CN104486713A - 音频功放测试系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及音箱技术领域，尤其涉及一种音频功放测试系统与方法，它包括待测音频功放、信号发生器模块、声卡模块、分源通道模块、第一信号采集模块、负载模块、第二信号采集模块以及测试选择控制模块，所述信号发生器模块、声卡模块、分源通道模块、待测音频功放以及负载模块依次电连接，所述声卡模块与待测试音频功放还通过第一信号采集模块电连接，所述第二采集模块与声卡模块电连接，所述第二采集模块、信号发生器模块、分源通道模块以及第一信号采集模块均与测试选择控制模块电连接；这种测试系统与方法测试成本较低且测试比较方便。

Description

音频功放测试系统与方法

技术领域

本发明涉及音箱技术领域，尤其涉及一种音频功放测试系统与方法。

背景技术

音频功放，作为音频回放系统中的必备设备，直接用于驱动音响系统中的终端设备音箱。一般音频信号源的信号电平比较小，不能直接驱动功率较大的音箱，必须先使用音频功放对音频信号进行功率放大，所以功放的性能优劣对声音的完美回放起着至关重要的作用，而对于目前普遍使用的音频模拟功放来说，由于采用分立元件实现信号的逐级放发，每级电路都会引入噪声并和音乐信号一起被放大，另外功放管几乎全部采用负反馈电路和相位补偿电路，导致在信号放大过程中出现瞬态互调失真和相位差，因此，对功放性能参数的测定成为功放设计和生产过程中最重要的一环，也是衡量功放优劣的现实依据。但是现有技术是依靠电子信号发生器、万用表、示波器、频谱分析仪等昂贵的电子设备组成的音频功放测试设备来对音频功放进行测试的，不但成本较高，而且测试比较麻烦。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种测试成本较低且测试比较方便的音频功放测试系统与方法。

本发明所采用的技术方案是：一种音频功放测试系统，它包括待测音频功放、信号发生器模块、声卡模块、分源通道模块、第一信号采集模块、负载模块、第二信号采集模块以及测试选择控制模块，所述信号发生器模块、声卡模块、分源通道模块、待测音频功放以及负载模块依次电连接，所述声卡模块与待测试音频功放还通过第一信号采集模块电连接，所述第二采集模块与声卡模块电连接，所述第二采集模块、信号发生器模块、分源通道模块以及第一信号采集模块均与测试选择控制模块电连接；

所述信号发生器模块；用于产生在测试时所需要的信号源，且所述信号发生器模块具有两个信号发生器，每个信号发生器对应一个信号通道，每个信号发生器可以单独工作也可以两个信号发生器一起工作，所述信号发生器可产生的信号源包括扫频信号和非扫频信号；

所述声卡模块；用于作为信号输出与信号采集接口，具有两个信号采集通道以及两个信号输出通道，并且用于将信号发生器模块输送过来的数字信号转化为模拟信号，将第一信号采集模块传输过来经过待测测试音频功放放大后的模拟信号转化为数字信号；

所述分源通道模块，用于对声卡模块的两个输出通道进行分源，分成两组四个通道输出经过声卡模块转化后的信号到待测试音频功放，每一个时刻可以选择其中任意一组输出通道作为测试通道；

所述第一信号采集模块；因为将经过待测试音频功放放大后的信号量比较大，所以第一信号采集模块将经过待测试音频功放放大后的信号分成多个部分传输到声卡模块进行转化，所述第一信号采集模块具有四个数据采集通道，且所述四个数据采集通道与分源通道模块内的四个输出通道对应；

所述第二信号采集模块；用于将第一信号采集模块采集到的所有信号数据经过声卡模块转化后集中并且储存起来；

所述测试选择控制模块，用于控制信号发生器模块产生的信号源，控制分源通道模块输出通道的选择，控制第一信号采集模块数据采集通道的选择，且调用第二信号采集模块中储存的信号数据；

所述负载模块；用于匹配所述待测试音频功放，方便测试模块进行数据测试；

所述测试选择控制模块包括本底噪声及信噪比测试模块、通道分离度测试模块、通道比率测试模块、幅频特性测试模块以及分频特性测试模块，且所述本底噪声及信噪比测试模块、通道分离度测试模块、通道比率测试模块、幅频特性测试模块以及分频特性测试模块均分别与第二采集模块、信号发生器模块、分源通道模块以及第一信号采集模块电连接。

一种音频功放测试方法，它包括以下步骤：

（1）、测试人员根据需要选择具体的测试选择控制模块；

（2）、步骤（1）选定的测试选择控制模块选择信号发生器模块产生的信号源类型，设定信号源的参数且选择信号源通道数量，选择分源通道模块中哪一组输出通道作为测试通道，选择第一信号采集模块中哪一组通道作为采集通道；

（3）、信号发生器模块根据测试选择控制模块选择的信号源类型以及信号源参数产生信号源；

（4）、声卡模块接收从信号发生器产生过来的数字信号，然后将数字信号转化为模拟信号发送到分源通道模块；

（5）、分源通道模块根据测试选择控制模块选择的输出通道将声卡模块发送过来的模拟信号输送到待检测功放；

（6）、待检测功放将分源通道模块输送过来的模拟信号进行功率放大，然后输送到第一信号采集模块；

（7）、第一信号采集模块将功率放大后的模拟信号分批输送到声卡模块；

（8）、声卡模块将第一信号采集模块分批输送过来的模拟信号转化为数字信号，然后再输送到第二信号采集模块；

（9）、第二信号采集模块将接收所有批次的转化后的数字信号，然后将这些数字信号进行数值分析处理，计算出待测音频功放在特定负载下信号输出端的各种数据，然后将这些数据储存起来；

（10）、测试选择控制模块根据需要调用第二信号采集模块中储存的数据。

采用以上结构与方法，本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明将传统的依靠电子信号发生器、万用表、示波器、频谱分析仪等昂贵的电子设备组成的音频功放测试设备转变为一套大量采用计算机软件分析处理的测试系统，以声卡模块作为信号输出与信号采集接口，配合一套简单的外部测试控制装置，从而实现音频功放设备性能参数的自动化测试，而且不需要使用一些极其昂贵的测试仪器，大大降低了测试成本；而且采用这种测试方法大大降低了测试流程，使得测试效率较高，且测试准确度也较高。

附图说明

图1为本发明音频功放测试系统的模块连接框图。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施方式对本发明做进一步描述，但是本发明不仅限于以下具体实施方式。

如图所示：一种音频功放测试系统，它包括待测音频功放、信号发生器模块、声卡模块、分源通道模块、第一信号采集模块、负载模块、第二信号采集模块以及测试选择控制模块，所述信号发生器模块、声卡模块、分源通道模块、待测音频功放以及负载模块依次电连接，所述声卡模块与待测试音频功放还通过第一信号采集模块电连接，所述第二采集模块与声卡模块电连接，所述第二采集模块、信号发生器模块、分源通道模块以及第一信号采集模块均与测试选择控制模块电连接；

所述信号发生器模块；用于产生在测试时所需要的信号源，且所述信号发生器模块具有两个信号发生器，每个信号发生器对应一个信号通道，每个信号发生器可以单独工作也可以两个信号发生器一起工作，所述信号发生器可产生的信号源包括扫频信号和非扫频信号；扫频信号的信号峰值、起始频率、截止频率和扫频步长可自行设置，可产生的扫频信号类型包括等周扫频信号、等时扫频信号或倍频扫频信号，等周扫频信号每频率点的扫频周期可设，等时扫频信号每频率点的扫频时长可设，倍频扫频可产生 1倍频程、1/3倍频程、1/6倍频程、1/12倍频程或 1/24倍频程的扫频信号，扫频信号可以阶跃或非阶跃的方式输出；非扫频信号可生成正弦波、方波、三角波、锯齿波、冲击波、脉冲波、斜波、白噪声、高斯噪声、粉红噪声或均匀噪声，每一类型的非扫频信号其对应的参数可任意设定，在同步设定模式下，被同步的通道对应的信号发生器被锁定，单独修改功能被禁止，使得两通道输出的信号完全相同。

所述声卡模块；用于作为信号输出与信号采集接口，具有两个信号采集通道以及两个信号输出通道，并且用于将信号发生器模块输送过来的数字信号转化为模拟信号，将第一信号采集模块传输过来经过待测测试音频功放放大后的模拟信号转化为数字信号；所述声卡模块为专业声卡型号为E-MU 1212M。

所述分源通道模块，用于对声卡模块的两个输出通道进行分源，分成两组四个通道输出经过声卡模块转化后的信号到待测试音频功放，每一个时刻可以选择其中任意一组输出通道作为测试通道；

所述第一信号采集模块；因为将经过待测试音频功放放大后的信号量比较大，所以第一信号采集模块将经过待测试音频功放放大后的信号分成多个部分传输到声卡模块进行转化，所述第一信号采集模块具有四个数据采集通道，且所述四个数据采集通道与分源通道模块内的四个输出通道对应；

所述第二信号采集模块；用于将第一信号采集模块采集到的所有信号数据经过声卡模块转化后集中并且储存起来；所述第二信号采集模块能将采集到的信号进行分析处理，计算出带侧音频功放在特定负载下信号输出端的瞬态峰值、有效制、平均值、信号增益，以及对应的峰值功率、有效值功率、平均功率、功率增益等状态值，并将这些数据保存起来。

所述测试选择控制模块，用于控制信号发生器模块产生的信号源，控制分源通道模块输出通道的选择，控制第一信号采集模块数据采集通道的选择，且调用第二信号采集模块中储存的信号数据；

所述负载模块；用于匹配所述待测试音频功放，方便测试模块进行数据测试；

所述测试选择控制模块包括本底噪声及信噪比测试模块、通道分离度测试模块、通道比率测试模块、幅频特性测试模块以及分频特性测试模块，且所述本底噪声及信噪比测试模块、通道分离度测试模块、通道比率测试模块、幅频特性测试模块以及分频特性测试模块均分别与第二采集模块、信号发生器模块、分源通道模块以及第一信号采集模块电连接。

且它包括一个示波器模块，用于即时显示待测音频功放输出端的信号波形，所述示波器模块并不是实际的示波器，而是在电脑上模拟的示波器。

一种音频功放测试方法，它包括以下步骤：

（1）、测试人员根据需要选择具体的测试选择控制模块；

（2）、步骤（1）选定的测试选择控制模块选择信号发生器模块产生的信号源类型，设定信号源的参数且选择信号源通道数量，选择分源通道模块中哪一组输出通道作为测试通道；

（3）、信号发生器模块根据测试选择控制模块选择的信号源类型以及信号源参数产生信号源；

（4）、声卡模块接收从信号发生器产生过来的数字信号，然后将数字信号转化为模拟信号发送到分源通道模块；

（5）、分源通道模块根据测试选择控制模块选择的输出通道将声卡模块发送过来的模拟信号输送到待检测功放；

（6）、待检测功放将分源通道模块输送过来的模拟信号进行功率放大，然后输送到第一信号采集模块；

（7）、第一信号采集模块将功率放大后的模拟信号分批输送到声卡模块；

（8）、声卡模块将第一信号采集模块分批输送过来的模拟信号转化为数字信号，然后再输送到第二信号采集模块；

（9）、第二信号采集模块将接收所有批次的转化后的数字信号，然后将这些数字信号进行数值分析处理，计算出待测音频功放在特定负载下信号输出端的各种数据，然后将这些数据储存起来；

（10）、测试选择控制模块根据需要调用第二信号采集模块中储存的数据。

当选择本底噪声及信噪比测试模块进行测试时：本底噪声为待测音频功放在其信号输入端无输入信号（静音）的状态下输出端的信号电平，在实际检测时，输出静音信号给待测音频功放（即信号发生器模块产生的信号源为一个静音信号，经过声卡模块、分源通道模块传输到待测音频功放的输入端），然后在一段时间内检测待测音频功放输出端的电压信号波形，然后通过时频转换，计算得在各频率段的信号电平分布（所述在待测音频功放输出端检测与计算均是在第二信号采集模块中进行检测的），这样，即可获得本底噪声的水平，也可获得本底噪声在频率轴上的集中分布区域；信噪比为待测音频功放输出最大不失真信号时的信号强度与同时输出的噪声信号强度的比率，在检测时，以1kHz的纯音为参考频率，将待测音频功放的信号放大增益调到最大，然后从低到高逐渐增大待测音频功放输入端的信号电平（即从低到高增加信号放大器模块产生的信号源的信号电平），当检测到待测音频功放输出端的信号失真刚好超过规定的阀值时，采集一段待测音频功放的输出信号波形（第二信号采集模块检测到某个实时信号的失真超过一定值，然后采集这之后的一段输出信号波形），然后将信号发生器模块产生的信号源变为静音信号，此时第二信号采集模块可以测得待测音频功放的噪声电平，在计算信噪比时，首先对采集到的输出信号波形进行A加权处理，然后计算信号电平，再与噪声电平之比，从而计算得到待测音频功放的信噪比。

当选择通道分离度测试模块进行测试时：通道分离度指两通道之间相互不干扰信号的能力和程度，通常用一通道内的信号电平与泄露到另一通道中的信号电平只比表示。在实际检测时，选择1kHz的参考信号和10kHz的混合信号作为测试源信号，选择分源通道模块以及第一信号采集模块的A通道工作，首先输出测试信号给一个通道A，第二信号采集模块测出该通道A的输出信号电平(U_A)_A，然后将分源通道模块以及第一信号采集模块的工作通道切换到另一个通道B，并且在通道A的输入测试信号源变成静音信号，然后第二信号采集模块再测出通道A的输出信号电平(U_A)_B，那么，通道A的分离度 = 20lg((U_A)_A/(U_A)_B)。

当选择通道比率（平衡度）测试模块进行测试时：通道平衡度指两通道输出信号之间的差值。在检测时，选择1kHz纯音信号为测试源信号，同步输出给分源通道模块以及第一信号采集模块的A、B两通道，然后第二信号采集模块同步采集A、B两通道的输出信号，经过计算，获得两通道输出信号的电平差值和信号相位差。

当选择副频特性测试模块进行测试时：幅频特性为音响设备最重要的性能参数，对本系统的主要测试对象音频功放来说，测量设备在输入信号电平相同但信号频率不同的情况下的放大倍数。在测试时，选择由高到低或由低到高的倍频扫频信号为测试源信号，第二信号采集模块连续采集待测音频功放输出端的信号波形，得到在不同频率下输出的信号波形，计算各频率点下的输出信号电平，按频率-幅度绘制出副频特性曲线。

当选择分频器特性测试模块进行测试时：分频器特性测试模块专用于对分频器的幅频特性进行测试，测试方法类似副频特性测试模块。区别在于副频特性测试模块在检测时，两个测试通道的测试信号可以不同步。而分频器特性测试模块在检测时，两个测试通道的测试信号必须保持同步，并且两个测试通道的信号采集也必须保持同步，最终计算得到的是分频器高、底两个输出通道各自的副频特性曲线，并显示在同一个频率-幅度曲线显示图表内。

Claims (2)

1.一种音频功放测试系统，其特征在于：它包括待测音频功放、信号发生器模块、声卡模块、分源通道模块、第一信号采集模块、负载模块、第二信号采集模块以及测试选择控制模块，所述信号发生器模块、声卡模块、分源通道模块、待测音频功放以及负载模块依次电连接，所述声卡模块与待测试音频功放还通过第一信号采集模块电连接，所述第二采集模块与声卡模块电连接，所述第二采集模块、信号发生器模块、分源通道模块以及第一信号采集模块均与测试选择控制模块电连接；

所述信号发生器模块；用于产生在测试时所需要的信号源，且所述信号发生器模块具有两个信号发生器，每个信号发生器对应一个信号通道，每个信号发生器可以单独工作也可以两个信号发生器一起工作，所述信号发生器可产生的信号源包括扫频信号和非扫频信号；

所述声卡模块；用于作为信号输出与信号采集接口，具有两个信号采集通道以及两个信号输出通道，并且用于将信号发生器模块输送过来的数字信号转化为模拟信号，将第一信号采集模块传输过来经过待测测试音频功放放大后的模拟信号转化为数字信号；

所述分源通道模块，用于对声卡模块的两个输出通道进行分源，分成两组四个通道输出经过声卡模块转化后的信号到待测试音频功放，每一个时刻可以选择其中任意一组输出通道作为测试通道；

所述第一信号采集模块；因为将经过待测试音频功放放大后的信号量比较大，所以第一信号采集模块将经过待测试音频功放放大后的信号分成多个部分传输到声卡模块进行转化，所述第一信号采集模块具有四个数据采集通道，且所述四个数据采集通道与分源通道模块内的四个输出通道对应；

所述第二信号采集模块；用于检测第一信号采集到的实时信号并且将第一信号采集模块采集到的所有信号数据经过声卡模块转化后集中并且储存起来；

所述测试选择控制模块，用于控制信号发生器模块产生的信号源，控制分源通道模块输出通道的选择，控制第一信号采集模块数据采集通道的选择，且调用第二信号采集模块中储存的信号数据；

所述负载模块；用于匹配所述待测试音频功放，方便测试模块进行数据测试；

所述测试选择控制模块包括本底噪声及信噪比测试模块、通道分离度测试模块、通道比率测试模块、幅频特性测试模块以及分频特性测试模块，且所述本底噪声及信噪比测试模块、通道分离度测试模块、通道比率测试模块、幅频特性测试模块以及分频特性测试模块均分别与第二采集模块、信号发生器模块、分源通道模块以及第一信号采集模块电连接。

2.一种音频功放测试方法，其特征在于：它包括以下步骤：

（1）、测试人员根据需要选择具体的测试选择控制模块；

（2）、根据步骤（1）选定的测试选择控制模块选择信号发生器模块产生的信号源类型，设定信号源的参数且选择信号源通道数量，选择分源通道模块中哪一组输出通道作为测试通道，选择第一信号采集模块中哪一组通道作为采集通道；

（3）、信号发生器模块根据测试选择控制模块选择的信号源类型以及信号源参数产生信号源；

（4）、声卡模块接收从信号发生器产生过来的数字信号，然后将数字信号转化为模拟信号发送到分源通道模块；

（5）、分源通道模块根据测试选择控制模块选择的输出通道将声卡模块发送过来的模拟信号输送到待检测功放；

（6）、待检测功放将分源通道模块输送过来的模拟信号进行功率放大，然后输送到第一信号采集模块；

（7）、第一信号采集模块将功率放大后的模拟信号分批输送到声卡模块；

（8）、声卡模块将第一信号采集模块分批输送过来的模拟信号转化为数字信号，然后再输送到第二信号采集模块；

（9）、第二信号采集模块将接收所有批次的转化后的数字信号，然后将这些数字信号进行数值分析处理，计算出待测音频功放在特定负载下信号输出端的各种数据，然后将这些数据储存起来；

（10）、测试选择控制模块根据需要调用第二信号采集模块中储存的数据。