擴大機測試概論中－turboman206的部落格

測試音響最基本項目就是失真,這裡所提的失真指的是”輸入後所轉化的訊號與輸出後不相同”，已以功放為例，輸入的訊號不單只被放大且電路會依原訊號更大的電壓或電流來增益訊號來推動下一級的負載。在這個過程中由於電子零件間的特性不同以及電路設計者的設計因素，使得真正送到我們耳朵的訊號與原來的訊號會有所差異，這個差異點我們稱為失真。

失真的原理

失真越大,代表我們所聽到的聲音與原本的訊號相差越多,不過失真有時候並非壞事,有時候會聽起來會更好聽,這與偶次失真以及人耳的聽覺機制有關係。但是絕大多數的情況下,失真越大,器材所發出的聲音會越難聽。

而音響系統的作動原理,簡單說就是將聲音的波形轉換成電器的波形,但由於轉換過程中的物理效應會行成失真,而使原來的波形與產生出來的波形有所差異。因此如果要知道這兩者之間的差異,也必須從實際產生的波形與與計算出來的數學的理論值來比較才有辦法知道。目前測試失真的方法都是利用正弦波(Sine Wave)來測量，很多人不了解何謂正弦波，其實就是頻率成分最為單一的一種信號，因這種信號的波形是數學上的正弦曲線而得名。任何複雜信號——例如音樂信號，都可以看成由許許多多頻率不同、大小不等的正弦波複合而成。

何謂正弦波測試

而正弦波的學理函數公式為V=Vp Sin(wt+∮),其中Vp為電壓峰值,w為角頻率(rad/sec)、w=2ðf，f是頻率，t為時間，兩者合一的wt就為角度(rad)，∮則為相位角。很多人可能看不懂複雜的公式，筆者用另一個角度來解釋，數學上正弦波的觀念指的是某個點再做一個速率固定且相當穩定的圓周運動，每秒繞行圓周軌跡次數即為其所代表的”頻率”。此圓周運動的圓心定義在x&y皆在0的位置上，而做圓周運動的點在x軸或y軸的做邊變化投影在時間軸上畫出的曲線即為正弦波曲線。描述起來複雜，但其實很單純，如果看到圖形讀者應該很快就可以了解。

而量化的原理是藉由所謂的”傅立葉級數”(Fourier,法國17世紀之名數學家)的理論，其理論為假設有個函數，再一空間中的週期或是波長λ，則整個函數可被拆解為波長為λ整分數之一的簡諧波總合。說的白話一點，就是說所有的波形變化是由各種的該波長不同倍數頻率的正弦波所組成，也就是我們一般所說的諧波。換句話說真正的正弦波除了基頻之外是沒有任何的諧波的，利用數學上的特性我們可以測量正弦波與其諧波比例的方式來量化失真，讓我們瞭解功放的好壞。

而AP的原理就是利用正弦波產生器產生一個超低失真的正弦波給測試器材，而後器材輸出的波形在經過快速傅立葉的轉換(FFT)計算其頻譜且分析器材本身的失真率，最後再經過電腦再將複雜的計算快速完成變成數據而顯現給我們。

之前談了這們多觀念，現在讓我們進入實際數據的世界，首先從頻譜圖開始，頻譜圖的水平軸多數為頻率，單位為赫茲(Hz,Hertz的縮寫)，就是每秒的週期數，而垂直軸多數為效率或電平，就是輸出訊號的位準，單位多數是dB(分貝)、dBV(電壓伏特)或是W(功率)。在測試時塗上的座標無論是水平或垂直都採對數座標，這樣才能更加針對人耳聽覺對於音量或頻率變化幅度校正。

了解頻譜圖

在測試擴大機時我們多數都會使用1kHz(一千赫)的頻率來測試，因為這個頻段是人耳最敏感的範圍，所以希望在測量失真分布時可以用這個敏感頻段來仿造人耳聽感。再來如以1kHz作為測試基頻，諧波的分布也都是1k的整倍數，更易於觀察圖表上的差異。

完美的1kHz正弦波在頻譜圖上只會在1kHz的地方有上揚，左右兩邊都不會出現任何突起的諧波，不過這是理論值，這們完美的功放是不存在的，就算是拿來做測試用的超精密儀器所產生的正弦波都還是有極微小的失真。失真的情況有幾種層面，首先是由訊號本生所產生的諧波干擾，這就是所謂的諧波失真，這種失真一定是由原訊號的頻率訊號所組成。以1kHz為例，產生的2次諧波就為2kHz，3kHz就為三次諧波以此類推，理論上諧波的強度與次數應該是越少越好，而實際上人耳相當喜歡偶次數失真(如2、4、6次諧波)的聲音，會使聽覺上產生溫暖柔軟的感覺。相對來說奇數次失真聽起來就會讓人感覺會有堅硬刺耳音色，這些不同的諧波會產生不同的聽感，也使設計者在設計實有更大的自主特色。

另外就是雜訊的干擾，功放上的雜訊不只是外界會干擾，在設計實如果設計不良也會產生雜訊，如電路本身就會有底部噪訊(Noise Floor)，會因整體所使用的元件及設計的電路架構而有所影響，在測試圖上所呈現的底部噪訊當然是越低越好。另外功放本身的電源也會出現雜訊，就算在電路中出現濾波或是穩壓電路還是無法把電源雜訊完全清除乾淨，且汽車電源為交流轉直流，在過程中也會帶有一些諧波，因此車用功放的電源濾波設計比家用還要講究，此時也可以透過頻譜圖觀察功放抗干擾的能力。

盛美歌的魏先生對於操作AP功放測試儀器相當熟析，連筆者都必須要跟他請教。

這張圖是所謂的頻率響應圖，最好的線路是猶如一條直線一樣橫貫，不過實際上我們可以看到有條綠線在X軸0db的位置，這代表是空載時基準點，Y軸則是代表頻率，這條綠線的兩端都下垂了表示功放無法到達理論值的最佳工作曲線，而黃線則是有了負載後的曲線，很明顯的整體效率降低。