由于希望在保持高功率輸出和可接受的（低）失真水平的同時將功耗保持在最小，目前大多數汽車音頻放大器都是A/B或D類。汽車制造商沒有公布用于評估放大器性能的專有測試方法，但人們想要對汽車音頻放大器進行的測量類型很容易識別。在這里，我們討論了進行的典型測量，并確定了與汽車系統相關的具體關注領域。

典型的音頻放大器測試包括增益和電平、共模抑制、電源抑制、頻率響應、輸出功率和諧波失真、互調失真、噪聲本底、串擾、直流偏移以及點擊和彈出。

執行這些測試所需的儀器包括音頻分析儀、能夠輸出9至16 VDC的直流電源、功率計（用于效率測量）和萬用表（用于檢查負載和電源電壓）。所需的其他測試項目包括被測放大器的額定阻抗和輸出功率的非電感負載電阻器，以及將DUT（被測設備）和測試設備連接到公共接地的接地電纜。

從“黑匣子”的角度來看，這種測試在不同類型的音頻放大器之間是一致的。然而，需要對D類放大器輸出進行特殊調節，以解決這些放大器特有的帶外噪聲。這將在本文的最后一節中進一步討論。

良好的接地實踐對于優化音頻放大器性能非常重要，但對于實現最佳測量結果也至關重要。測試系統中設備（如開關、被測設備和測試儀器）之間的小接地電位差可能耦合到信號路徑中，并由于信號導體和底盤之間的固有雜散電容而導致不希望的干擾或噪聲。

總線接地有時似乎是一種方便的方法，但這種技術往往會產生最壞的結果。鏈的每個支路中的電阻將設備置于不同的接地電位，并且不如星形接地方法有效。

           母線接地---不推薦                       星形接地---推薦 

AP強烈建議通過低阻抗導線將每個設備的底盤接地直接連接到測試儀器的接地。

測量：

增益和電平

在兩個通道上同時測量輸出電平和增益的同時，通過應用階躍輸入電平掃描，可以方便地執行增益和電平測試。如下圖所示，該放大器的增益約35，如上軌跡（使用右垂直軸）所示，并具有線性響應，輸入振幅（圖上的水平刻度）從低于2 mVrms到約600 mVrms，然后開始在輸出處削波。左軸顯示以Vrms為單位的測量輸出電平。注意，該DUT的左通道和右通道非常匹配。

如果在更寬的輸入范圍內測試DUT，我們可以使用相同的測量來可視化線性動態范圍。下圖顯示，該DUT在低端和高端均掃過線性范圍。該器件的增益約為35，線性動態范圍約為57 dBV。請注意，顯示57 dB范圍的光標位置有些模糊，因此，SNR測量通常與應用于系統的最大幅度一起使用，以產生單值動態范圍測量。

噪聲本底

噪音是好的音響系統的敵人。信道中的任何非預期信號通常稱為噪聲。這可能是電流在電路中流動時產生的隨機噪聲，也可能是由于串擾、缺乏足夠的電源隔離和濾波、接地不良或電機（如擋風玻璃雨刮器、座椅、天窗）或點火系統的電磁干擾而在通道中出現的確定性（非隨機）信號。如果該噪聲發生在增益級之前，則噪聲將被放大。

準確知道放大器通道上有多少噪聲以及噪聲可能來自何處，是評估放大器質量或對特定單元或裝置進行故障排除的關鍵信息。

測量本底噪聲表明，在沒有施加信號的情況下，信道是多么“安靜”。因此，測量通常通過以匹配阻抗終止DUT的輸入，并在沒有信號施加到輸入的情況下測量剩余RMS幅度來完成。限制分析儀上的測量帶寬至關重要，因為更多帶寬意味著測量中的噪聲更多。對于大多數汽車音頻放大器，20 Hz至20 kHz是合適的。

以下是對汽車音頻功率放大器進行測量的示例：

查看該數據的頻譜視圖表明，不存在主要的確定性噪聲源（因為它會在頻譜中顯示為特定的線或雜散），并且噪聲本質上主要是隨機的。如果輸入端接時頻譜中出現確定性雜散，這些雜散的頻率可以提供信號的性質和來源的提示，這是系統或設計故障排除的第一步。

噪聲是汽車聽力體驗的一個重要方面。當在發動機和其他附件關閉的安靜車輛中收聽時，聽眾可能會變得非常敏感。當打開和/或關閉系統時，乘客可能會敏銳地意識到音頻系統的噪聲本底。

噪聲測量有時使用A加權濾波器進行，該濾波器試圖將人類聽覺響應考慮在內。

NR和共模抑制：

用于信噪比測量的方法是將單音注入放大器輸入（在DUT的指定輸入幅度下），并測量輸出處的單音幅度，然后去除輸入信號并測量該輸出上的噪聲本底幅度，從而提供所需數據

SNR的點。下圖顯示了雙通道放大器上測得的SNR。這表明，在輸出端，施加信號的幅度和噪聲本底之間存在超過70 dB的差異。

共模抑制比（CMRR）是配置為平衡（差分）輸出的放大器與配置為不平衡（單端）輸出的同一放大器的輸出噪聲幅度的比較。該測試證明了平衡輸出提供隨機噪聲消除的有效性。CMRR計算為CMRR（dB）=20*log10（VDM/VCM）。

以下測試電路在具有兩個通道發生器（例如，APx515、APx525、APx526、APx555和APx582）的音頻精密APx分析儀內實現：

IEC 60268-3標準為共模抑制比測試定義了略微不同的實施方式。首先測量差分信號并存儲其值。接下來，按照IEC 60268-3規范的定義，將每個輸出支路分別測量為具有與每個支路串聯的10歐姆源電阻的共模輸出。兩個輸出的較高測量共模電平被用作共模值，最后，如前一段所述進行計算。

以下是IEC 60268-3標準規定的測試電路，也在提供兩個信道發生器的音頻精度APx分析儀中實現：

以下是該測試的示例輸出，使用先前共模抑制比測量中測試的相同DUT

對于設計良好的放大器，這些共模抑制比測試結果通常在60 dB或更大范圍內。您可以看到，IEC共模抑制比方法比基本共模抑制比略為悲觀。音頻精度APx500音頻分析儀（B系列或傳統）設計用于執行這些共模抑制比測試，可從可用測量值列表中選擇。

電源抑制比（PSRR）

車輛動力系統中的電噪聲可耦合到音頻系統中，從而產生可聽噪聲。電源抑制比（PSRR）測試測量放大器防止電源系統噪聲影響音頻輸出的能力。這在直接由車輛電池供電的系統中至關重要。對于設計為從開關模式電源供電的系統，電源通常設計有濾波器，以消除通常與開關電源相關聯的更高水平的電源紋波，并因此表現出更高的電源AC抑制水平。

這里的測試挑戰之一是配置一個能夠以全功率電平驅動DUT的直流電源，但該電源也可以使電源線由騎在直流電平上的規定電平的交流信號調制。為此類測試設計的儀表級電源的一個示例是KEPCO BOP 20-20MC。另一種潛在的直流調制電源是Accel TS200。Picotest J2121A是一種電源線注入器，可用于PSRR測量，設計用于與外部固定直流電源結合使用。還可以配置直流耦合功率放大器作為電源，以執行PSRR測試，前提是其具有足夠的功率來正確地向DUT供電。

此測試的典型限制為：≥ 在整個掃描期間為60dB。

從該圖中，您可以看到其中一個發生器的輸出連接到調制器輸入

（圖中顯示為音頻輸入），為電源輸出提供調制。在音頻分析器上使用兩個輸入；一個用于測量直流電源輸出上的信號幅度，一個用于在DUT的輸出上測量相關頻率。對于該測試，DUT輸入端被終止。

音頻分析器設置為使用序列導航器中的“帶通頻率掃描”選項在發生器上產生掃頻單音輸出。該序列從“RMS電平”測量開始，然后是PSRR測量。最終測試數據集通過計算PSRR的導出輸出生成。請注意，“窗口寬度”選擇與分析儀一起使用，以創建盡可能窄的帶通濾波器，根據每個步驟應用于DUT的特定輸入頻率，提供輸出電平的最精確表示。該掃描輸出被施加到電源上的調制輸入。

測試開始時，使用清潔（非調制）直流電源測量DUT RMS輸出。這成為任何特定頻率下PSRR的測量“噪聲本底”。如果DUT輸出不超過該噪聲本底，我們只能測量PSRR的下限；真實的PSRR值將更高。接下來，將發電機輸出設置為在通常從約20Hz到5kHz的范圍內掃描。在每個頻率步長處，測量均方根電平。

以下是此測試的原始數據輸出示例：

該圖表明，DUT明顯滿足以下測試極限：≥ 在20Hz至5kHz范圍內為60dB。還請注意，由于在20 Hz至約70 Hz的范圍內，“Amp Out Ch1”電平不高于“Amp No AC電源”，因此我們只能說DUT的性能與所示性能相同或更好。理想情況下，電源AC電壓將足夠高，以在所有給定激勵頻率下在DUT輸出中引起峰值。這可能在所有情況下都不可能。電源的示例設置可以包括13.8V的DC電平和大約2Vrms的AC電平。

頻率響應：

頻率響應提供了當以已知電平的一系列輸入頻率激勵時DUT的輸出電平變化的記錄。對于音頻設備，這通常在20 Hz到20 kHz的范圍內完成，但對于“高清晰度”音頻，它可以擴展到45或90 kHz的帶寬。

以下是頻率響應測試的輸出示例。該DUT在通帶上顯示出非常好的振幅平坦性，在高端具有典型的截止響應。

傳統上，該測試是用步進頻率源進行的。然而，特別是在生產測試等環境中，現在使用對數掃頻正弦（chirp）信號來完成大部分工作，以大幅減少測試時間。例如，23秒階躍頻率測試可以用具有可比結果的4秒啁啾測試代替。

輸出功率與諧波失真：

輸出功率與諧波失真相關；失真通常隨著輸出功率增加到全額定功率而增加。

測試音頻放大器時，通常進行兩次THD+N測量。一個在1W輸出功率下完成，所有通道同時驅動。這集中于整個放大器的小信號失真。另一種是全功率測試，只有一個通道被驅動。這驗證了DUT可以達到預期的最大功率水平設計目標，同時滿足失真性能設計目標。當放大器的功率從1W輸出參考電平增加到最大額定功率輸出時，THD+N百分比可以增加10倍或更多。以下是目標THD+N性能規格與設備等級的對比示例：

通常情況下，在分析儀帶寬設置為DUT的全帶寬（例如，20 Hz至20 kHz）的情況下執行THD+N測試，但不會更寬，因為這會增加來自頻譜不相關部分的額外噪聲。然而，對于應使用的分析儀源施加頻率范圍的范圍，存在不同的看法。輸入通常覆蓋20 Hz到6kHz用于THD+N測試。這里的理由是，在6kHz時，只有一次和二次諧波仍在頻帶內，而高于6kHz的測試提供的有用數據較少。

下圖顯示了從DUT測得的輸出功率（使用左垂直刻度讀取輸出功率），以及相應的THD+N測量結果（使用右垂直刻度讀取THD+N百分比）。輸出功率曲線在圖的上部，而THD+N曲線在下部。最接近底部的曲線是1W輸出水平下的THD+N，從該曲線向上的下一條曲線是最大額定輸出功率為75瓦時的THD+N。

我們在這里看到，輸出功率曲線的形狀在功率電平之間是一致的，但THD+N曲線有顯著不同。還請注意，兩條THD+N曲線在約6kHz處急劇下降，這表明當諧波超過帶寬截止值時，該測量值減小。

互調失真：

如前一節中關于THD+N的討論，很難獲得關于10 kHz以上諧波失真的有用數據，因為諧波產物落在音頻帶寬之上，并且通常超過典型的THD+N測量帶寬。

用于研究音頻帶寬上限失真的一種技術是同時向DUT施加兩個相對純的音調，這在非線性設備中產生拍頻（互調產物）。在大多數設備中，產生IMD的主要機制是AM（振幅調制），它在原始音頻音調頻率的和和和差處創建邊帶。調制產物還可以彼此拍頻并與原始音頻信號拍頻，從而產生更多的調制產物。

差頻失真（DFD）是在IEC 60268-3規范中標準化的高頻雙音IMD測試的一個示例。DFD測試適用于AB類和D類放大器。該測試通常作為設計和開發周期的一部分進行，但通常不作為驗證或生產測試的一部分。

以下是DFD測試的示例輸出。在這種情況下，施加到DUT的兩個等幅度音調是19kHz和20kHz。通過計算互調諧波振幅之和與所施加的兩個基音振幅之和的比率來進行分析。在該比率中僅考慮二階和三階互調產物。

DFD測試的測試結果如下圖所示。圖中顯示了4階和5階產品（如d4和d5所示），以供參考，但不是計算比率的一部分。

以下是本測試的實際測量值：

為了進行更廣泛的分析，可以掃描平均頻率或差頻，以檢查DUT對可能表現出更高DFD水平的特定頻率組合的靈敏度。

另一種互調測試技術是SMPTE IMD測試，它最初由電影和電視工程師協會（SMPTE）標準化，但現在由IEEE管理。與DFD測試一樣，這可能作為設計和開發周期的一部分而不是生產測試來完成。

在概念上，這與上述DFD測試沒有太大區別；施加兩個音調，并測量所得諧波。然而，在這種情況下，一個音調（f1）是強低頻干擾信號，并且通常較弱的高頻（f2）表示感興趣的信號。常見的設置是60 Hz時的f1，7 kHz時的f2，振幅比為4:1

感興趣的諧波現在位于7kHz音調附近。在120 Hz、180 Hz等頻率下看到的60 Hz音調的任何諧波與本試驗無關。然后，SMPTE IMD被確定為IMD產品的均方根值水平，表示為f2均方根水平的比值。以下是SMPTE IMD測試結果的表示:

實際測量值見下表。注意≤ 0.5%被視為標準性能產品的良好性能，以及≤ 0.1%被認為是高性能產品的良好性能。該DUT在約0.02%時表現出特別好的性能，如下圖所示。

APx500系列分析儀可輕松掃描低頻干擾音，以檢查f1和f2的各種頻率組合下的IMD靈敏度。

串擾：

串擾是多信道系統中信號從一個信道到另一個信道的無意耦合。它通常由雜散電容、電感耦合、共享電源和共享接地回路引起。執行串擾測量有助于確保一個信道上的信號不會顯著泄漏到其他信道中。如今，汽車放大器串擾測試極限的性能目標在以下范圍內：≤ -標準性能產品為40 dB，以及≤ -高性能產品為50 dB。通常，性能被指定為使用1瓦輸出電平進行測試。下圖顯示了一個高性能音頻放大器的性能。

串擾應作為頻率的函數進行測量，因為它通常隨頻率變化很大。如果需要單個測量測試，通常在10 KHz下進行測量。這有兩個原因。首先A-加權曲線表明，我們的聽力在20 kHz時在-10 dB至-12 dB的范圍內衰減，而在-3 dB至-5 dB的范圍中衰減為10 kHz。這表明，超過10kHz的串擾效應將顯著減少。第二，如果串擾是由單極雜散電容耦合引起的，并且其他阻抗相對恒定，則串擾幅度將以每倍頻程6dB的速率增加；在10 kHz下進行評估將證明在仍可能聽到串擾的點處串擾的最高水平。

APx500音頻測量軟件提供多個串擾測試，包括單頻測量、步進頻率掃描正弦測量和連續掃描（啁啾）正弦測量。對于這些模式中的每一種，用戶可以選擇驅動一個通道并測量未驅動的通道，或者驅動除正在測量的通道之外的所有通道。

直流偏移，點擊并彈出放大器通常是交流耦合的，這意味著輸出端不應有直流電壓。小的直流偏移電壓是可以接受的，但必須測量并驗證其在限值內。較大的直流偏移將影響系統性能，并可能損壞部件。

直流偏移測試與輸出接通/斷開爆裂噪聲測試相關，因為功率放大器的直流偏移斜升和斜降是聲音令人討厭的一個重要因素。

使用音頻分析儀測試直流偏移的過程相對簡單。連接負載后，放大器開啟，直流電平測量用于測量直流電平。這不使用施加到放大器輸入的AC信號。下圖顯示了該測試的測量結果示例。

小于或等于100 mV的絕對值對于標準性能產品被認為是好的，而小于或等于10 mV的值對于高級性能產品被視為好的。

當放大器打開或關閉時，可能會出現瞬態電壓尖峰。根據瞬態尖峰的水平和持續時間，這些尖峰可能會變成煩人的爆裂聲、咔噠聲或砰砰聲。分析工具可以幫助確定瞬變是否可以聽到，但最終評估可能涉及在駕駛室中進行聽力測試。

將音頻分析儀連接到適當加載的音頻放大器的輸出端并獲取一個信號相對容易，該信號演示了信號中的尖峰是在開啟還是關閉時出現的。下面是這樣一個示例：

使用APx500分析儀中的測量記錄儀進行采集，顯示在測試的關閉和開啟部分和/或之后立即出現的瞬態尖峰。

然而，這種獲得的波形并沒有讓我們感覺到這些尖峰對聽者可能有多不利。由于感知響度取決于事件的級別、揚聲器的靈敏度和人類對聲音的感知，因此在評估中必須考慮這些項目。

有幾種方法可以使用音頻分析器對這些類型的事件進行更真實的評估。如果我們進行聲學測量，我們可以使用校準麥克風和a加權濾波器以及分析儀來模擬聲級計。不幸的是，這意味著我們需要將揚聲器連接到放大器，并且我們可能需要在暗室中獲得良好的測量結果。此外，研究表明，人耳對咔噠聲和隨機噪聲突發的反應不同，因此A加權濾波器不是最優的。

分析持久性有機污染物和點擊的更合適的方法是使用ITU-R基站。468-4方法，其包括CCIR-468加權濾波器，以及具有仔細定義的攻擊和衰減時間的準峰值檢測器，其更好地表示脈沖噪聲突發相對于人類聽覺的幅度。APx分析儀提供應用ITU-R BS的能力。468-4 Q-峰值濾波器用于電測量或聲學測量。這意味著可以測量電信號，然后應用代表性揚聲器的模型，以得出該事件所代表的聲壓級的合理估計。

該DUT顯示（上圖）最大Q峰值電平為-40 dBV。通過該測量，我們可以繼續估計聲壓級。

基于中頻揚聲器（其中人的聽覺最敏感），基于1米處的1瓦，典型的揚聲器靈敏度將在90 dBSPL的范圍內。由此，我們可以進行一些快速計算其給出連接到放大器的代表性揚聲器的預期聲壓級的指示。

對于4歐姆負載，我們可以使用以下公式計算電壓 

在1瓦輸出功率和4歐姆負載的情況下，我們確定90 dBSPL處的電壓為2 Vrms。由于我們的Q-峰值電平測量值為dBV，且dBV參考值為1 V，因此我們需要將90 dBSPL靈敏度轉換為參

考值為1V的等效電平。1 V參考值的dB電平計算結果為：dB=

這大約是-6dB，導致大約84dBSPL的值。以及測量的ITU-R BS。468-4 Q-峰值電平，我們可以確定可聽電平為84 dB–40 dB，導致聲級為44 dBSPL。在非常安靜的環境中（例如，車輛停在發動機關閉的情況下），可以聽到聲級為44 dBSPL的瞬態。

雖然沒有針對點擊/彈出的特定最大dB性能目標，但希望在乘客艙內的安靜環境中沒有可聽到的點擊/彈出。

D類放大器

“線性”音頻放大器為A類或AB類。這些放大器通常具有非常好的保真度，但效率相對較低。對于這些放大器，有源元件不斷地消耗功率。D類放大器可以具有非常好的保真度，但與線性放大器相比也可以具有更高的效率。這兩種測試都使用了本文前面章節中描述的相同測試和技術。然而，D類放大器確實需要稍微不同的處理才能獲得代表性的測試結果。

D類放大器（有時稱為開關放大器）使用脈寬調制（PWM）或某些其他類型的調制來最大化放大器的效率。每個脈沖的最大導通時間出現在正峰值，最大關斷時間出現在負峰值。在正弦波的振幅中點，占空比約為50%。如下圖所示。

如下圖所示，輸出信號從最大輸出快速擺動到最小輸出（導致輸出中的高頻成分）。

這些噪聲信號具有非常高的轉換速率（SR），這可能導致分析儀測量中的錯誤失真和噪聲讀數。在某些情況下，音頻分析儀電路可能被迫進入不穩定狀態，甚至遭受損壞。

幸運的是，這種情況有一個穩健的解決方案。通過對輸出進行濾波，可以在高頻成分到達分析儀進行測量之前對其進行濾波，從而顯著減少高頻成分。推薦的過濾分兩個階段進行。第一級是連接在放大器輸出和分析儀輸入之間的外部無源濾波器。這在信號到達分析儀之前消除了大部分高頻內容。以下信號捕獲顯示了D類放大器的預濾波和后濾波信號。

例如，AP有三種不同配置的外部濾波器，它們是為此目的而設計的。這些包括AUX-0025雙通道25 kHz低通濾波器、AUX-0100八通道25 kz低通濾波器和AUX-0040雙通道40 kHz低濾波器。

第二個推薦的濾波級是分析儀中的銳滾降帶寬限制濾波器。AES17標準建議使用這種濾波器進行D/a轉換器測量，該AES17濾波器是D類放大器測量的內部濾波器的良好選擇。Audio Precision將其作為APx分析儀中的磚墻DSP濾波器實現。

該濾波器的截止響應如下所示。

除AES17濾波器外，還應使用無源外部濾波器，以確保良好的測量質量并避免對分析儀輸入的潛在損壞。分析儀的內部AES17濾波器不保護分析儀輸入級免受D類輸出的高頻成分的影響。

值得注意的是，一些D類放大器制造商具有內置輸出濾波，如先鋒級FD。在與測試設備進行任何連接之前，最好了解被測放大器的性質。

結論:

本文介紹了在汽車放大器上通常進行的測量類型、典型的預期性能水平、規定特定測試方法的一些行業標準，以及有助于進行這些測量的AP音頻分析儀的功能。請關注本網站即將發表的論文，這些論文將描述當今汽車中其他音頻組件的測試。