扬声器功率测试方案示例分享

Lili匠

Klippel发布了一种全新的方法用于功率测试 ——Klippel耐久性测试（KET），具有以下功能特点：

• 长期、功率和加速寿命测试的专用解决方案
  
• 适用任何换能器：低音扬声器、微型扬声器、耳机；也适用于无源系统
  
• 监控功率、温度、电阻、电压、电流
  
• 以高时间分辨率揭示换能器摧毁过程
  
• 用户自定义失败限制
  
• 同时独立监控多达32个DUT
  
• 使用智能放大器（Powersoft MEZZO，最高600W），是经济高效的多通道解决方案
  
• 激励信号包含噪声、单音和多音以及自制音频文件
  
• 步进和循环方式的功放输出电压控制
  
• 监控用户定义的外部传感器（例如温湿度传感器）数据
  

KET是一种易使用、多通道、用于长期、功率和加速寿命测试的解决方案，适用于典型的质量保证（QA）应用，如验证检查或型式认证。依靠商业智能放大器（目前支持Poswersoft Mezzo系列）硬件，KET可以很容易地以经济高效的方式为每个控制电脑部署多至64个通道（取决于PC性能和Dante接口）的监控。使用预定义的激励信号或自定义音频文件，以及可选的电平步进和循环，可以灵活选择各种测试信号。每个被测设备（DUT）可以单独监控，并通过用户定义的限制自动检测故障。通过一般限值检测开路和短路，“死亡报告”以最高可用更新频率显示了在检测到故障之前的时间间隔内，被监视状态信号的详细信息。

                              

下面我们会展示四个可以通过KET进行的测量示例，以此方式来更详细地介绍耐久性测试。

示例1 - 连续测试

基本耐久性测试是KET的直接应用，将具有恒定功率的测试信号施加到被测设备上，并自定义测量时长（10、100甚至1000小时），或者根据标准化（IEC60268-21和IEC60268-5）测试方案进行设置。KET持续监测线圈和磁体的温度、输入功率和电流，以评估稳态性能。在整个测试期间（由KET序列进行控制），环境条件可能会发生变化，因此需要在耐久性测试前后测量DUT的性能，以评估所施加力的影响，大多数变化通常与悬吊老化有关。KET可以管理多达32个DUT的并行测试，提供快速的统计故障率分析。

电压和电流

用于KET的功率放大器是电压驱动型的，因此，可以监测放大器输出的实际电压，并将其与设置中的指定电平进行比较。电流和电压以均方根值和峰值的形式提供，可以在图表“Device Compression/Limiter”中检查潜在的削波或功率压缩。

温度和输入功率

音圈温度与提供给换能器的实际输入功率密切相关。上图展示的两个随时间变化的状态变量为定义可容许的最大输入功率提供了重要信息。像这样的连续测试，可以评估出指定电平大小情况下的稳态温度。

示例2 - 加速寿命试验

加速寿命测试的主要目标是在更短的时间内模拟整个产品寿命的典型负荷场景。应用的方法是快速改变激励条件（电平、带宽、信号等）以及环境条件（温度、湿度等），而这些条件对DUT的压力远大于终端用户的正常操作。在此类测试的前后，音频产品的质量都应进行测试和确认，不仅要经受住压力测试，还要符合规范要求。该示例为一个典型的加速寿命测试，结合了交替的高电平激励和中止（冷却）阶段。该测试还用于确定符合IEC 60268-21标准第18.4条的长期最大声压级。KET为任何类型的激励信号提供了许多交替或提高/降低电平大小的选择，同时提供了符合国际标准（IEC 60268）的测试预设模板，以实现高效的日常测试需求。顺便说一句：每个KET通道都可以单独进行设置和测试。

电压循环

该测试由10个循环组成，每个加热阶段施加最大功率电平，并持续60秒；然后是冷却阶段，施加低输入功率或无输入功率，持续时间为120秒。

温度和输入功率

冷却阶段之后，音圈温度迅速升高，增加了DUT的输入电阻，从而降低了加热阶段内的输入功率。

示例3 - 破坏性试验

大多数设备都会在规定的限制范围内进行彻底测试，但测试其最大能力也很重要。Klippel耐久性测试（KET）可用于确定最大允许功率和线圈温度。如果设备损坏或超过任何一个设定的功率、电流或温度限制，测试将自动停止。测试的最后100秒将以高分辨率提供DUT在这一关键阶段内行为的详细信息。

温度和输入功率

在下面这个例子中，测试电平每5分钟增加1dB，直到25V/45W的最大测试电压。注意功率y轴是以对数形式表示的。被测设备是一款小型汽车低音扬声器，其最大均方根电平为12V，在大约5分钟内可承受两倍以上的指定电平。损坏时的线圈温度约为250°C。注意，线圈温度是在整个线圈上进行了平均的，通常线圈外围部分冷却较少，并且可能比内部部分热得多。

死亡报告

死亡报告在检测到故障之前提供高分辨率数据。长度为100秒的环形缓冲区以最高可用速率存储结果，此处约为200ms。这些数据可用于揭示故障的根本原因。在这个例子中，线圈突然断开，电阻迅速上升，导致开路故障。

示例4 - 热学压力测试

热学压力测试是环境压力测试的一部分，可以通过向被测设备（DUT）施加富余的热量、湿度、水、盐或其他侵蚀性化学物质来进行。通过这样的测试来证明DUT对最终应用中可能出现的恶劣环境条件的耐受性。它们也是加速寿命测试的一部分，该测试在比实际产品寿命短得多的时间内揭示老化和疲劳问题。

温度特性曲线测试

如下图示例，温度传感器（红色）测量温控室中的环境温度，棕色曲线表示的是音圈温度。该测试由4个阶段组成：室温阶段、加热阶段、冷冻阶段和恢复阶段，每个阶段持续大约90分钟。该测试中，环境的热冷交替给音圈和DUT增加了额外的热应力，导致即使在中等激励电压下线圈温度也很高。

注意，线圈温升曲线中考虑了室温偏移（20°C），便于在绝对刻度上与温度传感器数据进行比较。

外部温度传感器使用开放API（可用于任意类型的传感器）自动查询，并显示在结果图表中，因此，几乎任何数字传感器都可以被监测并集成到KET中。此外，还提供软件接口用于控制温控室或其他仪器，以自动进行符合特定测试条件的长期测试。如往常一样，在耐久性测试后，应验证DUT是否还符合预期行为。

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