SJ T 3265 89 电子琴声性能测量方法

 

SJ/T 3265-89

中华人民共和国机械电子工业部标准

电子琴声性能测量方法

 

1         主题内容与适用范围

1.1        主题内容

本标准规定了表征电子琴质量的物理特征及其有关测量方法。

1.2        适用范围

本标准适用于各种单音和复音电子琴，本标准只涉及与其质量有关的物理特性测量。

本标准不包括：测量与视听实验之间的关系、功能与演奏特性和具有力度键盘功能的电子琴。

 

2         引用标准

IEC 268－1（SJ/Z 9140.1）声系统设备  第一部分：概述

GB 9001  声视频放大器测量方法

 

3         术语

 

3.1        标准音高

）音的基频频率定为40Hz的音高。

3.2        音程

指两音之间的音高差距、音乐上常用度数表示。声学上用频率比货频率比的对数表示。

3.3        音分

是计算音程的一种单位。两个音的频率比等于为一音分。一个倍频程（八度）的音程为1200音分。两个音之间的音程的音分数为其基频频率比以为底的对数。

3.4        十二平韵律

是键盘乐器通用的一种律制，它个倍频程（八度），分为12个等对数音程，即12个均等的半音，半音的频率比值为。

3.5        电子琴的频率范围

电子琴最低琴键的基频到最高琴键的基频的6次谐波为电子琴的频率范围。

3.6        参考面、参考点、参考轴、参考频率‘

3.6.1          参考面：系指电子琴键盘的平面。二排键的以主键盘为准。

3.6.2          参考点：电子琴键盘平面的几何中心。二排键的以主键盘为准。

3.6.3          参考轴：通过参考点并以一定的方向通过参考面直线。

3.6.4          参考频率：以标准音高A₄=440Hz为参考测试频率。

注：SJ/Z 9140.1中第3条“测试频率”规定的标准参考频为1000Hz，而电子琴没有1000Hz相应琴键。故使用440 Hz为参考测试频率。假如440 Hz明显的在测量频率极限之外，或显著地在频响的峰谷值位置时，可考虑使用其他频率。

 

4         测量条件

 

4.1        正常大气条件

若无特殊规定，电子琴性能测试一般应在下列条进行：

环境温度：15～35°C

相对湿度：45%～75%

气    压：86～106kPa

4.2  仲裁大气条件

 环境温度：20士°C

相对湿度：45%～75%

气   压：86～106kPa

4.3  声学环境

4.3.1  自由条件

       系指自由空间的声特性，该空间终点声源辐射的声压P与距离r之间满足规律在使用的测试距离上允许偏差士1.5dB。满足该条件的房间一般叫消声室。

4.3.2       环境噪声

在使用的测量距离处区域内环境噪声至少小宇最低待测信号压级10dB。

4.4              自由场条件下的测试距离

测量距离系指在参考点与测试位置的距离（见图1），便携琴取为垂直于参考面的参考轴上0.5m，落地琴曲在参考面上并垂直于整组琴键边线的参考轴上1m（见图1）。

 

便携式电子琴测试点示意图          落地式电子琴测试点示意图

图l测试点示意图

4.5额定条件

    额定条件指制造厂规定的电子琴工作状态：

    a．如有音量控制器（指主音量电位器）．则额定条件系指置于最大增益位置．

    b．电子琴其他发声的功能开关（如节奏、自动伴奏）关上，，其音量电位器置于最小．

4.6正常工作条件

    a. 测电子琴整机特性时．电子琴置于额定条件后，调节音量控制器，使其增益减小10dB．

    b．测电子琴放大器和放大器加扬声器特性时，电子琴置于额定条件下，减少输入电动势（或减小音盈控制器增益）．使放大器在实际负载上输出电压低于实际负载上失真限制输出电压10da(见6.9.1．C)．

4.7预热时间

    电子琴测盘在开机15min后进行．

4.8电源

4.8.1规定条件

    交流电压（包括使用变换器的交流输入电压）．

    220V±3%；频率：50±IHz．

    直流电压（电池）允差±3%．

4.8.2电源影响

  电源特性（如交．直流电源电压，直流纹波电压等）对电子琴某些特性有影响时，产品标准应给出允差范围．必要时进行测量。

  电源影响的规定详见GB 9001第16条

 

4                     主要测量仪器要求

 

5.1       测量传声器

频率响应：在测量频率范围内0°方向的不均匀度在士1dB内。

灵敏度经常用声级校准器或活塞发生器校准。

5.2       测量放大器

频率响应：20～20000Hz不均匀度小于等于士0.5dB；

噪声电平：输入端开路小于等于15 ；

          输入端短路小于10；

谐波失真：小于0.5%；

表网络检波特性：有效之间勃起和峰值检波器；

峰值因于：大于等于10；

频率计权：线性、A计权；

时间计权：快、慢；

其他特性：具有有效值最大保持档；

5.3       电平记录仪

频率范围：20～20000Hz；

分辨率：用50dB电位器为士0.25dB；

信号记录误差：小于等于士1dB；

笔速和纸速引起误差：小于等于0.5dB。

5.4       声频信号发生器

     频率范围：20～20000Hz；不均匀度小于等于士1dB；

     频度刻度精度：士3%；

     频度读数精度：士1Hz（计数时间0.15s）；

     输出阻抗：小于负载阻抗的

     谐波失真：小于0.1%；

5.5       谐波失真仪

失真度范围：0.1%～100%；

频率范围：基频：20Hz～10kHz；

          谐波：20Hz～150kHz；

5.6       音分仪

频率范围： 满足电子琴最低最高音的音频率范围；

           C₀～C₈音的音频范围为16.352～4186.0Hz；

           C₂～C₆音的音频范围为65.406～1046.5Hz；

分辨率：1音分；

精  度：士0.5音分。

5.7  频率计

     频率范围： 满足电子琴最低最高音的音频率范围；

     读数精度：0.05%。

 

6              特性解释及其测量方法

电子琴一般有音源电路（包括模拟或数字振荡源和音色电路，包括辅助和弦节奏等功能电路）及放声系统（包括放大器和扬声器组成）。测量分数为：整机声性能，放大器性能，放声系统性能和音源特性四个部分。

6.1       音高误差

6.1.1       特性解释

以A₄=440Hz和十二平韵律为标准，计算得到的电子琴各音的基频频率目标值。电子琴实际上各音基频偏离该值的误差称为音高误差，用音分表示。

6.1.2          测量方法

6.1.2.1                声测法

       一般由在自由声场条件下由制造厂规定的音色下进行测量。也允许在无显著混响、回声和噪声干扰的普通房间进行。测量可以用音分仪或用频率计。测量时音分仪上的传声器或经测量放大器接频率计的传声器靠近电子琴的扬声器，电子琴正常按键发音，调节电子琴较音电位器（假如有的话）使A₄=440Hz，然后，电子琴依次按键，用音分仪（方法a）或频率计（方法b）读数计算。

       注：①  较音电位器指用户可及的机外较音电位器；

②       调A₄=440Hz的允许差为士1音分；

a.     用音分仪直接读数。

b.     用频率计读数并计算：如图2配置仪器。

第一步按频率计读数得各音的基频

 

图2频率计测音高误差的声测法原理图

注：①  被测乐音应为俐连续周期信号。

②       被测乐音其基频应显著地大于谐波振幅时才可采用本方法。

当不满足时，在测量放大器后，加一倍频程带通滤波器，其中心频率在待测乐音的基频附近。

第二步按附表1列出电子琴各音按A₄=440Hz和十二平韵律计算基频频率目标值

  第三步计算和之间音程的音分数最．

                   ………………………(1)

  或计算/频率比查附表2《音分与频率比关系表》，可得到精确到l音分的音高误差．

6.1.2.2  电测法

    在产品标准规定的测试点．连接音分仪或频率汁，电子琴正常按键发音，调节电子琴校音电位器（假如有的话）使A₄=440Hz电子琴依次按键，由音分仪直接读数，或由频率计按6.1.2.1.b中第一步，第二步、第三步所得的数据计算，

    注同6.1.2.1中注①，②．

6.2  相邻音高误差

6.2.1  特性解释

    电子琴中两相邻键的音穗关系偏离I00音分的误差，叫相邻音高误差．用音分表示．

6.2.2  测量方法

    同6.1.2中声测法或电测法所述，用音准仪或频率计测定和计算：

6.2.2.1  用音分仪分别测量二个相邻的音高误差为．则相邻键音高误差，

6.2.2.2  用频率计分别测量二个音的基频分别为．按下式计算： 

          ………………………(2)

              

    二相邻音为半音音程，则= 100音分

                 则相邻键音高误差   ……………………(3)

6.3  音高稳定度

6.3.1  特性解释

    电子琴连续工作（至少有一个键工作）到规定时间后的音高误差和相邻键音高误差．

6.3.2测量方法

    连续工作2h后．再按6.1.2测量备音的音高误差和相邻键音高误差（不能调校音电位器）．

6.4  调音范围

6.4.1  特性解释

      调节电子琴的校音电位器，使音符基频在可调范围，用音分表示．

614.2  测量方法

     a． 按6.1.2条测量方法调节校音电位器，使A4音符合标准音高的要求（在音分仪上同A₄440Hz音对准，在频率上记为440Hz。）

     b．将较音电位器先后调到最大增量和最大减量位置分别按6.1.2测量A₄音的音高误差为和，则较音电位器可调范围为～。

6.5  乐音最大声压级

6.5.1  特性解释

电子琴压下键发音时所能达到的最大声压级，是额定条件（4.5条），某音色下各琴键

时，在自由声场规定距离上声压级的有效值。乐音最大声压级对每种音色，每个键得到一个测量值。

 

图3  乐音声压级和噪声声级测量方框图

6.5.2       测量方法

a.     按图3配置测量系统

b.     电子琴置于条件下4.5条），在自由声场内测量距离满足4.4条。

c.     在某音色下，依次压下各琴键，测量其声压有效值，表选择：“快”时间计权，有效值。

d.     在其他音色重复以上测量。

注：①对没有明显的音头的稳态连续信号的音色，直接读表头偏转，对没有明显的音头的及非稳态信号用标头“最大保持” 功能来读数，一般常用风琴“音色”来表征。

②测量音色可以由有关标准规定或由厂方规定，一般取基频范围较宽的风琴音色。

6.6               音符声压级响应曲线

6.6.1       特性解释

电子琴每个琴键演奏乐音时，在规定条件下测得声压级为纵坐标，以琴键音色名由低到高排列为横坐标，画的关系曲线。

6.6.2       测量方法

a.     按图3配置测量系统。

b.     电子琴置于正常工作条件下（调节音量电位器，在某音色下，A₄键的声压级小于其最大声压级10dB），在自由声场内测量距离满足4.4条。

c.      音量电位器不变，逐个读每个琴键的音符发音声压级并用图表示。

6.7              噪声声级

6.7.1  特性解释

    电手琴在额定条件下．在自由声场规定距离上由电子琴产生噪声的A计权声级值，

6.7.2  测量方法

    a．按图3配置仪器．

    b．电子琴置于额定条件，在自由场条件下测置距离满足4.4要求．

    c．环境噪声，满足4.3.2要求，或小于实测值至少10dB．

    d．测量放大器频率计权置于A．时间计权置于慢挡，读得A计权噪声级．

6.8  音色频谱

6.8.1  特性解释

  一乐音的基音及其谐音的幅值，表示为频率函数的图形．

6.8.2测量方法

 

a．按图4配置测量系统．

    b．电子琴置于正常工作条件-在自由场空间内，测试距离满足4.4要求．

    c．示波器观察波形正常，，用等带宽频谱分析仪测其频谱，当采用实时FFT分析仪时，可对乐音信号先采样（2～3个周期以上）．再转换成频域的方法进行，如可能建议采用海宁窗函数，细化等功能分析到10次谐波以上，并尽量提高其分辨力．

6.9  放大器的失真限制输出电压和功率

6.9.1  特性解释

    a．额定负载的失真限制输出电压（额定输出电压）．

    接上产品标准规定的额定负载阻抗后，在输出端测得的产生额定总谐波失真时（一般取1%）的电压．

    b．额定负载的失真限制输出功率（额定输出功率）：

                       

    —额定负载的失真限制输出功率；

    一额定负载的失真限翩输出电压：

    —额定负载阻抗．

  c．实际负载的失真限制输出电压（实际输出电压）．

  接上实际使用的扬声器为负载时（即为实际复阻抗负载）．在输出端测得的．产生规定总谐波失真时（一般取1%）的电压．

  注：①如果上述特性随频率变化很大（如频响不是平坦的）．则不可能给出优选频率．如只规定某一频率上的特性，建议该频率选440HZ.

     ②实际负载衄抗，即实际使用的扬声嚣阻抗，它是复数阻抗．

     ③这些特性如不致于提淆的话．可省去“失真限制”一词．

6.9.2测量方法

 

 圈5放大器失真限制输出电压测量装置

    a．如图5配置测量仪器．

    b．按要求分别接上额定负载或实际扬声器的复数负载．

    c．电子琴置于额定工作条件下，按产品标准规定输入正弦电压．

    d．调节信号源电压．由示波器观察波形，并由失真仪测量失真，当失真达到规定值时由测盘放大器读出电压的有救值．

    e．每次测量只能在一个声道，一个频率，在负载上进行．所以必须说明测量的声道、频率。负载和额定总谐波失真．

6.10  放大器噪声输出电压

6.10.1  特性解释

    电子琴在额定条件下．在放大器实际负载上测得的A计权噪声电压有效值．

6.10.2  测量方法

    电子琴置于额定条件下，在放大器实际负载=端直接用测量放大器测量其A计权电压有效值，时间计权取慢挡，

    注：① 多路放大器逐个测量．

        ②多个扬声器并联或串联在一路放大器后．应视为一个总负载．

6.11  放大器信噪比

6.11.1  特性解释．

    电子琴置于额定条件下，在放大器实际负载二端测得的失真限制输出正弦电压同噪声压之比，用分贝表示。

6.11.2  测量方法

  在实际负载情况下，按6.9.2测得的失真限制输出正弦电压与按6.10.2测得的噪声电压之比，用分贝表示．

  注：由于失真限制输出正弦电压在许多情况下对不同频率和不同声道并不相同．因此习惯用唯一值表征信噪比概念的理解带来困难，如GB 9001第23.1.2条注中指出的．用“噪声输出电压代替信噪比．可以避免由此而引起的理解上的困难”．

6.12放大器频晌

  

图6放大器频响测量装置

6.12.1  特性解释

    电子琴放大器在实际负载上输出电压与输入源电动势的比值是频率的函数，将该值随频率的变化表示为相对于参考频率上的比值变化的分贝数．

6.12.2  测量方法

    a． 按图6配置仪器,电子琴置于正常工作条件，信号源同制造厂规定的放大器输入端相连，馈以参考频率的正弦信号．

    b．测量放大器在实际负载上输出电压 ．

    c．保持信号源电动势不变．连续扫频或步进地在测量频率范围内改变信号源频率，测量(记录）每个频率处输出电压

    d．同．比值的分贝数为：表示为以频率为函数的曲线．

    注：①正常工作条件：（4.6条）．在参考频率处调节（见3.6.4条）．

        ②也可以在制造厂规定的其他条件下测量，如在参考频率处，按实际扬声器标称抗和放大器设计功率的l／4计算的输出电压时的输人电压恒定下测量。

6.13  放大器总谐波失真

6.13.1  放大器额定总谐波失真

    特性解释

    由制造厂或有关标准规定的放大器的总谐波失真允许值，

    注：①一般取放大器蕊定总谐波失真为1%．

        ②放大嚣额定总谐波失真作为限定值，可确定放大器的其他特性，如放大器失真输出电压

    （6.9条）即失真为瓴定总谐波失真（如1%）时的输出电压．

6.13.2  放大器正常工作条件下的总谐波失真

6.13.2.1  特性解释

     在参考频率处调电子琴与正常工作条件（4.6.b），保持输入恒定的道的各频率输出信号总谐波失真。

6.13.2.2        测量方法

a．    按图5配置仪器,信号源与产生标准规定的放大器相连，馈以参考频率的正弦信号，调节电子琴音量电位器是电子琴处于正常工作条件下（4.6.b）。

b．    由谐波失真仪测量各争先频率总谐波失真。

6.13.3              放大器规定输出功率的总谐波失真

6.13.3.1        特性解释

    电子琴在额定工作条件下（4.5条）下调节输入正弦信号，是在实际扬声器负载上电压为按扬声器标称阻抗计算规定是放大器输出的信号失真。

注：规定功率由厂方规定或与有关标准规定。

6.13.3.2        测量方法

a.     按图5配置仪器,信号源与产生标准规定的放大器相连，馈以参考频率的正弦信号，电子琴置于额定工作条件下。

b.     扬声器标称阻抗模,制造厂或与有关标准规定放大器输出功率为W（瓦），则扬声器二端电压应为：

(伏)

c.     在测试频率出调试信号大小，使扬声器两端电压为：V（伏）。

d.     用谐波失真仪测量总谐波失真。

e.     在个测试频率重复上述测量。

注：谐波失真仪可以是手动或自动点测，也可以扫频记录经分贝换算。

6.14                     放声系统（放大器和扬声器）频率响应

6.14.1       特性解释

放大器输入电压保持恒定时，扬声器输出电压随频率变化的关系曲线，用分贝表示。

6.14.2  测量方法

 

图7  放声系统测量仪配置图

a.     按图7配置仪器.

b.     电子琴置于自由声场空间内测量条件满足4.4条。

c.     电子琴置于额定工作条件下（4.5条），信号源通产品规定的放大器输出端连接，馈以正弦信号，频率置于参考频率处（见6.14.2条注1）。

d.     调节输出信号大小，使输出正弦信号的有效声压级比4.4条规定的声压级小10dB。

e.     保持信号源电动势不变在测量频率范围内连续扫频或步进的改变信号源频率，测量每个频率出声压级SPL(fi).

f.     SPL(fi)表示为频率函数曲线（记录成曲线）。

注：①当参考频率的响应在显著峰、谷处或频率范围以外时，因该用平坦响应处的频率。

    ②测量条件也可在参考频率出的输入扬声器电压为规定功率的 时的输入电压条件下进行。

6.14              放声系统总谐波失真

6.14.1       特性解释

电子琴在自由条件下，放大器输入端馈以正弦信号，在规定距离高处产生规定声压级条件，测得总谐波失真值。

总谐波失真值（系统）为：

                  ……………………(4)

或

                       ……………………(5)    

—总谐波失真系数；

—基波声压；

—二次谐波声压；

—三次谐波声压；

。。。。

—n次谐波声压；

6.14.2       测量方法

a.     按图8配置仪器.

b.     电子琴置于自由声场空间内测量条件满足4.4条。

c.     电子琴置于额定工作条件下（4.5条），调节信号源输入正弦电压，使扬声器在规定距离上测得声压值为规定值。

d.     由谐波失真仪点测，手动或自动读数，或由电频记录仪在恒生压级下，记录其总谐波失真。

注： 声压级规定值（dB）s，既有有关系标准规定的电子琴乐音最大声压级（6.5条）的最低要求（最小限值）分贝数，换算为同峰值的正弦信号或有效值分贝数，取电子琴典型音色为风琴，其峰值因子取为9 dB（）。则（dB）s=（dB）m+9-3=（dB）m+6dB.当去便携电子琴和落地电子琴（dB）m分别为74dB、90dB则分别为80dB、96dB、即74dB、90dB风琴音色波形失真等于80dB和96dB正弦信号失真。

6.15              音源音色频谱

6.15.1       特性解释

电子琴音源音色电路产生的源信号频谱，即尚没有受放大器和扬声器是真的影响的频谱。

6.15.2       测量方法

 

a.     电子琴至额定条件下。

b.     按图8配置测量仪器，窄带频谱分析仪（一般用FFT频谱分析仪）接入由制造厂规定的音源信号输出点。

c.     测量方法同6.8.2.c条。

 

 

 

表1  参数分类表
	A	B
（1）音高误差 （2）相邻音高误差 （3）音高稳定度 （4）调音范围 （5）乐音最大声压级 （6）音符声压级响应曲线 （7）噪声声级 （8）音色频谱 （9）放大器额定输出电压（失真限制） （10）放大器额定输出功率（失真限制） （11）放大器实际输出电压（失真限制） （12）放大器噪声输出电压 （13）放大器信噪比 （14）放大器频响 （15）放大器总谐波失真 （16）放声系统频响 （17）放声系统总谐波失真 （18）音源音色频谱	√ √ √ √ √   √	√   √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √

A：厂房在使用手册，产品说明书中必须给出的数据。

B：设计补充数据。

附表1等程音阶的音名频率表

 

附表2  音分同频率比关系（0～20音分）
-	音分	+
100000 0.99942 0.99885 0.99827 0.99769 0.99712 0.99654 0.99596 0.99539 0.99481 0.99424 0.99367 0.99309 0.99252 0.99195 0.99137 0.99080 0.99023 0.98966 0.98908 0.98851	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20	1.00000 1.00058. 1.00116 1.00173 1.00231 1.00289 1.00347 1.00405 1.00463 1.00521 1.00579 1.00637 1.00696 1.00754 1.00812 1.00870 1.00929 1.00987 1.01045 1.01104 1.01162

1270