Акустические измерения. Измеряем АЧХ подручными средствами / Хабр

Я купил bluetooth-наушники Motorola Pulse Escape. Звучание в целом понравилось, но остался непонятен один момент. Согласно инструкции, в них имеется переключение эквалайзера. Предположительно, наушники имеют несколько вшитых настроек, которые переключаются по кругу. К сожалению, я не смог определить на слух, какие там настройки и сколько их, и решил выяснить это при помощи измерений.

Итак, мы хотим измерить амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) наушников — это график, который показывает, какие частоты воспроизводятся громче, а какие — тише. Оказывается, такие измерения можно произвести «на коленке», без специальной аппаратуры.

Нам понадобится компьютер с Windows (я использовал ноутбук), микрофон, а также источник звука — какой-нибудь плеер с bluetooth (я взял смартфон). Ну и сами наушники, конечно.

(Под катом — много картинок).

Вот такой микрофон у меня нашёлся среди старых гаджетов. Микрофон копеечный, для разговоров, не предназначенный ни для записи музыки, ни тем более не для измерений.
Конечно, такой микрофон имеет свою АЧХ (и, забегая вперёд, диаграмму направленности), поэтому сильно исказит результаты измерений, но для поставленной задачи подойдёт, потому что нас интересуют не столько абсолютные характеристики наушников, сколько то, как они изменяются при переключении эквалайзера.

У ноутбука имелся всего один комбинированный аудиоразъём. Подключаем туда наш микрофон:

Windows спрашивает, что за прибор мы подключили. Отвечаем, что это микрофон:

Windows — немецкий, извините. Я ведь обещал использовать подручные материалы.

Тем самым единственный аудиоразъём оказывается занятым, поэтому и нужен дополнительный источник звука. Скачиваем на смартфон специальный тестовый аудиосигнал — так называемый розовый шум. Розовый шум — это звук, содержащий весь спектр частот, причём равной мощности по всему диапазону. (Не путайте его с белым шумом! У белого шума другое распределение мощности, поэтому его нельзя использовать для измерений, это грозит повреждением динамиков).

Настраиваем уровень чувствительности микрофона. Нажимаем правую кнопку мыши на значке громкоговорителя в Windows и выбираем регулировку устройств записи:

Находим наш микрофон (у меня он получил название Jack Mic):
Выбираем его в качестве устройства записи (птичка в зелёном кружочке). Выставляем ему уровень чувствительности поближе к максимуму:
Microphone Boost (если есть) убираем! Это автоматическая подстройка чувствительности. Для голоса — хорошо, а при измерениях будет только мешать.

Устанавливаем на ноутбук измерительную программу. Я люблю TrueRTA за возможность видеть сразу много графиков на одном экране. (RTA — по-английски АЧХ). В бесплатной демо-версии программа измеряет АЧХ с шагом в октаву (то есть соседние точки измерения отличаются по частоте в 2 раза). Это, конечно, очень грубо, но для наших целей сойдёт.

При помощи скотча закрепляем микрофон около края стола, так чтобы его можно было накрыть наушником:

Важно зафиксировать микрофон, чтобы не сдвинулся в процессе измерений. Подсоединяем наушники проводом к смартфону и кладём одним наушником поверх микрофона, так чтобы плотно закрыть его сверху — примерно так наушник охватывает человеческое ухо:
Второй наушник свободно висит под столом, из него мы будем слышать включённый тестовый сигнал. Убеждаемся, что наушники лежат стабильно, их тоже нельзя сдвигать в процессе измерений. Можно начинать.
Запускаем программу TrueRTA и видим:
Основная часть окна — поле для графиков. Слева от него находятся кнопки генератора сигналов, он нам не понадобится, потому что у нас внешний источник сигнала, смартфон. Справа — настройки графиков и измерений. Сверху — ещё кое-какие настройки и управление. Ставим белый цвет поля, чтобы лучше видеть графики (меню View → Background Color → White).

Выставляем границу измерений 20 Hz и количество измерений, скажем, 100. Программа будет автоматически делать указанное количество измерений подряд и усреднять результат, для шумового сигнала это необходимо. Выключаем отображение столбчатых диаграмм, пусть вместо них рисуются графики (кнопка сверху с изображением столбиков, отмечена на следующем скриншоте).

Сделав настройки, производим первое измерение — это будет измерение тишины. Закрываем окна и двери, просим детей помолчать и нажимаем Go:

Если всё сделано правильно, в поле начнёт вырисовываться график. Подождём, пока он стабилизируется (перестанет «плясать» туда-сюда) и нажмём Stop:

Видим, что «громкость тишины» (фоновых шумов) не превышает -40dBu, и выставляем (регулятор dB Bottom в правой части окна) нижнюю границу отображения в -40dBu, чтобы убрать фоновый шум с экрана и покрупнее видеть график интересующего нас сигнала.

Теперь будем измерять настоящий тестовый сигнал. Включаем плеер на смартфоне, начав с малой громкости.

Запускаем измерение в TrueRTA кнопкой Go и постепенно прибавляем громкость на смартфоне. Из свободного наушника начинает доноситься шипящий шум, а на экране возникает график. Добавляем громкость, пока график не достигнет по высоте примерно -10…0dBu:

Дождавшись стабилизации графика, останавливаем измерение кнопкой Stop в программе. Плеер тоже пока останавливаем. Итак, что мы видим на графике? Неплохие басы (кроме самых глубоких), некоторый спад к средним частотам и резкий спад к верхним частотам. Напоминаю, что это не настоящая АЧХ наушников, свой вклад вносит микрофон.

Этот график мы возьмем в качестве эталонного. Наушники получали сигнал по проводу, в этом режиме они работают как пассивные динамики без всяких эквалайзеров, их кнопки не действуют. Занесём график в память номер 1 (через меню View → Save to Memory → Save to Memory 1 или нажав Alt+1). В ячейках памяти можно сохранять графики, а кнопками Mem1..Mem20 в верхней части окна включать или отключать показ этих графиков на экране.

Теперь отсоединяем провод (как от наушников, так и от смартфона) и подключаем наушники к смартфону по bluetooth, стараясь не сдвинуть их на столе.

Снова включаем плеер, запускаем измерение кнопкой Go и, регулируя громкость на смартфоне, приводим новый график по уровню к эталонному. Эталонный график изображён зелёным, а новый — синим:
Останавливаем измерение (плеер можно не выключать, если не раздражает шипение из свободного наушника) и радуемся, что по bluetooth наушники выдают такую же АЧХ, как по проводу. Заносим график в память номер 2 (Alt+2), чтоб не ушёл с экрана.

Теперь переключаем эквалайзер кнопками наушников. Наушники рапортуют бодрым женским голосом «EQ changed». Включаем измерение и, дождавшись стабилизации графика, видим:

Хм. Кое-где есть отличия в 1 децибел, но это как-то несерьёзно. Скорее похоже на погрешности измерений. Заносим и этот график в память, переключаем эквалайзер ещё раз и после измерения видим ещё один график (если очень хорошо присмотреться):
Ну, вы уже поняли. Сколько я ни переключал эквалайзер на наушниках, никаких изменений это не давало!

На этом, в принципе, можно заканчивать работу и делать вывод: у этих наушников работающего эквалайзера нет. (Теперь понятно, почему его не получалось услышать).

Однако тот факт, что мы не увидели никаких изменений в результатах, огорчает и даже вызывает сомнения в правильности методики. Может, мы измеряли что-то не то?

Чтобы убедиться, что мы измеряли АЧХ, а не погоду на Луне, давайте покрутим эквалайзер в другом месте. У нас же есть плеер в смартфоне! Воспользуемся его эквалайзером:

И вот результат измерений:
Вот это другое дело! Новый график заметно отличается от старых. Занесём его тоже в память (у меня получился номер памяти 6) и найдём разность между новым графиком и эталонным, TrueRTA это умеет (меню Utilities → Difference):
Вычитаем из графика номер 6 график номер 1 и помещаем результат в память номер 12. Убираем остальные графики с экрана кнопочками Mem1, Mem2 и т. д., оставляем только Mem12:
Не правда ли, эта кривая приблизительно напоминает то, что обещал эквалайзер?

Выключаем эквалайзер, с ним всё понятно. А ещё я говорил вначале, что нельзя двигать наушники и микрофон между измерениями. А что будет, если сдвинуть на сантиметр?

Смотрите-ка, от сдвига график слегка изменился: басов поубавилось, верхов добавилось. Это говорит, скорее всего, о том, что у микрофона различная чувствительность к звукам, приходящим с разных направлений (это называется диаграммой направленности).

Проведём ещё один опыт: измерим звучание, отказавшись от закрытого объёма. Вот так:

И что же мы видим в результате?
Куда пропали все наши басы? Вы их случайно не видели?

WinAIRR

Программное обеспечение для измерения амплитудно-частотных характеристик звуковых систем.

Благодаря использованию специальных тестовых сигналов и их особой обработке приложение WinAIRR (Anechoic and In-Room Response for Windows) позволяет смоделировать акустически заглушённую безэховую камеру, результаты измерений в которой не нарушены посторонними шумами, паразитными отражениями и резонансами. Частоты дискретизации составляют от 8 до 44 кГц, длина сэмплов лежит в пределах от 64 до 16384 байт. В качестве опытных сигналов используются «дельта-импульсы» – импульсы малой длительности. В процессе обработки на принятой фонограмме выделяется временное окно свободное от отражений, а затем программа посредством быстрого преобразования Фурье переводит сигнал из временной области в частотную. Кроме короткого импульса, имеющего малую мощность и требующего полной тишины, в качестве тестовых сигналов приложение позволяет применять последовательность максимальной длины (или MLS). В этом режиме WinAIRR рассчитывает функцию авто/взаимной корреляции, представляющую собой дельта-импульс, и уже ее применяет в быстром преобразовании Адамара для трансформации из временной области в частотную. Данный метод позволяет «отстроиться» от посторонних акустических шумов, а не только от отражений испытательных сигналов. Кроме импульсных и MLS-сигналов программное обеспечение генерирует скользящий тон, белый шум, синусоиду, меандр. При использовании внешнего источника тестовых сигналов или при записи спектра шумов генерацию можно отключить.

Результаты измерений могут быть представлены как стандартные спектрограммы, как гистограммы или как «водопады» (Cumulative Spectral Decay) – трехмерные диаграммы с разверткой по временной оси заданного числа спектрограмм. Режим «Waterfall» удобен для нахождения резонансов и паразитных призвуков разного рода. Для увеличения точности измерений предусмотрена возможность компенсации собственной амплитудно-частотной характеристики установленной звуковой платы. Для этого необходимо провести процедуру измерения, объединив вход звуковой карты с выходом. Полученная АЧХ сохраняется на диске компьютера, а во всех последующих акустических измерениях вводится корректировка.

Программа WinAIRR контролирует стабильность сигналов за счет измерения задержек системы между отправкой сэмплов на звуковую карту и непосредственной обработкой их аудио картой. Для сглаживания случайных колебаний оцифрованных сэмплов полученные образцы можно усреднять по времени или частоте. Кроме того WinAIRR сохраняет и загружает настройки микшера. Приложение совместимо с программой для расчета параметров фильтров CALSOD.

Программа WinAIRR была написана в 1999 году изобретателем и ученым Джулианом Банном (Julian J. Bunn), проживающим в Калифорнии, США. Он имеет степень доктора философии по физике частиц, работал в ЦЕРН (в Женеве) и институте Макса Планка (в Мюнхене). В настоящее время является научным сотрудником Центра Вычислительных Исследований Калифорнийского Технологического Института.

Программа WinAIRR является платной. Все вопросы, связанные с приобретением данного продукта, обсуждаются непосредственно с автором по адресу [email protected]. Несколько лет назад в сети существовала демонстрационная версия, рассчитанная на пятьдесят запусков и использующая фиксированную частоту дискретизации (22050 выборок в секунду). Однако сейчас найти ее крайне трудно.

Данное ПО поддерживает только английский язык, русификатора к нему нет.

Приложение WinAIRR работает на ПК с операционной системой Windows (95, 98, NT, 2000 и XP), оснащенных звуковой картой, способной функционировать в полнодуплексном режиме. Помимо этого необходим микрофон и тестовая аудиосистема. WinAIRR не профессиональная программа. Получаемые результаты зависят главным образом от качества звуковой карты. Тем не менее, результаты могут быть значительно улучшены путем настройки параметров приложения.

Распространение программы: платная.

Официальный сайт WinAIRR: http://pcbunn.cacr.caltech.edu/jjb/WinAIRR/WinAIRR.html

Обсуждение программы на форуме

Real Time Audio Analyzer

Приложение, созданное с целью проведения расширенного спектрального анализа звуковых сигналов.

Малоизвестная программа Real Time Audio Analyzer представляет собой довольно скромный спектроанализатор с октавными полосами, предназначенный для нахождения проблематичных частотных зон и их дальнейшего исправления с помощью эквалайзера. Помимо этого программа имеет встроенный анализатор частот FFT (быстрого преобразования Фурье) и осциллограф, функционирующий в режиме реального времени.

Анализатор октавных частотных интервалов способен показывать спектры на 1/12, 1/6, 1/3 и полнооктавном разрешении. Горизонтальная ось представляет частоту, а вертикальная – амплитуду соответствующей частоты, измеряемую в децибелах. Для ликвидации случайных ошибок и улучшения качественной составляющей спектрального анализа предлагается на выбор несколько вариантов усреднения. Анализ звуковых сигналов может протекать в режиме длительного наблюдения без сохранения данных или с их записью в отдельный блок. В дальнейшем возможно сравнение текущих результатов с ранее сохраненными в памяти образцами. Спектроанализатор (ровно, как и осциллограф) имеет широкие возможности по масштабированию и оптимизации нужного участка графика.

Преобразование Фурье показывает спектр аудиосигнала в линейном масштабе, что может быть полезно при исследовании гармоник. В настройках возможен выбор одного из четырех видов окна FFT Analysis: Restangular, Hann, Hamming и Blackmann-Harris. Каждый из них отображает график несколько иначе, последний, например, работает с более широкими полосами частот, поэтому результаты не очень точны, но менее шумны, позволяя легче найти основные частотные составляющие.

Внешний вид приложения представляет собой всего лишь одно рабочее окно, на котором присутствуют все необходимые пользователю вкладки и настройки. В программе имеются опции изменения масштаба осей (максимальные и минимальные значение, шаг), а также цветовой гаммы панели интерфейса. Присутствует возможность выбора источника входного сигнала – линейный вход, внутренний или внешний микрофон. Особо представлен вход «стерео-микс», подключенный к выходу звуковой платы и позволяющий проанализировать исходящие с компьютера сигналы. Вызов микшера Windows дает возможность отрегулировать уровень входного сигнала.

Программа Real Time Audio Analyzer была написана группой немецких программистов под руководством Timo Esser. Данная команда (носящая название Esser Audio), занимается разработкой сравнительно простых приложений в области исследования звука и модуляции аудиосигналов. Им принадлежит авторство над такими продуктами как PWM Generator, Strobe Sync Pulse Generator Loudspeaker Test, Filtered Noise Generator и многие другие.

Данное программное обеспечение платное, стоимость лицензионного ключа, активирующего демонстрационную версию, составляет 20 евро. Последнее обновление софта (версии 1.2) вышло в 2010 году. Предложенная программа активна только тридцать суток, ряд важных функций в ней отключен.

Разработчики также предлагают опробовать новейшую версию данного приложения, находящуюся в настоящий момент на стадии открытого альфа-тестирования. В программу по просьбам пользователей был добавлен целый набор новых возможностей.

Интерфейс программы Real Time Audio Analyzer, а также документация к ней предложена на английском и немецком языках. Русскоязычной версии нет.

Программное обеспечение работает во всех 32- и 64-битных операционных системах Microsoft Windows, включая самые последние: 7 и 8. Для работы также необходима 16-битная звуковая карта.

Распространение программы: платная — 20 евро. Есть демоверсия с 30-дневным ограничением.

Официальный сайт Real Time Audio Analyzer: http://www.esseraudio.com

Скачать Real Time Audio Analyzer

Обсуждение программы на форуме

Виртуальные радиоизмерения — программы для радиоэлектронных измерений

Разрядка Аккумулятора с подсчётом А/ч  и фиксацией процесса с подчей тока разряда на Лин вход Звуковой карты и подачей сигнала отключения нагрузки от Вых звуковой карты (наушники).Питание схемы от USB — разъёма.Реально испытовалось на аккумуляторах Uакк = 1 В — 12 В.Программа писалась в LabViev 8.0 и испытывалась в ОС Win…подробнее Кол-во закачек: 2016 freeware|russian Размер: 8929 Кб	Программа «Электрик» предназначена в помощь электрикам всех уровней в быту.Программа позволяет:-рассчитать мощность по 1ф/3ф току.-рассчитать ток по 1ф/3ф мощности.-по заданному сечению и условиям прокладки определить ток и мощность.-рассчитать потери напряжения-рассчитать токи короткого замыкания-определить диаметр провода,…подробнее Кол-во закачек: 12279 freeware|russian Размер: 6713 Кб
программа для изучения знаков и наращивания скорости приема на слух сигналов телеграфной азбукиподробнее Кол-во закачек: 17147 freeware|russian Размер: 481 Кб	Измеритель емкости с использованием звуковой карты оценивает электрическую емкость в пределах от нескольких пикофарад до 1 микрофарады.подробнее Кол-во закачек: 25617 freeware|russian Размер: 215 Кб
Виртуальный осциллограф «РадиоМастер» позволяет исследовать переменные напряженияв звуковом диапазоне частот : от 30..50 Гц до 10..20 Кгц по двум каналам с амплитудой от нескольких милливольт до десятков вольт.подробнее Кол-во закачек: 55221 freeware|russian Размер: 241 Кб	Виртуальный звуковой генератор «РадиоМастер» позволяет получать электрические сигналы в звуковом диапазоне частот: от 20 Гц до 15..20 Кгц с амплитудой напряжения от нуля примерно до 1 вольта.подробнее Кол-во закачек: 29983 freeware|russian Размер: 206 Кб
LPT 3D HARD ANALYZER 1.6. Программа для снятия цифровых сигналов и протоколов работающих устройств, использующих или подключенных к параллельному (LPT 1-3) порту компьютера в ОС Windows 95/98/ME/NT/2000/XP.подробнее Кол-во закачек: 13434 freeware|russian Размер: 367 Кб	Программа Tune V0.05 — настройщик музыкальных инструментовподробнее Кол-во закачек: 7616 freeware|russian Размер: 248 Кб
Новая версия программы. Данная программа превращает PC в полнофункциональный генератор для испытания или демонстрации, настройки звука, обучения, для создания звуковых эффектов и других целейподробнее Кол-во закачек: 11537 shareware|english Размер: 725 Кб	Неплохой инструмент для радиолюбителя — анализатор спектра, ГНЧ, осциллограф. Программа работает с звуковой картой вашего компьютераподробнее Кол-во закачек: 15032 shareware|english Размер: 319 Кб

Измерение АЧХ с помощью микрофона.

У многих, кто занимается автозвуком, при построении своей системы возникает множество вопросов, особенно у новичков (я тоже к ним отношусь). На слух настроить систему очень сложно. На некоторые вопросы поможет ответить снятая АЧХ в салоне авто. Многие думают, что без дорогостоящего оборудования и определённых знаний АЧХ снять невозможно, но это не так. У кого есть желание и немного терпения может сделать это своими силами почти без затрат. Только точность измерения будет зависеть от линейности микрофона, но это ничто по сравнению с тем, что творится в нашем авто (АЧХ салона).

С помощью замеров мы сможем:
1. Определить АЧХ динамиков, пищалок и прочее.
2. Согласовать по уровню правый и левый канал.
3. Согласовать по частоте и сфазировать динамики, например мидбас с сабвуфером (среднечастотниками).
4. Определить оптимальное размещение сабвуфера и порта в багажнике, хоть для SPL, хоть для SQ, кстати, от направления многое зависит.
5. Настроить эквалайзер ГУ для устранения пиков и провалов.
6. Определить передаточную функцию салона своего автомобиля для дальнейшего проектирования, например, сабвуфера в спикершопе, думаю, и боевой короб можно прикинуть.
7. И многое другое, на что фантазии хватит, я даже АЧХ наушников замерял.
Внимание! Все замеренные величины предложенным мною способом будут относительными — т.е. +-10dB например, а не абсолютными, например — максимум SPL сабвуфера 140dB. Фазу сигнала я мерить ещё не научился к сожалению.

Нам понадобятся:
1. Ноутбук или компьютер со встроенной звуковой картой.
2. Разъём Jack 3,5( как в наушниках), кабель jack 3,5 — 2 RCA, если подключать к усилителю, либо jack 3,5 — jack 3,5 — для подключения к ГУ через AUX.
3. Измерительный микрофон. Нам нужен капсюль конденсаторного типа, такие микрофоны обычно ставят в телефонные гарнитуры. Они имеют сравнительно гладкую АЧХ и широкий диапазон измеряемых частот.Электретный микрофон
4. Батарея 9в типа «Крона», тумблер или выключатель.
5. Провод экранированный, хватит 2 метра.
6. Программа ARTA.
7. Неполярный конденсатор 1-10мкф, резистор 10-15кОм, паяльник.

Сам конденсатор без внешнего питания работать не будет. Нужно спаять вот такую нехитрую схему, минус микрофона находится на корпусе, не перепутайте! Конденсатор крохотный, его лучше поместить в трубку, например ПВХ. Батарея должна находиться близко к микрофону для избежания наводок.

Схема подключения микрофона. Микрофон в сборе.

Подключаем микрофон, шнурок одной стороной к ноутбуку, другой к усилителю(ям) автомобиля.

Обычный ноутбук со встроенной звуковой картой.Располагаем микрофон в зоне прослушивания музыки, обычно на уровне головы водителя:

Либо расположим согласно статье журнала «Автозвук»: Способ замера
Принцип действия программы ARTA заключается в генерации сигнала (розовый шум, свип тон и пр.) и одновременном анализе этого сигнала, полученного через микрофон и не только. Я пользуюсь демо-версией программы, она меня вполне устраивает:
Офф. сайт программы ARTA
В ссылке есть файл демоверсии и манул на английском. Можете изучить, но я расскажу, как быстро освоить функции, которые нам необходимы. Громкость динамиков и микрофона на компьютере ставим 30% (потом можно изменять до нужного значения), убираем галочку «усиление микрофона», если такая имеется. Запускаем программу, жмем «Continue in Demo mode», откроется окно программы.

Первый запуск.1. Выбираем одноканальный метод измерения. В окне активируем режим «Fr1″(т.е. непрерывное воспроизведение шума и снятие АЧХ в режиме реального времени).
2. Правой кнопкой мыши открываем меню, выбираем тип сглаживания графика.
3. Подгоняем оси для лучшего отображения.
4. Выбираем тип сигнала – розовый шум.
5. Частота дискретизации.
6. Выбираем количество точек измерения ( большее значение – медленнее считает)
7. Типа обработки графика, сглаживание.
8. Настройка микрофона.
9. Тип отображения графика.

Мои настройки.На картинке показаны мои настройки — так удобнее, в вашем случае они могут быть другими. Изменив значение чувствительности микрофона можно вывести график на «0dB» для наглядности.
Измерения АЧХ динамиков проводят в специальных безэховых камерах, но в нашем случае можно замерить на улице вдали от стен, где переотражения будут минимальными.
Для настройки своей системы я согласовал по уровню правый и левый канал:

2 канала.Потом согласовал по частоте мидбас с СЧ-ВЧ и с сабвуфером.(пришлось перекинуть клеммы сабвуфера, так как был в противофазе с мидами)

Согласование по частоте.

но гладкая АЧХ покажется скучной, особенно в дороге, поднимаем НЧ диапазоне:

Поднимаем НЧ.теперь намного лучше.
Для настройки системы полезно почитать статью А.Шихатова: Мастер 12 вольт

АЧХ одного динамика, замеренная разными микрофонами — разница небольшая:

Ради интереса даже АЧХ своих любимых наушников снял:

АЧХ разных наушников, TDK мои любимые, звучат обалденно.
Можете глянуть небольшое видео самого процесса, извините за ошибки и качество:

Данная статья написана для общего понимания процесса, возможно, я допустил ошибки. По замечаниям и предложениям пишите в комментариях. Если сильно сомневаетесь в нелинейности микрофона, то его нелинейность, пусть даже -+3dB ничто, по сравнению с неравномерностью АЧХ салона авто.
Всем успехов в измерениях.

Измерение параметров Тиля — Смола программой AudioTester

РадиоКот >Лаборатория >Радиолюбительские технологии >

Измерение параметров Тиля — Смола программой AudioTester

Здравствуйте, уважаемые господа и товарищи! На Ваш суд предлагаю простейший  вариант определения параметров Тиля-Смолла (параметры Т-С) НЧ динамика с использованием простейшей «коробочки», т.е. схемы подключаемой к звуковой карте компьютера и программы AudioTester, которая проста в использовании и максимально русифицирована. Эта статейка предназначена в первую очередь новичкам в «сабвуферостроении», к которым относится и моя скромная персона.
Поэтому хочу услышать мнение знатоков и экспертов о практической пользе данного метода и заранее прошу прощения за «косяки» и «ляпы».

Для измерения параметров динамика нужен минимум проводов и радиодеталей.

Полученные в результате измерений параметры Т-С позволят рассчитать размеры корпуса  самодельной акустической системы в любой специализированной программе (JBL SpeakerShop, BassBox 6 Pro и пр.).

 

Я живу в сельской местности. Все люблю делать своими руками: ремонт дома, дворовый постройки,  тротуарная плитка и т.п. Семейный бюджет весьма скромный (по городским меркам) , поэтому я не могу себе позволить купить «супер-пупер-мега  HiFi» за несколько тысяч долларов и лежа на диване слушать  музыку , наслаждаясь собственной «крутостью» в окружении  «брендовой» аудиотехники.

Со старых времен накопилась куча динамиков и радиодеталей, что-то было закуплено и лежало «мертвым грузом». Вот и возникла мысль самому собрать акустические системы «для дома, для семьи» с минимальным бюджетом.

Побродив по Интернету, почитав советы знатоков и экспертов, пришел к очевидному выводу, что для расчета конструкции домашней акустической системы нужно знать параметры Тиля-Смолла для конкретного динамика. Как новичок, для начала решил использовать для расчетов программу AudioTester.

Вид акустического оформления и размеры корпуса АС определяются параметрами конкретной низкочастотной головки (параметры Тиля-Смолла).

Исходными данными являются следующие параметры:

резонансная частота Fs;

полная добротность Qts;

эквивалентный объем головки Vas.

Общеизвестно, что для определения параметра Vas существуют два метода:

1. Метод эквивалентного объема. Изготавливается закрытый герметичный ящик известного объема. В передней панели ящика вырезается  круглое отверстие под размер диффузора динамика. Динамик плотно устанавливается на «дырку» сверху, герметизируется и измеряется.

Достоинство: Параметр  Vas измеряется с высокой точностью.

Недостатки: Большая трудоемкость. Для конкретного динамика требуется  ящик, размеры которого зависят от диаметра диффузора. Например, при диаметре 10 см – примерно 6-10 литров, а для 20 сантиметров – уже 15-20 литров. Приходится изготавливать несколько сменных передних панелей с круглыми отверстиями разного диаметра

2. Метод добавочной массы. Это когда динамик вначале измеряется на «свежем воздухе», а потом на его пылезащитный колпачок наклеивается груз массой 20-40 грамм из пластилина в виде «бублика» и его измеряем заново.

Достоинство: самый простой способ, не требуется эталонный ящик.

Недостатки: Параметр  Vas измеряется с малой точностью.

Программа AudioTester позволяет измерить все 3 основных параметра Т-С и несколько дополнительных, причем Vas может быть измерен любым из двух предложенных методов.

Современные производители громкоговорителей (например Visaton) для своих динамиков указывают полный набор параметров Т-С.(рис 11.  в Приложении).

А как быть с китайскими (например SENON) или с советскими низкочастотниками?

У них параметры Т-С или совсем отсутствуют, или могут отличаться от заявленных заводских характеристик (что актуально для старых советских или современных российских громкоговорителей).

Для средне или высокочастотных динамиков может понадобиться частота резонанса этого громкоговорителя для возможного устранения «горба» АЧХ акустической системы.

Во всем этот нам поможет программа AudioTester! Просто, быстро и дешево!

 

 

1. Программа AudioTester и компьютер (ноутбук) с звуковой картой.

2. Резистор сопротивлением 8-10 Ом 1-2 Ватта, измеренный с точностью ± 1%.

3. Экранированный кабель стерео с разьемом «джек» длиной 2-3 метра.

4. Экранированный кабель моно  с «джеком» длиной 3 метра.

5. Двойной медный многожильный провод сечением 2-3 мм²  длина 3-4 метра.

6. Двойной жесткий алюминиевый и медный одножильный провод 1 метр.(подвес).

7. Кусок пластилина массой 20-40 грамм, измеренной с достаточной точностью.

Я использовал программу AudioTester v.2.2 D, которую очень легко скачать с любого радиотехнического сайта.

 

3. Для измерения параметров Т-С собрал простейшую схему из программы.

 

Рис. 1 Схема измерительной «коробочки»

Надо, чтобы ЛЕВЫЙ выход звуковой карты соединялся с ЛЕВЫМ входом «звуковухи»

Громкость на компьютере 90-95% от максимума.

 

Рис. 2. «Коробочка» в корпусе

 

Рис. 3. Пластилиновый бублик масса 20 г ( 4 монеты)

 

 

Рис. 4. Объект измерения – 25ГДН-3-4

 

Рис. 5. Объект измерения – 25ГДН-3-4 в добавочной массой.

 

 

Рис. 6 . Внешний вид программы.

В качестве эталонного я использовал резистор 10 Ом (± 1%).

В качестве добавочной массы – «бублик» из пластилина 20 грамм (± 1 грамм).

Подвес: Жесткий двужильный провод длиной примерно 80-100 см , одним концом закреплял за люстру в центре комнаты , на  другом конце провода загнул жилы в виде крючка и подвешивал динамик за крепежные отверстия , причем ось динамика располагал горизонтально.

 

Рис.7. Объект измерения в подвешенном состоянии.

 

 

Выбираем иконку , нажимает кнопку «Установки» , изменяем параметры:

Устанавливаем «Step count» = 300 (рекомендуется 200-400).

Верхнюю частоту измерений уменьшаем до 200-500 Гц (для НЧ динамика достаточно и меньше время измерения).

«серия сопротив Rs/Ohm»  =  сопротивление эталонного резистора 8-10 Ом.

«объем кабинет Vb/литр» = объем герметичного ящика (литр).

«дополнительна Mms/g» = вес «бублика» из пластилина (г).

«диаметр d/mm» = диаметр диффузора динамика  (мм).

 

 

Рис.8 . Параметры настройки программы

Сохраняем , вешаем динамик за крючки провода, чтобы  его ось смотрела горизонтально и  нажимает Start. Ждем завершения измерения.

 

 

Рис. 9   Результаты измерения динамика без груза

Синяя линия – зависимость сопротивления динамика от частоты, резонанс наступает на частоте 55Гц,  красная линия – фаза сигнала .

Потом налепляем на пылезащитный колпачок динамика пластилиновый бублик , нажимает  чтобы активными стали зеленая и розовая буква и опять нажимаем Start

 

 

Рис.10  . Результаты измерения динамика с грузом.

Зеленая линия – частота резонанса динамика с добавочной массой.

 

 

 Теперь перетаскиваем  мышкой    в  , а   в    по принциму «взял-подтащил-бросил»

Получаем параметры Т-С для этого динамика

 

 

Рис.11  . Результаты расчета параметров Т-С.

 Рассчитанные параметры можно сохранить или распечатать через 

Для повторного измерения очищаем графики и желательно заново закрыть/открыть программу. Измерения желательно повторить несколько раз для каждого динамика.

Для достоверности полученных данных сравнил их с заявленными производителем или с измеренными товарищами в других программах (если интересно – почитайте Заключение). Финиш!

 

Анализ результатов измерения

В заключении приведу конкретные результаты сравнения полученных измерений для различных НЧ динамиков:

1. Буржуйский Visaton WS 17 E/4 , новый,  6,5 дюйма ( 162 см) имеется полный список параметров Т-С от производителя.

2. Советский 25ГДН-3-4, б/у, 5 дюймов (125 см), параметры Т-С взяты из справочника и с https://alex-jet.narod.ru/acoustics/sounddrivers/25GDN-3-4.html ( с разрешения автора!).

3. Китайский SENON DYP1240F, 12 дюймов (30 см.)

Забегая вперед скажу, что в среднем различие результатов составляет 10-25%, а некоторые параметры совпали полностью, значит полученным результатам можно доверять.
Примечание: В Программе Audiotester параметр Qes называется Qel.

1. Сравнение параметров Т-С для динамика Visaton WS 17 E/4.

Параметры , полученные в Audiotester. (Динамик «прогрет» в течении 2 часов – музыкальным сигналом (4 Вт)и 2 часа – синусоидальный сигнал 1 вольт 63 Гц )

 

Parameter     Value        Dexyinaion                            

——————————————————————-

fs           53,3 Hz       free air resonance frequency    

Zmax         15,1 Ohm      impedance at resonant frequency

Rdc           3,9 Ohm      DC-resistance                  

Qms           3,22         mechanical Q of the speaker    

Qel           1,12         electrical Q of the speaker    

Qts           0,83         total Q of the speaker         

Mms          20,0 g        extra mass (pretended)        

Mmd          13,60 g       mass of driver’s cone          

Cms           0,66 mm/N    compliance of driver’s suspension

Vas          16,42 liter   compliance volume of the speaker

 

Данные производителя https://www.visaton.de/en/chassis_zubehoer/tiefton/ws17e_4.html

 

 

Рис. 11 . Параметры Т-С для динамика Visaton WS 17 E/4

Таблица 1. Сравнение параметров для VisatonWS 17 E/4

 

Параметр Т-С	Данные производителя	Данные Audiotester после «прогрева»	Разница
1	2	3	4
Fs	45	53,3	18%
Qms	2,35	3,22	37%
Qes	0,9	1,12	24%
Qts	0,65	0,83	50%
Vas	22	16,42	-33%
Mms	16	13,6	-17%
Cms	нет данных	0,66	не определена

Результат 1. Разница между заводскими и измеренными параметрами средняя, при «прогреве» динамика перед измерением, его параметры изменяются и приближаются к данным производителя. Измеренные самостоятельно параметры Т-С вполне достоверны.

 

2. Измерение и сравнение параметров Т-С для динамика 25ГДН-3-4, который долго эксплуатировался в составе 15АС-220.

Данные 25ГДН-3-4 полученные  в Audiotester. (назовем его «Мой динамик» )

 

Parameter     Value        Dexyinaion                            

——————————————————————-

fs           57,4 Hz       free air resonance frequency    

Zmax         80,6 Ohm      impedance at resonant frequency

Rdc           4,1 Ohm      DC-resistance                  

Qms           5,07         mechanical Q of the speaker    

Qel           0,27         electrical Q of the speaker    

Qts           0,26         total Q of the speaker         

Mms          20,0 g        extra mass (pretended)        

Mmd          10,68 g       mass of driver’s cone          

Cms           0,72 mm/N    compliance of driver’s suspension

Vas           6,29 liter   compliance volume of the speaker

 

 

Для сравнения, используем данные 25ГДН-3-4 измеренные Ефремовым Алексеем (Alex_Jet)

Примечание: для сравнения взят Динамик №1 из таблицы по ссылке.

Таблица 2. Параметры 25ГДН-3-4 от Alex_Jet

Таблица 3. Сравнение параметров для двух 25ГДН-3-4.

 

Параметр Т-С	По советскому справочнику	Данные Alex_Jet (Динамик №1)	Мой динамик	Разница
	2	3	4	5
Fs	55±10	51,5	57,4	11%
Qms	нет данных	8,19	5,07	-30%
Qes	нет данных	0,39	0,27	-30%
Qts	0,5±0,5	0,37	0,26	-30%
Vas	8	6,88	6,29	-9%
Mms	нет данных	10,69	10,68	0
Cms	нет данных	0,86	0,72	-17%

 

Результат 2. Различие по параметрам для моего первого 25ГДН-3-4 —  малое, значит параметры достоверны. 

 

3. Параметры Т-С для динамика SENON DYP1240F диаметром 12 дюймов.

Сравниваю полученные параметры и цифры, которые нашел где-то на просторах Интернета (Форум Вегалаб > Акустика > Акустические системы > Сабвуфер на сеноне автор TDA).

 

Parameter     Value        Dexyinaion                             

——————————————————————-

fs           28,5 Hz       free air resonance frequency    

Zmax         34,8 Ohm      impedance at resonant frequency

Rdc           8,2 Ohm      DC-resistance                   

Qms           3,86         mechanical Q of the speaker    

Qel           1,19         electrical Q of the speaker    

Qts           0,91         total Q of the speaker         

Mms          20,0 g        extra mass (pretended)        

Mmd          90,71 g       mass of driver’s cone          

Cms           0,34 mm/N    compliance of driver’s suspension

Vas          117,86 liter   compliance volume of the speaker

 

Таблица 4. Сравнение параметров для SENON DYP1240F .

Параметр Т-С	Нашел в Интернете	Данные Audiotester	Разница
1	2	3	4
Fs	25	28,5	12%
Qms	3,28	3,86	17%
Qes	1,21	1,19	-2%
Qts	0,88	0,91	3%
Vas	161	117,8	-27%
Mms	~100	90,7	-10%
Cms	нет данных	0,34	нет данных

Результат 3.  китаец SENON DYP1240F показал самое большое совпадение по параметрам.

 

Заключение: Программа AudioTester позволяет с достаточной точностью измерить  параметры Тиля-Смолла для НЧ динамиков, а это значит, что полученные данные можно использовать начинающим «сабвуферостроителям» для создания самодельных сабвуферов и акустических систем. Просто, быстро и дешево!.
Примечание: Эксперты и знающие товарищи рекомендуют использовать добавочную массу в зависимости от диаметра диффузора ( кажется 10 г на каждый дюйм диаметра). Я вначале использовал фиксированную массу 20 грамм для любого динамика, а потом послушался советов и наращивал массу пропорцианально диаметру громкоговорителя, и что важно, параметры Тиля-Смолла изменились и еще более приблизились к «эталонным». Но это — совсем уже другая история.
До свидания.

Все вопросы в Форум.

---

Как вам эта статья?	Заработало ли это устройство у вас?

Методика измерения аудиотрактов звуковых карт

 

В данном документе приводится методика измерения аудиотрактов звуковых карт, используемая в обзорах раздела Мультимедиа на сайте iXBT.com.

Некоторые общие пояснения технических терминов можно найти в нашем FAQ по звуку. Для более глубокого понимания нижеизложенного можно воспользоваться следующими документами: FAQ по цифровому представлению звуковых сигналов, Personal Computer Audio Quality Measurements.

Для количественной оценки технических параметров качества звучания используется программа SpectraLab 4.32.14 (www.soundtechnology.com). Спектрограммы тестов на нелинейные искажения и шумы получаются при подаче на вход эталонного синусоидального сигнала частотой 1 кГц. Тестовый синусоидальный сигнал с амплитудой -3 дБ был получен в wav-редакторе CoolEdit 2000 генератором синусоидального сигнала Generate/Tones.

Для измерений характеристик, получаемых при прохождении сигнала по внешнему пути аудиотракта карты — из линейного выхода в линейный вход (external loopback), был применён шнурок длиной 10 см из раздельно экранированных микрофонных проводов d=6 мм. На его концах были распаяны позолоченные разъемы миниджек производства Тайвань, немного расточенные с торца.

Немного теории

Действие программы SpectraLab основано на FFT (Fast Fourier Transform — быстром преобразовании Фурье). Вспомним формулу прямого преобразования Фурье:

              (1)

где — непрерывная функция на входе, например .

A — амплитуда сигнала, например 1 Vrms, — частота, например 1000 Гц.

На её основе вводится формула дискретного преобразования Фурье:

         (2)

где — дискретные значения непрерывной функции f (i) в точке i, N — количество точек, — частота.

При этом мы можем выбирать как узкий диапазон частот для более точного исследования, так и всю доступную полосу, которая, согласно теореме Котельникова, не может превышать половину частоты дискретизации. Для максимальной производительности выбирают N, являющееся степенью числа 2 (в программах обычно предлагается ряд от 2⁸ до 2¹⁶ ).

Какие методические погрешности мы получаем? Самая большая неприятность — это рассеяние. То есть при подаче синусоиды вместо такой картинки в идеале:

возникает немного другая:

Это «просачивание» сигнала на соседние частоты спектра в английской терминологии носит название leakage. Такова плата за realtime в измерениях, который мы имеем используя FFT. То есть искажению подвергается даже представление идеального файла с чистой синусоидой, что делает невозможным определение по графику истинного значения спектрального распределения шумов на реальном сигнале.

Методы представления результатов FFT (smoothing windows)

Но не всё так плохо. В зависимости от преследуемых целей результаты могут быть представлены в соответствии с одним из методов, указанных в таблице:

Метод представления	Точность передачи по частоте спектра	Точность передачи амплитуды	Уменьшение размытия	Где применяется
Bartlett	Плохо	Плохо	Средне
Blackman	Плохо	Хорошо	Превосходно	Измерение искажений (distortion)
Flattop	Очень плохо	Превосходно	Средне	Точные измерения значений амплитуды
Hamming	Плохо	Плохо	Плохо
Hanning	Плохо	Превосходно	Превосходно	Измерение искажений и шумов
Kaiser	Плохо	Плохо	Очень плохо
Parzen	Плохо	Плохо	Очень плохо
Triangular	Плохо	Плохо	Очень плохо
Uniform (неизменённое представление)	Превосходно	Очень плохо	Очень плохо	Точные измерения значений частоты пиков, анализ импульсов

Из приведённой таблицы видно, что в реальной жизни хватит всего 2-х методов: по Ханингу (Hanning) и обычного представления (Uniform). Принцип действия всех этих методов заключается в подборе такой сложной функции, которая бы дала нам оптимальный вид зависимости амплитуды от частоты.

Режимы работы с программой

Для переключения режимов работы служит меню Mode:

Real Time — измерения в реальном времени, Recorder — запись и обработка файлов, Post Process — постообработка, в которой имеется возможность использования перекрытий (FFT overlap) для более точного измерения.

Перейдём в режим Recorder и откроем тестовый файл — синусоиду с частотой 1 кГц. Нажав клавишу F4 или выбрав пункт меню Option/Settings, попадаем в настройки и устанавливаем необходимые параметры. Следует обратить внимание на частоту обработки. Если она отличается от частоты семплирования, неизбежны значительные нелинейные искажения от передискретизации.

ВНИМАНИЕ! Не рекомендуется использовать входящий в комплект SpectraLAB тестовый файл синусоиды 1 кГц 44100 Гц при измерении характеристик карт в режиме семплинга 48000 Гц.

Averaging Settings — округления по сериям измерений. FFT size — число N из формулы (2). Peak Hold — фиксировать пики — необходимо только для показа «потолка», так как измерения искажений и шумов в этом режиме получаются некорректными. Decimal Ratio — позволяет уменьшить выборку по частоте. Для исключения «пульсаций» АЧХ при максимальном FFT size следует уменьшить значение этого параметра до 32768 (можно предположить следующее: поскольку численное интегрирование очень чувствительно к шагу, деление на 2¹⁶ в формуле (2) значительно ухудшает точность и устойчивость численного метода).

Особенности выбора тестового сигнала

Создадим стандартный синусоидальный сигнал 1 кГц амплитудой 0 dB (амплитуда считается относительно максимального сигнала без перегрузки для 16-битной разрядной сетки). Сигнал для тестов точно под «0» — не очень хороший выбор (исключая рекламные проспекты). Реально на студиях никто не нормализует музыкальный материал таким образом — всегда оставляют некоторый запас «сверху» (headover). Это происходит по разным причинам. И одна из них такова: старший бит несёт информацию о половине амплитуды сигнала, ошибки при считывании CD-DA интерполируются через двойной каскадный код Рида-Соломона, и при нормализованном под «ноль» сигнале щелчки со временем «эксплуатации» будут слышны все чаще и чаще. Для получения более реальных характеристик разумно использовать для измерений файл с уровнем -3dB.

Ровный спектр шумов при почти полном отсутствии гармоник идеально подходит в качестве эталонного сигнала.

Измеряемые параметры

Коэффициент нелинейных искажений (Total Harmonic Distortion, THD). Равен квадратному корню отношения суммы мощностей всех гармоник, кроме основной, к мощности основного колебания. Согласно установившейся практике подаётся сигнал частотой 1 кГц максимальной амплитуды. Характеризует нелинейность и обычно сильно зависит от частоты. Измеряется в процентах. Для цифровой техники при выходе цифрового сигнала за разрядность цифровой сетки (например, при высоких положениях регуляторов громкости в микшере или некорректных алгоритмах) характерно скачкообразное увеличение значения THD.

Отношение сигнал/шум (Signal to Noise Ratio, SNR). Показывает превышение амплитуды выходного сигнала над среднеквадратичным значением мощности шумов. Вычисляется вычитанием упомянутых величин в децибелах, поэтому является размерной величиной. Очень актуален для аналоговых устройств и АЦП/ЦАП. Так как уровень воздействия шумов на человека зависит от спектра самого шума, то для учёта субъективного восприятия (а иногда и в маркетинговых целях) применяют стандартную сетку А-взвешивания. При этом рядом с параметром должно быть указано А-weighting. Цифровые шумы не подчиняются закону геометрического сложения, как аналоговые.

Для совместной оценки шумов и искажений также измеряют полный коэффициент гармоник с учётом шумов (THD+N). Он объединяет в себе значения двух вышеописанных параметров.

Реальный сигнал включает в себя частоты, на порядок отличающиеся друг от друга по значению. Вследствие нелинейности звукового тракта могут образовываться паразитные модуляционные гармоники, делающие звук неестественным и неприятным. Для учёта такого влияния вводят коэффициент взаимной модуляции (InterModulation Distortion, IMD).

АЧХ, или амплитудно-частотная характеристика (AFC, amplitude-frequency characteristic). Представляет собой график в координатах амплитуды от частоты, построенный измерением амплитуды на выходе системы при подаче гармонического сигнала обычно представляющего собой «плавающий» синус (swept sine) с постоянной амплитудой. В идеале этот график должен быть прямой линией, при этом имеет значение не абсолютное соответствие референсному сигналу, а отклонение от наиболее ровного участка. Позволяет судить о том, насколько верно передаётся амлитуда сигнала на различных частотах спектра. При необходимости корректируется многополосным эквалайзером. К сожалению, аналоговые эквалайзеры привносят гораздо более неприятные на слух по сравнению с частотными фазовые искажения. Необходимо отметить, что цифровые эквалайзеры, работающие не в реальном времени, не вносят фазовых искажений в сигнал.

Мощность шумов квантования при оцифровке может быть уменьшена на несколько дБ за счёт оверсемплинга и последующей фильтрации неслышимых частот, что широко применяется в кодеках и ЦАП-ах. Упомянуто это для объяснения технологической необходимости установки фильтра высокого порядка (означающего спад АЧХ на высоких частотах). Однако создать идеальный фильтр (и дешевый, и эффективный) трудно, поэтому разработчики часто «залезают» даже в слышимую область спектра. Влияния подобного рода инженерных решений на качество звука нужно оценивать в каждом конкретном случае предельно аккуратно.

О применимости данной методики и корректности результатов измерений

В статье SB Live! и домашняя звуковая студия приводятся сравнение параметров аудиотракта звуковой карты SBLive!, полученных на измерительном комплексе Audio Precision, с таковыми у профессиональных и полупрофессиональных карточек. Данные, полученные нами с помощью программы SpectraLab 4.32.14, отличались от указанных в статье не более чем на 1,5%.

В любом случае наша цель состоит не в получении абсолютных значений, а в сравнении параметров звуковых карт между собой по одной и той же методике, в  одних и тех же условиях. И что самое важное — результаты измерений хорошо согласуются с независимыми слуховыми экспертными оценками на качественном аудио-оборудовании.

В наших планах стоит улучшение и развитие данной методики измерений. Комментарии и поправки от квалифицированных специалистов в данной области приветствуются.

 

Тестирование и анализ отклика динамика

Тестирование и анализ спикеров

Теперь, когда вы создали свои динамики, пришло время их протестировать. Вам понадобится микрофон и компьютер с микрофонным входом и выходом для наушников / линейным выходом. Вам также понадобится программное обеспечение, которое генерирует тестовые сигналы на разных частотах, а затем считывает эти сигналы с помощью микрофона, подключенного к компьютеру.

Если у вас нет микрофона для тестирования, вы можете создать свой собственный, вместо того, чтобы тратить на него много денег.Посетите нашу страницу о создании собственного микрофона, чтобы получить информацию о создании качественного микрофона менее чем за 5 долларов. Обратите внимание, что ваш собственный микрофон не будет откалиброван, поэтому ожидайте ошибку ± 3-4 дБ по сравнению с ± 1 дБ для откалиброванного микрофона. Большая часть этой ошибки выше 4 кГц и является мягкой ошибкой. Он не вызовет множества случайных узких всплесков в ваших тестах, поэтому его можно использовать для поиска любых всплесков на кривой отклика. Это не поможет идентифицировать динамики, у которых уровень звукового давления постепенно увеличивается или уменьшается в широком диапазоне частот, поскольку это может быть результатом самого микрофона.Так что это значит? С некалиброванным микрофоном вы все равно можете разработать последовательный или параллельный режекторный фильтр, но вам следует добавить , а не контурную сеть на основе результатов некалиброванного микрофона. Если вы все же хотите приобрести откалиброванный микрофон, ознакомьтесь с предложением комбинированного откалиброванного микрофона и программного обеспечения от True Audio.

Используйте ноутбук для тестирования динамиков, если он у вас есть. Так будет намного проще. Подключите микрофон к входному разъему для микрофона на компьютере.На компьютере это обычно моно штекер 1/8 дюйма (3,5 мм). Вам понадобится адаптер, если ваш микрофон имеет 1/4 «или стандартный профессиональный микрофонный разъем. Как правило, у профессионального микрофона разъем, показанный справа, и кабель микрофона преобразуются с этого 3-контактного разъема на штекер 1/4 дюйма. Затем вам понадобится адаптер с 1/4 дюйма на 1/8 дюйма, который можно легко найти в Интернете или в магазине электроники.

Так выглядит гнездо на компьютере.Разъем на компьютере может быть розовым.

Поместите микрофон перед динамиком. Если вы тестируете один динамик, поместите микрофон прямо перед динамиком, по центру диффузора и направьте его прямо на драйвер. Микрофоны-дробовики хорошо подходят для этих тестов. Установите динамик над полом и подальше от стен (в том числе за динамиком). Это уменьшит отражения, которые могут повлиять на тест.

Если вы тестируете динамик с несколькими драйверами, вам нужно будет разместить микрофон в паре футов от динамика — или в паре ярдов, если вы используете микрофон-дробовик.Это необходимо для того, чтобы микрофон мог улавливать сигнал от всех драйверов.

Другой вариант — настроить прослушивание в комнате. Разместите динамики там, где вы хотите, чтобы они постоянно находились в вашей комнате. и поместите микрофон в наиболее вероятное место прослушивания. Не используйте микрофон с дробовиком для этого типа теста, так как вы на самом деле хотите учесть отражения в комнате во время теста. Этот тип теста используется для определения идеального расположения динамика, высоты и угла наклона для вашей комнаты.Этот тест можно провести с колонками, которые вы сконструировали или покупаете в магазине.

В любом случае вам следует изготовить какой-нибудь держатель для микрофона для ваших тестов. Не пытайтесь удерживать микрофон рукой. Вы не сможете удерживать его достаточно устойчиво. Это может быть нормально для частот сабвуфера, но окажет сильное влияние на более высокие частоты. Вам не нужно покупать настоящую микрофонную стойку. Используйте любой тип зажима / зажима, который будет удерживать его на месте.

Затем вставьте переходник 1/8 дюйма (3,5 мм) — RCA в линейный выход на компьютере. Это будет зеленый разъем на компьютере. Затем проложите кабели RCA / Composite от адаптера к стереоресиверу. Если ваш компьютер имеет цифровой выход (оптический или коаксиальный), используйте вместо него этот разъем. Вы также можете использовать разъем DisplayPort или HDMI, если ваша стереосистема его поддерживает. Эти цифровые кабели передают как аудио, так и видео.

Наконец, подключите стереосистему к тестируемым динамикам.Убедитесь, что у вас не включены активные кроссоверы или эквалайзеры, если вы используете ресивер. Например, любые режимы, такие как Hall , Stadium , Movie или Game , будут влиять на вывод динамика. Ваш ресивер также может автоматически включать фильтр высоких частот. если вы используете сабвуфер. Перед началом тестирования отсоедините любой сабвуфер и выключите все фильтры в ресивере. Примечание. Если вам нужен этот фильтр верхних частот, потому что ваши динамики не полны диапазона, оставьте его на месте.Кроме того, если вы выполняете тест прослушивания в комнате, чтобы определить расположение динамика, затем вы должны подключить и запустить все динамики (включая сабвуфер с активным кроссовером), как обычно.

Теперь о программном обеспечении. В качестве бесплатного программного обеспечения я рекомендую систему измерения звука (AUDMES). С платной стороны — TrueRTA от True Audio или ETF Acoustic. TrueRTA достаточно дешевый и очень популярный. Существует бесплатная версия TrueRTA, но она может выполнять только одно измерение на дБ, что недостаточно для тестирования реальных динамиков.У ETF есть бесплатная демонстрация, которая должна делать все, что вам нужно.

Все эти инструменты генерируют серию тонов с вашего компьютера, а затем измеряют громкость (SPL) этих тонов с помощью микрофона. Затем они отображают результаты в красивой диаграмме, чтобы вы могли легко увидеть любые всплески и провалы в частотной характеристике. С каждым инструментом вы должны сначала увеличить громкость вашего компьютера и уменьшить громкость стерео / ресивера. Вы хотите, чтобы громкость во время теста была громкой (лучшее соотношение сигнал / шум), но не больше, чем могут справиться драйверы динамиков или стереосистема.Начните с малого, а затем увеличьте громкость, когда вам станет удобно. Примечание: в моем собственном тестировании я видел более высокие уровни шума, когда громкость компьютера была ниже, а стерео была выше — даже при том, что чистый эффект был такой же громкостью.

Кроме того, большинство инструментов обнаруживают ваш вход (микрофон) и выход (динамики) при запуске. Лучше всего подключить все перед запуском программы.

Как использовать AUDMES : Этот инструмент очень прост в использовании.Он должен автоматически определять вашу звуковую карту и ваши входные / выходные каналы при запуске. Если нет, вы можете выбрать / изменить устройства ввода / вывода в меню «Инструменты » -> «Выбрать звуковую карту» . Чтобы начать тест, выберите вкладку Frequency Response в нижней части окна и нажмите Start . На выполнение каждого теста уходит около минуты.

Как использовать TrueRTA : Есть 4 уровня TrueRTA. Самый высокий уровень (и самая дорогая версия) позволяет проводить 24 измерения на октаву.Программа по умолчанию будет использовать 1 измерение на октаву независимо от того, какую версию вы покупаете, поэтому первое, что вам нужно сделать, это изменить разрешение RTA Resolution в правой части экрана на любой уровень, который вы приобрели. Нажмите кнопку Quick Sweep в нижнем левом углу экрана, и через секунду вы получите полную диаграмму частотной характеристики. Примечание. В ходе тестирования я изменил параметр Ampl. (Амплитуда / Громкость компьютера) в правой части экрана от -10 дБ до 0 дБ.

Как использовать ETF : В верхнем меню выберите File -> New Measurement -> Normal Transfer Function . Во всплывающем окне установите переключатель Sweep в области Measurement . В правом верхнем углу всплывающего окна нажмите Level Check , чтобы проверить уровень звука. Если уровень звука зеленый, нажмите Start Test . Программа не будет производить две быстрые развертки частоты — одну для левого динамика и одну для правого.Если подключен только один динамик, вы услышите только один сигнал. Так как у вас только один монофонический микрофон, вы получите только одну кривую отклика. Нажмите OK вверху, чтобы получить кривую частотной характеристики. Увеличьте новое окно с диаграммой, чтобы сделать ее удобочитаемой. Проверьте значок Linear Frequency Response внизу, чтобы получить правую диаграмму.

Вот несколько примеров диаграмм частотной характеристики TrueRTA с использованием B&W 602 со специально подключенным микрофоном Panasonic WM-61A без трубки для дробовика.Для первых трех диаграмм микрофон был установлен в пределах 1 дюйма от твитера, вуфера или порта динамика. Я протестировал порт, чтобы увидеть, как он влияет на систему в целом. Обратите внимание на приятный ровный отклик на измерении твитера. Неплохо для микрофонного картриджа за 1,90 доллара.

Один дюйм от твитера

Один дюйм от НЧ-динамика

Один дюйм от порта

В четвертом тесте микрофон был размещен на расстоянии 6 дюймов от динамика по центру между высокочастотным и низкочастотным динамиками.Для финального теста микрофон находился на расстоянии 1 метра, по-прежнему находясь по центру твитера и вуфера.

Шесть дюймов по центру твитера и вуфера

Один метр по центру твитера и вуфера

Поскольку у меня нет подходящей звуковой комнаты для проведения тестирования, отражения в комнате хуже, поскольку микрофон находится дальше от динамика. Измерение с 6 дюймов довольно хорошее, но поскольку порт находится под низкочастотным динамиком, микрофон не может измерить глубокие басы (как показано на 3-ей диаграмме), исходящие из порта.

Я не вижу ни в одном из этих тестов ничего, что требовало бы дополнительных модификаций кроссовера. Учитывая, что это стандартный динамик, которого следовало ожидать. Вот несколько вещей, на которые следует обратить внимание при тестировании динамиков:

• Большое падение (~ 20 дБ) в точке кроссовера указывает на то, что драйверы компенсируют друг друга. Попробуйте поменять полярность (поменять местами + и -) на одном из драйверов, чтобы увидеть, исчезнет ли провал.Если ответ громче в точке кроссовера с обратной полярностью, то, вероятно, следует поменять местами.
• Любой другой узкий пик (~ 10 дБ) (например: на резонансной частоте твитера), возможно, потребуется устранить с помощью последовательного режекторного фильтра.
• Большое усиление в дБ в ответе, которое соответствует выходному сигналу одного драйвера, может быть вызвано тем, что этот драйвер имеет более высокую чувствительность, чем другие. Это может быть решено с помощью схемы ослабления драйвера / L-Pad .
• Другие значения усиления в дБ на большой площади, которые не связаны с другой чувствительностью драйвера, могут быть устранены с помощью параллельного режекторного фильтра.
• Сабвуфер с падающей кривой отклика (вызванной увеличением импеданса большой катушки в кроссовере на более высоких частотах) может быть исправлен с помощью схемы выравнивания импеданса .
• Драйвер с растущей кривой отклика может быть решен с помощью Contour Network.

.

Измерение частотной характеристики динамика — различные методы

Как измерить АЧХ динамика?

Если вы хотите измерить частотную характеристику динамика, вам потребуется некоторое базовое оборудование, а иногда и не столь простая среда. Самый простой измерительный комплект будет включать микрофон, аудиоинтерфейс и компьютер со специализированным программным обеспечением. Микрофон — это не просто микрофон. Это конденсаторный микрофон, специально созданный для измерения частотной характеристики динамика.Они должны иметь линейный отклик, иначе результат будет скомпрометирован из-за ошибок, вносимых микрофоном.

Это не означает, что вам нужно покупать очень дорогие микрофоны. Очень доступные микрофоны с приличными характеристиками, которые можно откалибровать. Калибровочный файл загружается в измерительное программное обеспечение, и он компенсирует частоты, на которых микрофон не имеет полностью ровного отклика. Аудиоинтерфейс должен иметь вход для микрофона (обычно XLR), выход для динамика и USB-соединение для компьютера.Программное обеспечение, используемое для измерения частотной характеристики динамика, будет стоить от 0 до 3000+ долларов. Если у вас очень ограниченный бюджет, вы можете получить приличную установку за 150-200 долларов, которая даст очень точные диаграммы отклика.

Способы измерения АЧХ

Существует 4 способа измерения частотной характеристики динамика, в зависимости от области излучения установки:

• Безэховая или свободное поле (также называемое полным пространством или 4π).
• Полупространство или 2π.
• Земляной самолет.
• Ближнее поле.

Измерения в безэховой среде или в свободном поле

Эти типы измерений выполняются без каких-либо объектов, которые могут отражать волны, генерируемые динамиком, во всех направлениях вокруг динамика. Это означает, что вокруг динамика только воздух (без препятствий), 360 ° во всех направлениях (в том числе вниз). Допустимое расстояние между динамиком и первым препятствием, которое может отражать звук, зависит от полосы частот, которую вы хотите измерить.И проблемы с этим, в основном, заключаются в низких частотах, потому что они имеют очень большую длину волны.

Таким образом, если вы хотите провести безэховое измерение для полной полосы пропускания от 10 Гц до 40 кГц, вам не потребуется никаких препятствий в любом направлении на расстоянии не менее 34 метров. Это можно сделать, измерив динамик в специальной безэховой камере, которая поглощает эти волны. Безэховые камеры нелегко найти, и их можно заработать целое состояние (если вы не хотите отражений до 10 Гц). Другой способ сделать это — подвесить динамик с помощью крана вверх в воздухе, чтобы не было границ ни в одном направлении.

Измерение с замком

Первые упомянутые методы кажутся невозможными для обычного Джо, но пока не отчаивайтесь, потому что есть компромиссное решение: измерение частотной характеристики со стробированием. Это означает, что сигнал, улавливаемый микрофоном, стробируется, так что по истечении определенного периода времени все другие принятые сигналы игнорируются. Проблема со стробированным измерением заключается в том, что чем короче временной интервал стробирования, тем выше частота среза. Это означает, что для получения точных данных до 20 Гц вам все равно не понадобятся границы как минимум для 8.5 метров, что в помещении бессмысленно. Однако вы можете получить точные результаты вплоть до 200 Гц в типичной комнате с помощью стробированных измерений.

Как спроектировать громкоговорители — видеокурсы

Если у вас есть комната немного большего размера и вы можете измерить частотную характеристику динамика как минимум до 100 Гц. Вы можете сделать другое измерение, называемое ближним полем, только для низких частот. Это можно сделать в помещении.После этого вы можете соединить две частотные характеристики вместе, используя специализированное программное обеспечение. Это может дать точные результаты для измерений всей полосы пропускания. Помните, что измерение ближнего поля необходимо проводить максимально до 100 Гц из-за изменения радиационной стойкости. Для измерения в свободном поле микрофон размещают на расстоянии 1 метра от динамика (промышленный стандарт)

Измерение полупространства

Этот тип измерения имеет те же ограничения, что и безэховое измерение, за исключением пола.Чтобы измерить частотную характеристику динамика этим методом, вам придется выйти на улицу. Вы ставите динамик на перегородку и выкапываете яму в земле. Убедитесь, что перегородка находится на одном уровне с землей. Таким образом вы получаете неограниченное вертикальное пространство, и единственные препятствия, о которых вам нужно заботиться, — это те, которые находятся в горизонтальной плоскости. В зависимости от того, насколько широкую частотную характеристику вы измеряете, убедитесь, что на подходящем расстоянии нет препятствий на земле. Этот тип измерения называется полупространством или 2π, потому что динамик излучает в полусфере 180 ° (только половина сферы).Для выполнения этого типа измерения микрофон размещается на расстоянии 1 метра от динамика.

Измерение плоскости заземления

Этот тип измерения выполняется путем размещения динамика на твердой отражающей поверхности, а микрофон на земле. Обычно это делается на стоянке с асфальтовым или цементным полом. Это гарантирует наличие отражающей поверхности и отсутствие ближайших границ на расстоянии не менее 9 метров для точного измерения низких частот.Таким образом, измерение включает звуковое зеркальное отображение динамика. По этой причине микрофон размещается на земле, на вершине прямого сигнала и его отраженного звукового образа.

Если вы измеряете напольные колонки, вам следует наклонить их как можно больше вперед для более точного измерения. Для выполнения этого типа измерения разместите микрофон на расстоянии 2 метров от динамика. Это потому, что звук, улавливаемый микрофоном, содержит звук динамика + звук зеркального отображения, что в сумме дает усиление +6 дБ.На каждое удвоение расстояния от динамика звук теряет 6 дБ. Размещение микрофона на расстоянии 2 метра (а не 1 метра) компенсирует это дополнительное усиление.

Измерение ближнего поля

Это метод, используемый для измерения низкочастотной характеристики. Конечно, все вышеупомянутые методы измерения можно использовать для измерения низкочастотной характеристики, но ближнее поле — это быстрый и безболезненный способ измерения только басовой части. Микрофон нужно разместить как можно ближе к динамику, где-то около 0.5 см. Поскольку микрофон расположен так близко, мы игнорируем любые отражения от помещения и дифракцию перегородок. По этой причине этот тип измерения тесно связан с измерением полупространства, потому что здесь нет перегородки (подробнее о шаге перегородки).

Поскольку динамик помещается в шкаф, перегородка будет иметь определенный размер. В зависимости от размера перегородки, некоторые частоты получат усиление на выходе (выше шага перегородки). Ниже шага перегородки частоты имеют большую длину волны и действуют так, как будто они находятся в полной пространственной области, и не получают выгоды от усиления перегородки.Думайте о перегородке как о отражателе за лампочкой фонарика, она усиливает световые волны. Если вы измеряете частотную характеристику динамика при измерении полупространства, перегородка бесконечно велика, поэтому все частоты получают усиление на +6 дБ, поэтому шага нет. Аналогичным образом, для измерения ближнего поля нет перегородки, поэтому нет и ступеньки.

Ближнее поле и фазоинвертор

Этот тип измерения очень хорошо работает с герметичными корпусами, потому что вам нужно измерять только динамик.Для вентилируемых корпусов процесс немного усложняется, потому что общий выход корпуса получается путем сложения выхода динамика с выходом порта. Чтобы выполнить точное измерение в ближнем поле вентилируемого корпуса, необходимо отдельно измерить динамик и порт.

Для измерения порта поместите микрофон в центр порта заподлицо с перегородкой. Чтобы измерения были более точными, вам нужно как-то изолировать динамик от вентиляционного отверстия при их индивидуальном измерении.Поместите небольшую подушку между ними. Но даже в этом случае измерения порта выше 1,6 * f _b (частота настройки корпуса) не будут точными из-за перекрестных помех между драйвером и портом.

Еще одна вещь, на которую следует обратить внимание, — это то, что порт имеет меньшую излучающую поверхность, чем драйвер. Меньшая поверхность означает меньшее звуковое давление в ближней зоне. По этой причине необходимо внести некоторые изменения. Например, если размер порта составляет половину размера драйвера, это означает, что вы должны масштабировать выходной сигнал порта на -6 дБ.Это всегда так, когда порт и вуфер находятся далеко друг от друга или на разных перегородках. Однако, если порт и низкочастотный динамик расположены близко друг к другу, вы можете использовать другой подход. Просто поместите микрофон между ними и сделайте одно измерение.

Выбор снаряжения

Если вы хотите измерить частотную характеристику динамика с высокой точностью, это будет зависеть от среды, в которой вы проводите измерения. Конечно, снятие показаний в безэховой камере даст более точные результаты, чем измерения в вашем доме с использованием стробированной частоты. техника ответа.В том-то и дело, что отличия настолько малы, что компромиссного решения вполне достаточно. Окружающий шум, место, где вы устанавливаете микрофон, также в значительной степени способствуют конечному результату. Учитывая, что мы уже рассмотрели это в предыдущем разделе, и вы сделали все возможное, чтобы измерения были максимально точными, давайте перейдем к передаче.

Микрофон

Еще один важный элемент головоломки — микрофон.Что касается микрофонов, то есть множество вариантов, начиная от доступных и заканчивая довольно дорогими. Почему вы должны платить больше за микрофон? Есть две основные причины: линейность частотной характеристики и полоса частотной характеристики. Частотная характеристика должна быть плоской по линейке, чтобы не вносить нежелательных изменений отклика в показания. Обычно у недорогого микрофона не будет идеально ровного отклика, и калибровка является обязательной. Калибровочные файлы поставляются производителем с микрофоном, но не всегда.Иногда вам придется обращаться в стороннюю компанию, которая может откалибровать ваш микрофон. Вы загружаете эти файлы калибровки в программное обеспечение для измерений, чтобы компенсировать пики и провалы в ответе микрофона.

Как спроектировать громкоговорители — видеокурсы

Хороший выбор микрофонов для бюджета с низким, средним и высоким уровнем, в таком порядке:

• Dayton audio EMM-6 — Бюджетный микрофон, хорошего качества, поставляется с калибровочным файлом.Около 50 $
• Audix TM1 Plus — Очень хороший среднечастотный микрофон, поставляется с файлом калибровки. Есть более дешевая версия (без «Плюса»). Он такой же, как и версия Plus, но без файла калибровки. Ответ довольно хороший, и выбор за вами. Около 400 долларов (300 долларов за версию без плюса)
• Earthworks M30 — Микрофон высокого класса. Широкая полоса частотной характеристики 5 Гц — 30 кГц. Около 700 $

Аудиоинтерфейс

Микрофон бесполезен без аудиоинтерфейса.Иногда микрофон имеет USB-соединение, и интерфейс не является обязательным. Это действительно дешевые установки, и я рекомендую избегать их. Хорошему микрофону потребуется фантомное питание, которое обеспечит аудиоинтерфейс. Микрофону потребуется питание от 12 до 48 В, и это количество энергии распределяется по аудиоинтерфейсу, через аудиокабели. Убедитесь, что в вашем интерфейсе есть фантомное питание, потому что не все из них. Когда дело доходит до цен, не стоит перебарщивать с этим оборудованием, потому что оно не улучшает точность.Просто убедитесь, что у вас есть все необходимые связи и желаемые функции, и это должно быть в центре внимания.

Я обычно рекомендую 2 входа и 2 выхода. Одна пара предназначена для снятия мерок, а для другой пары я люблю делать петли. Прямой кабель, идущий от выхода к входу. Я установил это как свою ссылку. Это особенно полезно для импульсных характеристик и других измерений во временной области. Еще одна вещь, на которую следует обратить внимание, — это частота дискретизации. Вы можете измерить частотную характеристику динамика до половины частоты дискретизации вашего интерфейса.Таким образом, для частоты дискретизации 44,1 кГц вы можете измерять до 22 кГц, даже если ваш микрофон может работать до 30 кГц.

Хорошие аудиоинтерфейсы:

Программное обеспечение

Вариантов много, некоторые из них даже бесплатны. Вы можете переборщить с программным обеспечением и потратить несколько G на программное обеспечение премиум-класса. Если вы хотите купить программу за 3000 долларов, вы, вероятно, знаете, что делаете, и, скорее всего, вы не читаете эту статью.

Опции программного обеспечения:

Заключение

Как видите, вам не нужно тратить целое состояние на измерительное оборудование.Имея небольшой бюджет, вы можете получить приличную установку для измерения частотной характеристики динамика. Помните, что вы заплатите немного больше за микрофонную стойку, кабели и другие мелочи, но все равно бюджет останется небольшим. Когда вы начнете разбираться в этом, вы начнете измерять другие вещи, такие как аудиосистема в вашей машине, реакция комнаты и т. Д.

Реальный пример измерения полного диапазона с использованием ARTA:

---

Список литературы

Поваренная книга по дизайну громкоговорителей
1. , 7-е издание, автор — Вэнс Дикасон (Audio Amateur Pubns, 2005).
2. Источник изображения: ссылка.

.

Микроволны101 | Частотомеры

Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу страницу, посвященную историческому испытательному оборудованию

Щелкните здесь, чтобы перейти на главную страницу тестового оборудования

Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу главную страницу о волноводе

Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу страницу о резонансных полостях

Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу страницу о загружаемом цилиндрическом резонаторе (новинка в июне 2017 года!)

Новое в апреле 2014 г .: Вот видео об использовании частотомера, снятое Себастьяном, KF5OBS.Спасибо!

Как пользоваться частотомером

Новинка июля 2013 г .: Керри объясняет, как работает частотомер HP536A! Кроме того, теперь у нас есть описание частотомера времен Второй мировой войны.

Частотомеры, также называемые «волновомеры», — это то, что ваши дедушка и бабушка использовали для определения частоты неизвестного источника сигнала. Иногда их называют «машинами жевательной резинки» (спасибо, Джон!), Но теперь частотомеры просто занимают место в одном из лабораторных шкафов, которые никто не открывает.Инженеры будут бороться изо всех сил, чтобы получить в свою установку анализатор спектра стоимостью 100 000 долларов. Но вы можете получить аналогичную точность с помощью частотомера, и если вы будете использовать его в следующей настройке, люди будут думать, что вы действительно знаете, что делаете. И они, вероятно, спросят: «А куда вы его вставляете?»

Вот такой, который мы недавно видели на Ebay, он, вероятно, был продан за 10 долларов или меньше. В данном случае частотомер предназначен для X-диапазона и использует волновод WR-90. Шкала отображается в МГц.

Как работает частотомер? Цилиндрическая полость образует резонатор, который снижает частотную характеристику устройства.Для этого вы должны повернуть ручку до тех пор, пока не будет наблюдаться провал в отклике. Градация покажет вам, на какой вы частоте.

В частотомере

используется короткозамкнутый резонатор, который резонирует на половине длины волны. Большинство волномеров являются волноводными, однако возможны коаксиальные типы. Волномеры с волноводом могут измерять частоту только в соответствующей полосе частот.

Вот вид вышеупомянутого измерителя волны в разобранном виде. Вы можете увидеть отверстие в плоскости E, которое соединяется с полостью.Внизу полости находится поршень, изменяющий резонансную частоту.

Волномеры подвержены влиянию температурных изменений, которые незначительно изменяют размеры резонатора.

Частотомер HP 536A

Керри из низов

Перестраиваемый измеритель волн с L / C-цепью был одним из первых приборов для измерения радиочастотных частот. По мере увеличения используемых частот был обнаружен настраиваемый резонатор.Многие фирмы производили микроволновые частотомеры с настраиваемыми резонаторами; как всегда, HP лидирует в объединении изобретательности электроники и механики.

Нетрудно понять, почему эти счетчики получили прозвище «автомат для жевательной резинки». Черное кольцо наверху поворачивается, чтобы вращать циферблат и одновременно перемещать поршень вверх и вниз по внутренней полости; поршень и полость покрыты серебром. Поршень, его подшипники и отверстие в полости обработаны с такой точностью, что между поршнем и полостью нет контакта.Измеритель был вставлен в тестируемую линию, а также был подключен детектор; настройка на резонанс давала «провал» мощности 0,6 -1 дБ, а частота считывалась по шкале. 536A измеряет частоты в диапазоне от 940 МГц до 4,2 ГГц. В целом спиральная шкала имеет длину около 15 футов. Пара красных разделительных полос проходит по спиральной канавке, когда циферблат вращается, и частота считывается между полосами на линии курсора. Здесь частота близка к 2 ГГц:

Здесь циферблат повернут на один оборот; разделительные полосы переместились вверх по спиральной канавке, и теперь циферблат показывает около 2.1525 ГГц.

Модель 536 показала хорошую точность для того времени; шаг за пределы измерения длины волны с помощью щелевой линии! У 536A был компаньон; 537A. Он был примерно вдвое меньше 536 и охватывал диапазон частот от 3,7 ГГц до 12,4 ГГц, так что эти два прибора составляли коаксиальную измерительную систему для частот от 960 МГц до 12,4 ГГц. В 1966 году 536A и 537A стоили по 500 долларов каждый. Существовал также набор из нескольких метров аналогичной конструкции, но с волноводными фланцами; серия HP 532.Были подобраны размеры волновода от WR187 до WR28; Счастливый обладатель комплекта из восьми таких измерителей мог измерять частоты от 3,95 ГГц до 40 ГГц. Цена каждой модели 532 в 1966 году колебалась от 200 до 400 долларов, поэтому полный комплект стоил бы около 2500 долларов.

.Технические характеристики частотомера

»Примечания к электронике

Поймите все ключевые аспекты характеристик частотомера: что они означают и влияют ли они на ваши измерения.

---

Учебное пособие по таймеру частотомера Включает:
Частотомер Как работает частотомер Интервальный таймер Как пользоваться счетчиком Характеристики Точность

---

Как и любой другой измерительный прибор, частотомер RF имеет ряд характеристик, связанных с ним.

Знание того, что означают спецификации и как они влияют на производительность, может сделать выбор правильного радиочастотного частотомера более простым и успешным.

Спецификация входной муфты

Входная муфта может быть ключевой проблемой, поскольку она влияет на другие характеристики. Часто можно подключить вход напрямую или через конденсатор, то есть по постоянному или переменному току. Выбор осуществляется с помощью переключателя.

Связь по переменному току может быть предпочтительнее, если в сигнале может быть смещение постоянного тока.Связь по постоянному току может дать лучшие характеристики, поэтому это состояние, в котором обычно используется частотомер.

Спецификация диапазона частот

Также важна спецификация частотного диапазона счетчика. Некоторые счетчики могут потребоваться только для использования на частотах до 100 МГц или около того, тогда как другие могут потребоваться для работы на частотах до 1 ГГц, 5 ГГц или более. Очевидно, что для обработки более высоких частот требуется более сложная схема. Соответственно, необходим частотный диапазон тестового прибора.

Спецификация частотного диапазона для частотомера будет отличаться в зависимости от используемой связи. Связь по постоянному току обычно дает лучший отклик. Вариант со связью по постоянному току обычно достигает 0 Гц, тогда как вариант со связью по переменному току будет иметь минимальную частоту — часто всего несколько Гц.

Входное сопротивление

Одной из ключевых характеристик ВЧ частотомеров является их входное сопротивление. Для многих ВЧ приложений необходимы согласованные импедансы, и поэтому необходимо понимать, какой импеданс будет иметь частотомер, тогда как для других приложений больше подходит высокий импеданс.

• Высокий входной импеданс: Для многих низкочастотных приборов, до нескольких сотен МГц или около того, частотомер обычно показывает высокий импеданс. Это указывается в Ом — обычно МОм или около того. Значение емкости также будет указано в спецификации. Это значение емкости, существующей на входном импедансе. Обычно это низкий, часто около 25 пФ или около того. Эти значения часто необходимо знать, чтобы знать величину нагрузки на цепь.В идеале частотомер не должен загружать цепь, но на самом деле любой пробник будет иметь какой-то эффект. Знание величины нагрузки позволяет учитывать это при любых расчетах измерений.

  Входы с высоким импедансом часто можно использовать с пробником типа осциллографа x1 для упрощения измерения. Для этого типа тестирования может быть подходящим соединение по переменному току, если может присутствовать смещение постоянного тока. Для этих входов обычно используется разъем BNC.

• Согласованный входной импеданс: Для других приложений может потребоваться согласованный вход.Обычно это происходит с частотами выше 1 ГГц или около того. Входной импеданс 50 Ом является стандартным, и обычно можно использовать разъем BNC или N-типа.

  Для этого типа входа сигнал напрямую подается в согласованный порт, и измеряется частота. Если требуется только небольшая часть сигнала, можно использовать делитель мощности или ответвитель. Однако будьте осторожны с перегрузкой входа, поскольку они могут выдерживать только небольшое количество энергии.

Приборы

May будут иметь как высокий импеданс, так и согласованный импеданс.Подробная информация о доступных импедансах будет дана в общих технических характеристиках частотомера.

Спецификация чувствительности частотомера

Другой важной характеристикой частотомера является его чувствительность.

Это минимальный сигнал, который частотомер может успешно считать. Типичная спецификация может быть такой: синусоидальная 15 мВ RMS от 30 Гц до 100 МГц.

В этой спецификации указываются тип и размер сигнала. Чтобы получить размах сигнала, 15 мВ умножают на 2.818 (42 мВ от пика до пика).

Также указывается частотный диапазон, так как чувствительность зависит от частоты. За пределами указанного диапазона он исчезнет, ​​хотя его все еще можно использовать за пределами этих диапазонов, значения не могут быть указаны.

Диапазон сигнала или максимальная характеристика сигнала

Хотя чувствительность является ключевой характеристикой частотомеров, максимальный сигнал также важен. Это можно указать разными способами в зависимости от типа ввода.

Обычно указывается одним из нескольких способов:

• Напряжение постоянного тока: Для входов с высоким входным импедансом, которые связаны по постоянному току, напряжение обычно указывается как напряжения, которые нельзя превышать. Например, в одной спецификации частотомера указан диапазон от 0 до 5 В, т.е. напряжение постоянного тока не должно быть меньше 0 В и не должно превышать 5 В.
• Напряжение переменного тока: Для входов с высоким входным импедансом, связанных по переменному току, технические характеристики могут немного отличаться.Часто технические характеристики могут быть даны в вольтах (среднеквадратичное значение) или в виде значения напряжения от пика до пика. Пиковое значение в 2,181 раза больше среднеквадратичного значения. Показание одного частотомера, 1 В RMS или 3 В от пика до пика.
• Согласованные входы 50 Ом: Для согласованных входов спецификация может быть указана либо в среднеквадратичных вольтах, либо в виде уровня мощности, часто в дБм (децибел относительно 1 мВт). Согласно спецификации одного частотомера: максимум +13 дБм (1 В RMS).

Другие темы тестирования:
Анализатор сети передачи данных Цифровой мультиметр Частотомер Осциллограф Генераторы сигналов Анализатор спектра Измеритель LCR Дип-метр, ГДО Логический анализатор Измеритель мощности RF Генератор радиочастотных сигналов Логический зонд Тестирование и тестеры PAT Рефлектометр во временной области Векторный анализатор цепей PXI GPIB Граничное сканирование / JTAG
Вернуться в меню тестирования.. .

.