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贝塔斯瑞db系列远程有源定向强声扩声系统测试手札

更新时间:2014-06-10点击次数:1573次字号:T|T
【背景】
    由三基音响企业徐新国总工程师亲自操刀设计的dB系列远程有源定向强声扩声系统于2011年3月正式完成。
    2011年4月3日,dB系列的样品准备完毕,正式通知我们测试中心进行全面的测试。
    此次测试有两种方式:第一种方式为实验室测试,主要是对于样品的各项技术指标与特性进行数据化测试(偏重于客观化);第二种方式为户外使用中的实际测试,主要是在噪声环境影响下进行对声压级、语音清晰度和语言可懂度指标进行数据化测试和听力辩识(偏重于主观化)。其目的:一是验证是否满足立项需求;二是验证是否满足国标和欧盟安全标准;三是得出实际使用中的数据结果。

       为了让整个测试结果和测试过程更为准确化、规范化与科学化。整个测试过程中我们邀请了两名业内资深专家进行指导。他们分别是中国传媒大学传播声学研究所孟子厚教授(中国演艺设备技术协会专业音响组专家)、原南京大学声学研究所教授赵其昌(中国演艺设备技术协会专业音响专家组组长)。整个测试方案、音源文件均由孟教授提供。分别由孟教授和赵教授主导进行2次测试。


【基本资料】
一、dB系列的简要说明:
      在正式介绍测试过程之前,我首先对dB系列产品作一个简要介绍:
       db系列全系列产品主要由三款设备构成,分别为:
       db100扩声器。特点:IP45级防尘防水,防摔耐压。70W/8Ω功率 (RMS),141 dB最大声压。
       db100C控制器,与dB100配合使用。特点:控制多只db100组成系统,有音乐、MIC信号、线路,无线话筒, MP3音源播放信号源的信号增益控制、
       紧急状态下超高声压扩声(提升30dB)等功能。
       db1100-mp3便携式强声广播系统。特点:集成db100和db100C的功能于一体,并配置了具有不少于8小时语言扩声(最大声压状态)的工作能力大容量锂电池。便于携带与流动使用。
       db系列的常用组合形式:db2100 小型2个db100的组合     db4100 中型4个db100的组合   db18100 大型声墙组合
       野外特殊使用组合形式:db6100 流动车载组合    db24100 远程防暴组合

二、立项需求与定位说明
               该系统需具备:远射程、高声压、高清晰度的特性。100米内具备防暴、威慑功能。1000米内具备高声压、高清晰度的语音广播功能;可满足可靠、耐用性强的远程喊话、警告、威慑、防暴辅助等需求。便携式系统方便、 便于车载安装;具有不低于IP45等级防水功能;便携设备电池使用时间不低于6小时,具备固定或移动播放功能;散热功能良好、保护系统完善。
               定位于:军、警防暴、救援、紧急疏散、远程广播、车载移动及大型集会扩声使用。

【测试资料】
  测试基本设备与设施
设施与设备仪器 型号规格 制造商/产地
无响室 100平方米 自研
振动测试机   国产
跌落试验机   国产
秒表 HS-80TW CASIO 日本
红外线测距仪    
AP音频测试系统 P1PA 美国
示波器 TDS1012 泰克
静电放电测试仪仪 ESD-2000 国产
电快速瞬变脉冲干扰测试仪 EFT-4002 国产
温升测试仪 DX—230—3-3 美国
Clio测试系统   德国
NTI数字音频测试仪 LM1 德国

【实验室测试】
(一)、电子模块测试:
         试验中,我们选用了dB1100-mp3的电子模块进行了数据测试。主要使用了P1PA AP测试仪、TDS1012示波器、ESD-2000静电放电测试仪;  EFT-4002电快速瞬变脉冲干扰测试仪; VDG-1120电压瞬间跌落测试仪;DX—230—3-3温升测试仪,按照:GB9001-1998 声频放大器测量方法,SJ/T10406-93声频功率放大器通用技术条件标准进行试验,得出如下测试结果:
1、电子模块基本性能测试:
A、话筒部分
序号 测试项目 测试条件 测试结果 单位
1 功率 8Ω×1,THD=0.5%,1KHz,工作3分钟 72 W
2 长期最大输出功率 8Ω×1,10倍额定源电动势,工作1分钟 88 W
3 最小源电动势 8Ω×1,额定输出功率,1KHz,VOL=max 0.5 V
4 信噪比 8Ω×1,额定输出功率,1KHz,WTD(10Hz-ICE-A) 90 dB
8Ω×1,额定输出功率,1KHz,UN-WTD(22Hz-22KHz) 86.6
5 总谐波失真 8Ω×1,正常工作条件,1KHz 0.016 %
6 频率响应 8Ω×1,正常工作条件,250Hz—5.5KHz 见曲线 dB
7 过载源电动势 8Ω×1,正常工作条件,THD=0.5%,1KHz 4.08 V
8 输出噪声 8Ω×1,不给输入信号,音量置最大位置 0.75 mV
9 预输出 输入0.775V,1KHz 1.0 V
10 不接EQ增益 8Ω×1,正常工作条件,短路EQ 5.48 dB
11 静态功耗 额定条件,不给输入信号 7.2 W
12 正常工作条件功耗及效率 输出1/8额定输出功率后提升电源电压至额定电源电压的1.1倍 19.8/45.5 W/%
13 额定条件功耗及效率 额定条件 108/66.7 W/%
B、话筒部分
1 最小源电动势 8Ω×1,额定输出功率,1KHz,VOL=max 14.5 mV
2 信噪比 8Ω×1,额定输出功率,1KHz,WTD(10Hz-ICE-A) 79 dB
8Ω×1,额定输出功率,1KHz,UN-WTD(22Hz-22KHz) 78
3 总谐波失真 8Ω×1,正常工作条件,1KHz 0.038 %
4 频率响应 8Ω×1,正常工作条件,250Hz—5.5KHz 见曲线 dB
5 过载源电动势 8Ω×1,正常工作条件,THD=0.5%,1KHz,副音量电位器置于最大位置,调主音量电位器 76 mV
8Ω×1,正常工作条件,THD=0.5%,1KHz,主音量电位器置于最大位置,调副音量电位器 230 mV
6 输出噪声 8Ω×1,不给输入信号,音量置最大位置 2.7 mV
7 预输出 输入14mV,1KHz 1.0 V

       从上面的图表中我们可以看到:额定输出功率达到70W,总谐波失真0.016%,信噪比:90dB(A计权),灵敏度:0.79V,较为宽广的频响曲线。从这组数据来看,完全达到预定要求,特别是失真,居然达到了0.016%的失真值,应该说是件很不简单的事情!

2、电子模块耐用性试验:
输入冲击测试 检测设备及仪器: 音频信号分析器、负载箱、示波器、变频器
测试条件 测试方法 判定标准 判定
1.功率最大值时对应的负载值 
2.额定条件KHz正弦波信号 
3.所有通道同时工作
1.将源电动势突增20dB保持; 
2.再把源电动势突减到原来值; 
3.重复以上动作至少两次;
能承受额定源电动势突变冲击 OK
开关机冲击测试 检测设备及仪器:变频器
测试条件 测试方法 判定标准 判定
1.接上步测试在产品冷却前调整电源电压
2.功率最大值时对应的负载值 
3.音乐信号1/10额定功率
分别在额定电压、±10%供电电压下反复切换产品电源开关以开关机各5~10秒/次的方式至少重复100次,期间随机通断负载 产品不可有异常 OK
开路测试 检测设备及仪器: 音频信号发生器、负载箱、示波器、变频器
测试条件 测试方法 判定标准 判定
1.功率最大值时对应的负载值 
2.额定工作条件;FL FM FH正弦波信号 
3.所有通道同时工作
1.所有通道同时工作时将负载断开 
2.重复开关机和通断负载 
3.测试时间控制在60秒之内
放大器不应出现损坏 OK

(二)、db1100-mp3系统整机测试
        我们先将db1100-mp3的电子模块装到db100的箱体组装成一只完整的db1100-mp3后分别在我们测试中心的多个实验室和实验设备上进行了测试。然后将多只db100组成系统送到了实验室进行测试。以得到更为丰富和客观的数据。

 主要实验室和设备为:
无响室(原南京大学声学研究所所长赵其昌教授设计),面积:100平方米;
CLIO测试系统;振动测试机;跌落试验机;恒温箱;温升测试仪;
按照GB/T 9396—1996扬声器主要性能测试方法
       GB 7313—1987高保真扬声器系统最低性能及测量方法
       SJ/T10406-93声频功率放大器通用技术条件
       GBT17626.2-1998静电放电抗扰度试验 
       GBT17626.4-1998电快速瞬变脉冲群抗扰度试验
       GB8898-2001 音频、视频及类似电子设备的安全要求
       GB/T 2423.1电工电子产品环境试验 
       GB/T 2423.10—1995电工电子产品环境试验,
       试验方法  试验Fc:和导则:振动 
      GB/T 2423.8—1995 电工电子产品环境试验
      试验方法  试验Ed:自由跌落等标准进行了测试和试验,得出如下测试结果:

1.频响测试:
        以上数据分别为一只便携式音箱和分别叠加2只、3只、4只和5只音箱的频响曲线,这组数据可以看到,有效频宽达到300Hz-5KHz, 在加了EQ后的结果。
2. 指向性测试:
    从测试结果来看,其1kHz的指向性角度为50°
3. 抗扰度测试

脉冲干扰测试

干扰信号强度

测试结果判定
2.0KV 5.0KHz B等
2.0KV 100KHz B等
4.0KV 5.0KHz B等
4.0KV 100KHz B等
  静电放电测试 接触放电2.0KV B等
接触放电3.0KV  B等
接触放电4.0KV  B等
接触放电5.0KV  B等
以上测试结果依据如下标准判定:
       A级:在标准限值内性能正常;
       B级:功能或性能暂时降低或丧失,但可自行恢复;
       C级:功能或性能暂时降低或丧失,但需人工干预或系统复位方可恢复;
       D级:因设备(元件)或软件损坏,或数据丢失而造成不能自行恢复至正常
                  状态的功能降低或丧失;
       以上测试数据说明,这款产品的抗扰度能够达到可自行恢复的B等等级。性能确实不错!
4. 耐用性试验
输入信号冲击测试 检测设备及仪器: 音频信号分析器、负载箱、示波器、变频器

测试条件

测试方法

判定标准

判定

1.功率最大值时对应的负载值 
2.额定条件1KHz正弦波信号 
3.所有通道同时工作
1.将源电动势突增20dB保持1秒 
2.再把源电动势突减到原来值 
3.重复以上动作至少两次
产品应能承受额定源电动势突变冲击

OK

开关机冲击测试 检测设备及仪器: DVD、KMIX-1、4Ω音箱*2、变频器
1.接上步测试在产品冷却前调整电源电压
2.功率最大值时对应的负载值 
3.音乐信号1/8额定功率
1.分别在额定电压、±10%供电电压下反复切换产品电源开关以开关机各5~10秒/次的方式至少重复100次;期间随机通断负载 产品不可有异常

OK

开路测试 检测设备及仪器: 音频信号发生器、负载箱、示波器、变频器
1.功率最大值时对应的负载值 
2.额定工作条件,FL FM FH正弦波信号
3.所有通道同时工作
1.所有通道同时工作时将负载断开2.重复开关机和通断负载
3.测试时间控制在60秒之内
产品不应出现损坏

OK

        通过以上测试,产品未见任何异常!

5. 内置电池续航能力、音箱系统的可靠性及温升测试:将内置锂电池充满电后,  使用MP3播放人声信号(美谈不美),输出置于最大,让音箱连续工作,自早  晨8:00上班接上后。一直工作到下午下班还在继续工作,足以说明电池的续航  能力可达10小时以上。且整个外壳部分的温升较少,具体看看温升的数据。
  试验用电源电压:13.2V
  试验条件:1/8临界削波输出功率(9W 8Ω)
  试验时间:4小时(温度上升在1小时内没有超过1度时截至)

环境温度: 25

温度探头

元件号

测量值(℃)

温升值(K)

判定

1

L1表面

37.1

12.1

OK

2

C24表面

38.5

13.5

OK

3

T1线圈表面

40.5

15.5

OK

4

Q1附近PCB板

41.9

16.9

OK

5

7805表面

40.3

15.3

OK

6

D3附近PCB板

42.8

17.8

OK

7

C10表面

40.6

15.6

OK

8

C28表面

39.1

14.1

OK

9

C29表面

39.5

14.5

OK

10

L2表面

43.9

18.9

OK

11

Q5表面

41.3

16.3

OK

12

Q6附近PCB板

45

20

OK

结论:外壳自然散热的方式能够保证足够的安全!

6.环境实验:
        为了验证产品在特殊环境的使用状况,我们的环境试验55度高温工作条件
的比普通电子电工类产品40度的高温工作要严酷,试验结果如下:

试验条件: 温度: 55±3℃连续正常通电工作16H(高温负荷试验) 试验要求:试验完成后恢复4H外观、功能性能无异常

样品在供电电压为13.8V,1/4功率18W(12V/8Ω)的条件下连续工作16H,样品无异常

试验条件: 温度:-35±3℃搁置2H后,持续正常通电工作1H(低温负荷试验) 试验要求:试验完成后恢复8H外观、功能性能无异常 样品在供电电压为13.8V,1/4功率18W(12V/8Ω)的条件下连续工作1H,样品无异常

       结论:产品在55度超高温和-35度超低温且超载工作条件下依然能正常工作!

7. 机械稳定测试:
        将dB100系统装入正常出货使用的包装箱内,在振动仪器上连续振动2小时后、开箱检查无任何异常,接上信号源听音,输出正常。随后再次包装作跌落实验,按照GB/T 2423.8—1995的标准,结合db100系统的重量,在跌落试验机上作五面、三棱、一角的自由跌落实验,开箱检查依然未发现任何的异常,输入信号听音,正常!

        以上仅仅是在标准的实验室环境进行的测试和实验,那么这款产品在实际使用时的自由场环境下的效果怎样呢?4月14日,孟教授从北京赶到东莞带领我们的测试团队对整个系统进行了测试。4月23号由赵教授主导我们又进行了第二次室外测试
【系统室外测试】
         在实验室测试结果的好坏,我们的设计人徐总工是心中有数的。因为他在整个研发的过程中,均对借助过以上设备与设施参照相关标准进行过多次数据调整,他在整个研发过程中的反复测试与求证的过程可以说是相当严谨和细致的。我们在试验室得出的测试结果事实上在他送样测试前就有一份更为详进的研发测试数据。所以,在自由场环境测试之前,徐总工都是气定神闲,成竹在胸的。

          4月23日,当我们在工厂与他碰面时,他显得相当严肃。一向乐观风趣的他一路上几乎没什么话语,只是静静的坐在副驾上盯着远方,那种深遂的眼神让我一下子体味到一位资深工程师对科学追求精神的伟大。
         出发前,我们将6只dB100和1台dB100C组成的dB6100流动车载系统安装在牧马人车顶(距地面高度约1.8米)再开往预选定的测试场地。一路上因为担心扰民而没有播放音乐,但仍赢得了过往路人及司机朋友极高的回头率,甚至在等待红灯的间隙,不少发烧友对我们竖起了大拇指!简直相当拉风!
        驱车20分钟,我们来到了国家级高新技术开发区——松山湖的一个开阔的山地开始展开自由场环境下的测试工作。是否能够达到预设计“远程喊话、警告、威慑、防暴、求援”的功能是我们每个人都很关注的事情。

        这次测试使用的测试仪器为:
        NTI   Lm1数字音频测试仪、秒表、红外线测距仪、对讲机
        当时的测试环境为环境噪声:A计权:60;温度:29°;湿度:59%;顺风:3-4级;侧风:1-2级。
       此次我们测试的工作人员分为2个小组。一个小组为操控组另一个小组为数据接收组。操控组主要在指定地点播放不同的试音曲目和时间,控制测试样品。该工作小组有两名,由本人和徐新国总工担当。数据接收组主要在直线距离为50米、100米、200米、500米、1000米的位置接收被测样品实时播放的信号,通过仪器和主观辩别来产生测试结果,并记详细记录入档。

         正式测试工作开始了,在以上几个位置中,我们分别通过仪器测量了声压级、通过听音辩识的形式测量了语音清晰度和可懂度。全程选取和四名普通人作为听音员,从最远的1000米位置向声音源位置递近测试。
    全程使用四只对讲机作沟通工具,分别使用了噪声信号、男生词组发声、女生词组发声、男生朗读和女生朗读等信号。且首先对单只db1100-mp3进行测试,再对6只组合系统db6100进行测试。
详细测试结果如下:
第一次测试结果

       从以上数据可以看到,在1000米处,dB1100的最大声压可达84dB,语音传输指数可达0.6、语音清晰度指数达0.7、词语可懂度在84%,而dB6100的数据更为理想,在测试过程中我们用红外线测距仪和对讲机不断的确认程和测试数据,在1000米外的距离依然能够清晰的听到db6100发出的声音。
     前面我介绍了db1100在室内进行了振动和跌落实验,这只是在标准的实验室进行的,那么这款产品安装在车上在实际的路面行驶时,它的结构可靠吗?为此我们特地寻找了一段崎岖的山路,将音乐打开,颠簸了2个多小时,路途一直想听到输出停顿的现象,可是很失望,没有听到一点异音,一路输出正常!就连安装支架的结构件都未出现任何问题!
     回来后在徐总工的主持下,对测试数据进行统计,发现有些指标没有满足我们的设计要求,经过与实验室的数据对比!发现问题出现在音源上,我们重新对音源进行了处理,在实验室进行了对比测试,数据吻合,接下来我们准备第二次测试。
     4月23日,赵其昌教授来到三基的制造基地。在他的指导下,我们又做了一次测试,最后,我们测试小组一致认定测试数据真实有效。而我们也得出了与专家组相同意见的测试结果: db1100-MP3:1米处的声压级41dB。db6100:100米处的声压级  125dB  db系列产品的实测的数据和功能符合立项与设计标准。  
        在此,感谢孟教授和赵教授两位专家对db系列产品测试全过程的精心指导!感谢参与这次测试的所有工作人员!


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