【技術分享】FTC輸出功率標準

在一九六六年美國的The Institude of High Fidelity(簡稱 IHF)義務性的對擴大跡的輸出功率訂了標準,稱為 IHF Dynamic output Rating(IHF-A-201);同時Electronic Industries Association(簡稱 EIA)也訂下了 EIA Music Power Rating(EIA-234-A),這兩種功率標準就是我們以往常常在廣告上或說明書上所看到的Music Power多少,IHF power多少;後來因Music Power和IHF Power都不能明確表明擴大機的內涵,兒才有RMS Power或Continuous Power或Average Power的名詞。到了一九七四年美國聯邦政府的機構Federal Trade Commission(簡稱FTC)才給擴大機的輸出功率做了明確的規定(原文如附件),同時命令製造Hi-Fi的廠家所出產的擴大機的說明書上規格說明須按FTC公佈的漂準測試方法才能廣告、出售。此規則在一九七四年五月公佈,且在一九七四年十二月開始實施。

在未說明FTC功率標準前,先要對Music Power, IHF Power和RMS Power的定義做個詳細的說明。

Music Power的定義如下: 被測的擴大機用本身的電源(指B+而言)供給,在輸入端送入信號,但此信號的時間間隔(Time Interval)非常短,此時,擴大機輸出信號最大整個諧波失真(Total Homonic Distortion)在5%範圍內,同時電源供給的電壓仍保持無信號輸入時的電壓值,這時擴大機輸出的功率為EIA Music Power Rating。

IHF Power 標準測試有兩種:

1. 恆供給法(Constant-Supply Method)

擴大機的輸入端為連續的音樂信號,供給擴大機的電壓能容忍輸入音樂信號連續的變化,而擴大機輸出信號的整個最大諧波失真在5%以內時,所測得的輸出功率即為 IHF Power。

2. 暫態失真測試法(“Transient Distortion” Test)

此法需要一部失真率很低的調音器(Modulator)調音器輸出信號來模擬音樂或語言的信號,其輸出信號有10至20ms的升起時間(Rise Time)。擴大機用本身供給的電壓,輸入端接調音器的信號,在擴大機輸出信號分析失真,引起失真的原因有供給電壓的衰退,供給電壓的暫態和紋波(Ripple),此法測得結果輸出功率往往少於用恆供給法,而且很難表示擴大機的規格說明,很少用到,一般都用恆供給法測得的結果來說明。

RMS Power的定義為: P=Irms x E(rms),把正弦波的信號輸入擴大機的輸入端,擴大機輸出信號的整個諧波失真在1%以內,此時輸出即為RMS Power。計算RMS Power可用如圖的正弦波求得:

若我們知道RL和Ep-p值,即可計算RMS Power值。

上述不論是Music Power, IHF Power或RMS Power,所定的標準都不夠明確,如對擴大機輸出負荷的阻抗均無明確的表示,頻率響應應在輸出多少瓦特±?dB呢?RMS值功率到底是指擴大機上負荷時經多少時間?等等都未加以詳細說明;另一方面由於真空管已被電晶體所淘汰,而且大功率的電晶體現已能做到更完善,耐高壓、大電流,頻率工作範圍都很寬,尤其是可靠性很佳,以現代的設計和技術已無問題了;所以美國政府由官方機構FTC負責統一標準,對於中功率和大功率的擴大機做了明確的規定,供給消費者對擴大機輸出功率的定額值作負責的交待,以防止顧客被欺騙。

由於FTC功率標準的規定,製造廠商都必須重新設計他們自己出產的擴大機,例如Crown的DC 300型擴大機增加了一倍的功率電晶體改為DC 300A型,Marantz的500型改為510型等等,到底新的FTC功率標準規格是怎樣的規格?現試以BGW System Stereo/Mono Power Amplifier Model 750A型做例子說明,其FTC標準規格如下:

8歐姆時的功率輸出: 每聲道平均連續功率為200瓦,功率頻寬為15Hz至15KHz,整個諧波失真為0.2%。

4歐姆時的功率輸出: 每聲道平均連續功率為300瓦,功率頻寬為20Hz至10KHz,整個諧波失真為0.25%。

橋式連接時,8歐姆時的功率輸出: 平均連續功率為600瓦,功率頻寬為20Hz至10KHz,整個諧波失真為0.25%。

由上述可知擴大機的規格定的是多麼實在;如以Heathkit AR 2020的規格如下,試以比較一下: 25瓦(負荷8歐姆),30瓦(負荷4歐姆),14瓦(負荷16歐姆)。

每聲道連續功率輸出: 15瓦(負荷8歐姆),20瓦(負荷4歐姆),10瓦(負荷16歐姆)。

在整個諧波失真為0.5%時功率頻寬: 5Hz至30KHz。

頻率響應(輸出1W時): 7Hz至50KHz±1dB, 5Hz至70KHz±3dB。

諧波失真: 從20Hz至20KHz,15瓦輸出時少於0.25%。

規格說明雖多,但你能知道到底這部擴大機的規格是什麼呢?

FTC功率標準規則到底是怎樣規定的,請參照附錄的原文: 此規則共分六章,其中最重要的是第三章,此章說明功率標準的測試,摘要如下:

1. 擴大機如為AC的電源供給則AC的電源必為120V的AC RMS值,包含的正弦波應少於2%的失真。

2. AC的頻率應為50Hz或60Hz。

3. 擴大機的每聲道輸入為1KHz,輸出為額定功率的⅓,接上負荷,工作1小時。

4. 第三項測試必在室溫下進行,經1小時,其周圍的溫度至少為25℃(77℉)。

5. 在擴大機的輸入端接上連續的信號,使擴大機在滿定額的輸出下工作不得少於5分鐘,而定額的功率頻寬內的所有頻率應不超過定額的整個諧波失真。

6. 在準備測試時,擴大機上的音調控制,響度控制或其他的控制必須放在OFF或Flat的位置。

值得注意的是第三項至第五項,舉例來說,以BGW System的750型擴大機而言,在接上8歐姆的負荷(第二章的a、b)時,⅓的滿額功率為66.7W,也就是擴大機在66.7W負荷的情況下工作1小時,1小時後擴大機的周圍溫度不得超過華氏77度或攝氏25度;同時還得在負荷8歐姆時,在200瓦的滿額功率情況下工作5分鐘,頻率從15Hz至15KHz的整個諧波失真不得超過0.2%。試想在66.7W的輸出下工作1小時,電晶體定會產生大量的熱能,這些熱又不能使周圍的溫度超過25℃,則功率輸出的電晶體必須要很多串聯或並聯,BGW System的750型二聲道總共用了20個功率電晶體;同時要把散熱片的面積增大,使其散熱效果良好,或者低雜音的吹風機來驅熱,這都增加了製造成本。滿載負荷功率輸出下工作5分鐘,而諧波失真不少於額定值,這擴大機的線路可靠性一定十分良好。

FTC功率標準提出在美國受到許多的討論和批評,可參考下面的資料。

轉載音響技術第4期 ARP. 1976 FTC輸出功率標準/吳吉源

 

此篇文章授權來源

老音響資料庫/蘇桑部落格

 

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