，一聲道的信號可能以衰減和可能失真的形式穿過至另一個聲道，對另一聲道信號的影響可以把它稱作串音衰減或分離。 8.2 串音衰減 (從 A 到 B) 聲道 A 額定輸出電壓 (UA)A對由 A 的額定輸入電壓產生之聲道 B 輸出電壓 (UB)A的比，以基底十取對數再乘 20，以分貝表示，如下計算 : dBUUlgAABA)()(20 備考：假如聲道 A 和 B 為不同的額定輸出電壓，這特性是沒有意義。 8.3 分離度 (由 B 至 A) dBUUlogBAAA)()

23、(20 聲道 A 額定輸出電壓 (UA)A對由 B 的額定輸入電壓產生聲道 A 輸出電壓 (UA)B的比，以基底十取對數再乘 20，以分貝表示，如下計算 : 備考：串音衰減和分離度是相等的 :如 (UB)A=(UA)B及 (UA)A=(UB)B9. 音響的特性 9.1 聲壓位準 考慮下聲壓 P 對參考聲壓 Po之比，以基底為十取對數乘以 20 聲壓位準pL ，以分貝表示，如下計算 : dBPPlgLop20= 標準參考聲壓 Po為 20Pa9.2 聲功率位準 考慮的聲功率 P 對參考聲功率 Pref之比，以基底為十取對數乘以十。聲功率位準 pL ，以分貝表示，如下計算 : dBPPlgLref

24、p 10= 標準參考聲功率 Pref為 10-12W(1pW)。 9.3 微音器之等效輸入聲壓 9 CNS 14677-2 , C 7269-2 從一微音器產生一輸出信號的參考聲場的壓力，其 r.m.s.值等於考慮下的一個指定信號之 r.m.s.值。 除非另有規定否則參考聲場必須是由一正弦波平面傳遞波產生，且波前垂直於微音器之參考軸（入射角為零）。若使用加權，必須說明。 10. 極性 極性標示為在一元件上的指示，以說明元件輸出端的信號與輸入端的信號之間的極性關係。 當以下情形時，電聲轉換器的端點具有正極性 : a) 因外部聲壓的增加所導致的膜片向內部移動，會在該端點相對於其它端點產生一瞬間的正

25、電壓。 b) 該端點上的瞬間正電壓產生一膜片向外部移動。 對擴大機而言，在輸入或是輸出上可任意的選擇極性。此選擇可能受連接器的設計所影響，有些腳位，與極性的習慣有關。 10.1 指定特性 製造商必須提供關於輸入與輸出間極性相關資訊。一輸入的極性若不是 ”反相 ”就是 ”非反相 ”來表示。反相輸入應該適當地標示。 10.2 量測方法 a) 一明顯不對稱的信號被接至輸入使能產生一具有便於在示波器上觀察之位準的輸出信號。 b) 示波器被轉移至輸入端且輸出與輸入間的極性關係由觀察決定。 備考 1. 不對稱信號由使用二極體可容易地獲得，以消除 1kHz 的正弦波信號的交流半波。 2. 若輸出或輸出端點是

26、平衡的，則示波器需要一差動輸入擴大機，或可使用一適當的信號隔離變壓器。 10 CNS 14677-2 , C 7269-2 圖 1 平衡輸入 dBUUUUlg )(201221=共模拒斥比 dBUUlg2220=平衡共模信號比 除非另有指定，否則 Rm值應為 600和 R2應等於額定負載阻抗。 備考：假如手邊沒有需求準確的匹配電阻 (合適值和額定功率 )，可以使用中心抽頭的電感或變壓器，也因此繞線終點和輸出端點連接並連接電阻 R2。 ref 圖 2 平衡輸出 Rs等於源阻抗圖 1a 圖 1b ref 11 CNS 14677-2 , C 7269-2 圖 3 失真頻譜 圖 3a 諧波失真 諧波

27、失真 (圖 3a) 總諧波失真 22)4(22)3(22)2(2.UUUUdffft+= n 次諧波失真 2)(2UUdnfn= 圖 3b 調變失真 調變失真 (圖 3b) 若 )(2)(2214ffUU = 則 )(2)(2)(222215fffUUUUref=+= 二次調變失真 )(2)(2)(2221221fffffmUUUd+= 三次調變失真 )(2)2(2)2(2321212fffffmUUUd+= 頻率 kHz 頻率 kHz 12 CNS 14677-2 , C 7269-2 頻率 kHz頻率 kHz 圖 3 失真頻譜 圖 3c 差頻失真 差頻失真（圖 3c） )(2)(221ff

28、UU = )(2)(2)(222212fffUUUUref=+= Hz8012= ff例如 221fffm+= 是優先選用 1/3 八音度中心頻率 （例如 10kHz） 二次差頻失真 refUUUUdfffffd2)(2)(2)(21221222= 三次差頻失真 refUUUdffffd2)2(2)2(221123+= 圖 3d 總差頻失真 總差頻失真 (圖 3d) 例如 U2(f1)=U2(f2) f1= 8kHz f2= 11.95kHz )(2)()(2222122fUfUfUUref=+= kHz05.42kHz95.32112=ffffff總差頻失真 refUUUddtot22222

29、)()( += 13 CNS 14677-2 , C 7269-2 引用標準： CNS 14677-1 聲音系統設備第 1 部 :概述 CNS 14677-3 聲音系統設備第 3 部 :擴大機 相對應國際標準： IEC 60268-2: 1987， Sound system equipment Part2: Explanation of general term and calculation methods 14 CNS 14677-2 , C 7269-2 中英名詞對照表 amplitude non-linearity 非線性振幅 available power gain 有效功率增益 balanced circuit 平衡電路 cross-talk 串音 difference-frequency distortion 差頻失真 harmonic distortion 諧波失真 intermodulation distortion 互調失真 matching value 匹配值 pink noise signal 粉紅雜音信號 power level 功率位準 relative voltage 相對電壓 separation 分離度 signal-to-noise ratio 信號雜音比 white noise signal 白雜音信號