Visual Analyser. Проверка возможностей измерительного комплекса



Добрый день, уважаемые радиолюбители.

В предыдущих частях данной статьи (1, 2) я рассказал Вам кратко об основных возможностях измерительного комплекса на базе ПК с использованием программного обеспечения Visual Analyser, а так же описал основные этапы предварительной настройки комплекса. Сегодня я хотел бы продолжить рассказ и описать окончательную настройку измерительного комплекса, а так же тестирование его технических возможностей. Итак, пожалуй, начнём…

Перед практическим тестированием возможностей измерительного комплекса рассмотрим кратко ещё несколько настроек, которые необходимо выполнить. Первое что необходимо окончательно настроить – это параметры встроенного генератора сигналов. Для этого необходимо щелкнуть в верхней части основного окна программы кнопку «Wave» (четвёртая слева) и перейти на вкладку «Setup» (настройки/установки). Перед Вами откроется окно, показанное на фото ниже.

Окно настройки параметров генератора сигналов.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

В левой части данного окна нам необходимо настроить размер буфера генератора сигналов (Buffer (samples) и buffer(s)), частоту дискретизации генерируемого сигнала (Frequency Sampling), а так же разрядность генератора сигналов (Bit deph).

Все параметры генератора сигналов (кроме Buffer(s)) должны быть аналогичны параметрам, установленным для устройства ввода на вкладке «Main» ранее (пункты 12, 14). Установить параметры можно либо вручную, выбрав соответствующие параметры из выпадающих списков либо щёлкнув по кнопке «As input» (Как для входа, пункт 26). На этом настройку основных параметров генератора сигналов можно считать законченной.

После окончательной настройки основных параметров генератора сигналов перейдём к настройке параметров генерирования шумового сигнала. Для этого в уже открытом окне «Waveform Generator» необходимо перейти на вкладку «Noise» (Шум). Перед Вами откроется окно, показанное на фото ниже.

Окно настройки параметров генерирования белого шума.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

В левой части данного окна нам необходимо выбрать тип распределения (distribution), среднее значение (Mean) и стандартное отклонение (Standart deviation) шумового сигнала [1, 2, 3]. В качестве распределения выберем распределение Гаусса (Gaussian), а среднее значение и стандартное отклонение установим равными 25 [4, 5]. После этого необходимо применить выбранные настройки, нажав кнопки «Apply» (применить) напротив соответствующих пунктов (пункт 27). На этом настройку параметров генерирования шумового сигнала можно считать законченной.

Далее перейдём к окончательной настройке внешнего вида измерительного комплекса. Для этого в верхней части основного окна программы необходимо щёлкнуть по кнопке «Setting» (вторая слева кнопка) и в появившемся окне перейти на вкладку «Colors» (Цвета). Перед Вами появится окно, показанное на фото далее.

Окно настройки цветовой схемы.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

Как Вы уже поняли из названия вкладки, данная вкладка предназначена для настройки цветовой схемы программного обеспечения.

В левой части данного окна находятся настройки отображения цветов, выводимых на экран графиков в окне спектра и осциллографа. Данные настройки необходимо выполнить в соответствии с Вашими цветовыми предпочтениями. Для изменения цвета по умолчанию необходимо нажать на кнопку, соответствующую графику, цвет которого Вы хотите изменить (например, Set LEFT color – выбрать цвет левого канала).

После нажатия на одну из доступных кнопок появится окно с цветовой палитрой, где необходимо выбрать новый цвет и подтвердить выбор, нажав кнопку «Ок» - выбранный цвет будет применён для выбранного графика (пункт 28).

Кроме того в данном окне имеется возможность изменить так называемый скин (обложку) внешнего вида интерфейса программы [6]. Для этого необходимо щелкнуть по выпадающему меню под соответствующим пунктом (Skin). Выбор обложки внешнего вида интерфейса так же сделайте в соответствии с Вашими предпочтениями (пункт 29).

В правой части этого же окна находятся настройки толщины выводимых на графиках линий (Thickness), которую можно установить равной от 1 до 4-х пикселей. Тут следует отметить, что чем выше толщина выводимых линий – тем выше нагрузка на центральный процессор ПК. Для повседневной работы, а так же размещения графиков в сети интернет обычно достаточно толщины в 1 пиксель. Для печати графиков в небольшом формате лучше использовать толщину равную 2-ум и более пикселям.

Немного выше над настройками толщины выводимых линий находится меню включения/отключения выделения координатной сетки утолщёнными белыми линиями (white ref). Активация данного пункта осуществляется установкой соответствующей галочки рядом с названием пункта.

Чуть ниже под настройками установки толщины линий выводимых графиков находятся настройки десятичного разделителя для выводимых значений на графиках (Decimal separatop). В качестве разделителя можно выбрать либо точку (Dot) либо запятую (Comma).

Не совсем удобно то, что данные настройки не сохраняются в файл конфигурации и их необходимо устанавливать при каждом запуске программы (пункт 30).

На этом настройку внешнего вида измерительного комплекса можно считать законченной. Теперь можно смело сохранить все произведённые настройки, как это было описано в предыдущей части данной статьи.

На этом моменте необходимо сделать небольшое отступление – некоторые часто используемые настройки программы (в том числе настроенные нами ранее) дополнительно расположены во вкладках в правой части основного окна программы и доступны для быстрого доступа. Данные настройки показаны на фото далее.

Меню быстрого доступа к часто используемым настройкам программы

Ну что же, все основные настройки программы выполнены и сохранены и можно смело переходить к тестированию возможностей измерительного комплекса.

Для тестирования возможностей нам понадобится кабель для соединения входа и выхода звуковой карты. Данный кабель можно либо приобрести готовый либо изготовить самостоятельно. Тип штекера на кабеле, соответственно, зависит от типа используемых гнёзд на звуковой карте (Для более дешёвых звуковых карт это обычно «Jack 3.5 мм»).

При самостоятельном изготовлении лучше всего использовать штекеры в металлическом корпусе (из-за более высокой надежности и механической прочности). На используемой мной звуковой карте используются гнёзда 3.5 мм, соответственно мне идеально для данных целей подойдёт штекер NYS-231 производства Rean [7] либо несколько более дешёвый аналог NP-144 производства Dragon City (Китай) [8].

В качестве соединительного акустического кабеля хорошо подойдёт кабель BW-7820 производства Belsis [9], а так же кабель LCM-12BK примерно такого же качества Китайского производства [10].

Данные кабели имеют достаточно надёжный и плотный экран, плотную и эластичную изоляцию, препятствующую перемещению частей кабеля внутри относительно друг друга. Несколько хуже по качеству будет отечественный КММ [11], имеющий менее плотную навивку экрана и менее плотную внешнюю изоляцию.

Использовать более дорогие и помехозащищённые кабели для наших целей практически не имеет никакого смысла т.к. уровни входных и выходных сигналов чаще всего достаточно большие (по сравнению с тем же винил корректорами, микрофонными усилителями, выходами датчиков электрогитар без дополнительного встроенного усилителя, акселерометрами и т.д.).

Схема принципиальная электрическая необходимого для тестирования параметров кабеля показана на схеме далее.

Схема электрическая принципиальная измерительного кабеля

На фото ниже показан пример изготовленного мной кабеля для проведения тестирования измерительного комплекса.

После изготовления / приобретения кабеля необходимо соединить данным кабелем выбранные ранее устройства по умолчанию (пункты 1-4, 9, 10).

Кабель для измерения параметров комплекса.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

Теперь смело можно запустить ПО Visual analyser.

Рассматривать калибровку каналов измерительного комплекса в данный момент не будем т.к. она не влияет на тестирование возможностей измерительного комплекса.

Итак, тестирование возможностей измерительного комплекса начнём с измерения нелинейных искажений звуковой карты по отношению к выбранному входу и выходу в различных режимах работы (т.е. снимем спектр сигнала для связки вход-выход по умолчанию) [12, 13, 14].

Для этого после запуска программы необходимо в генераторе сигналов (Waveform Generator) для левого и правого каналов выставить частоту генерируемого сигнала равную 1 кГц, а функциональную зависимость - синусоидальный сигнал (Wave function, пункт 22, 24).

После этого необходимо в микшере операционной системы, либо в самом ПО Visual analyser (пункт 25) установить минимальный уровень выходного сигнала выбранного устройства вывода, после чего можно запустить генератор, щелкнув левой кнопкой мыши по кнопке «On» (которая при активации сменится на кнопку отключения генератора – «off»).

Теперь плавно повышая уровень выходного сигнала внимательно наблюдайте за спектром сигнала в нижней половине основного окна программы. На спектре в виде пика на частоте 1 кГц будет отображаться основной сигнал, генерируемый звуковой картой, а так же пики значительно более низкого уровня на кратных частотах (называемые высшими гармониками). Данные гармоники вызваны нелинейностями в тестируемом звуковом тракте. Чем больше уровень высших гармоник – тем выше нелинейность тестируемого тракта (т.к. данных гармоник нет в исходном генерируемом сигнале и они появились при прохождении сигнала через тестируемый звуковой тракт).

Суммарная же нелинейность тракта определяется либо коэффициентом нелинейных искажений либо коэффициентом гармонических искажений (в зависимости от настроек в пункте 21) и отображается на спектре в левом верхнем углу около надписи THD.

При определённом уровне сигнала на спектре произойдёт резкий скачок уровня высших гармоник – это свидетельствует о том, что наступило ограничение сигнала в звуковом тракте (так называемый клиппинг) из-за превышения допустимого уровня сигнала на входе. Спектр сигнала при работе моего звукового тракта в клиппинге показан на фото далее.

Работа звуковой карты в клипинге.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

Если же незначительно уменьшить уровень выходного сигнала, то произойдёт такое же резкое уменьшение уровня высших гармоник (это свойственно только усилителям с достаточно глубокой отрицательной обратной связью, которая лежит в основе усилителей любой современной звуковой карты ПК). Данный уровень сигнала на входе звуковой карты, по сути, является максимальным допустимым для нормальной работы измерительного комплекса.

На данный момент максимальный входной уровень можно не фиксировать (не измерять переменное напряжение на входе), а только обратить внимание на сам спектр сигнала и суммарный коэффициент гармоник. Для удобства работы со спектром приведём его в более удобную для просмотра форму.

Итак, для задания автоматического масштабирования по оси Y щелкните в окне спектра правой кнопкой мыши и в выпадающем меню выберите пункт «Auto-scale Spectrum» (Автоматический масштаб спектра) и щелкните по выбранному пункту левой кнопкой мыши. К отображаемому в окне спектру будет применён автоматический масштаб.

После этого необходимо вновь щелкнуть правой кнопкой мыши, но уже в правой или левой части окна спектра по линейке с указанными на ней уровнями гармоник по оси Y и выбрать в выпадающем меню пункт «Auto» (Автоматически) – спектр будет автоматически центрирован в окне отображения. На этом, собственно, можно с настройками отображения спектра и закончить.

Тут так же можно отменить, что имеются и дополнительные функции настройки отображения спектра в окне. Так, например, если щелкнуть левой кнопкой мыши по правой линейке с указанными на ней уровнями гармоник по оси Y и не отпуская кнопку мыши потянуть линейку вверх или вниз, то спектр будет пропорционально смещаться в окне отображения. Эта функция аналогична функции смещения луча по оси Y в осциллографе.

Немного правее данной линейки расположен ползунок «Y-axis» (Масштаб по оси Y, показанный ранее на фото быстрого доступа к настройкам). Это ни что иное, как ползунок ручного масштабирования по оси Y.

Учитывая тот факт, что уровень высших гармоник обычно оценивается относительно уровня первой гармоники (основной генерируемой частоты), то считаю необходимым описать ещё одну достаточно удобную функцию, а именно функцию смещения нуля на спектре исследуемого сигнала.

Активация данной функции позволяет перемещать спектр сигнала относительно координатной сетки по оси Y т.е. для удобства оценки высших гармоник нужно совместить уровень первой гармоники с уровнем 0 дБ – при этом уровень всех высших гармоник можно непосредственно отсчитывать по координатной сетке не выполняя дополнительных математических операций (сложения или вычитания в зависимости от того, на каком уровне относительно 0 дБ будет расположен уровень 1-й гармоники).

Для активации данной функции необходимо щёлкнуть правой кнопкой мыши по правой линейке с указанными на ней уровнями гармоник по оси Y и в выпадающем меню выбрать пункт «Zero adjust» (Настройка/установка нуля), щёлкнув по нему левой кнопкой мыши – при этом правая линейка начнёт монотонно мигать, что говорит об успешной активации данной функции. Далее необходимо левой кнопкой мыши щелкнуть по правой линейке и не отпуская протянуть вверх или вниз до совмещения уровня 1-й гармоники с уровнем 0 дБ. После совмещения можно отпустить левую кнопку и деактивировать функцию смещения нуля (аналогично её активации).

Теперь можно смело сохранить полученный спектр при максимальном входном уровне (до наступления клиппинга) и проанализировать.

Для сохранения спектра необходимо щелкнуть в основном окне программы правой кнопкой мыши и выбрать пункт «Take Spectrum screen shot» (Снимок/скриншот экрана спектра) и в появившемся окне выбрать в меню «File» (Файл) пункт «Save»(Сохранить), ввести название сохраняемого спектра, пусть сохранения и подтвердить сохранение.

Спектр сигнала для левого канала (канал А) используемого мной звукового тракта при максимальном допустимом входном уровне показан на фото ниже.

Спектр сигнала канала А.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

По спектру можно сделать вывод о том, что суммарный коэффициент гармоник канала А равен 0.0073% (указан в верхнем левом углу программы), а уровень самой высокой гармоники, 2-й, относительно 1-й (основной генерируемой частоты) приближённо равен – 80 дБ. Так же на спектре наблюдаются и другие высшие гармоники с уровнями относительно 1-й гармоники равными -90 дБ и ниже.

Далее необходимо аналогично снять спектр сигнала и для второго (правого, канала В) канала звуковой карты. Смену канала можно произвести на панели быстрого доступа к основным функциям программы в правой части основного окна программы либо в меню основных настроек программы на вкладке «Main» в выпадающем меню «Cnannel(s)».

Спектр сигнала для правого канала используемого мной звукового тракта при максимальном допустимом входном уровне показан на фото ниже.

Спектр сигнала канала В.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

По спектру можно сделать вывод о том, что суммарный коэффициент гармоник канала В равен 0.0069%, а уровень самой высокой гармоники, 2-й, относительно 1-й приближённо равен – 80 дБ. Так же на спектре наблюдаются и другие высшие гармоники с уровнями относительно 1-й гармоники равными -90 дБ и ниже с практически идентичным распределением по уровням (амплитудам гармоник).

По приведённым спектрам можно сделать вывод о том, что каналы имеют незначительное различие по коэффициенту гармоник (на уровне погрешности измерений) и данным различием можно пренебречь при практических измерениях, что является отличным результатом.

Так же однозначно можно сказать, что в большинстве радиолюбительских ситуаций и применений такие незначительные уровни гармоник можно просто не учитывать.

Для оценки изменения коэффициента гармоник в зависимости от входного и выходного уровней сигнала в звуковом тракте снимем ещё 2 дополнительных спектра. Спектры будем снимать при уровне сигнала равном половине от максимально-допустимого входного уровня.

Итак, вновь переключитесь для работы на канал А, как это было описано выше, после чего уменьшите любым вышеописанным способом уровень выходного сигнала ровно в 2 раза. Далее необходимо вновь привести спектр сигнала в удобную для просмотра и анализа форму и сохранить.

Спектр сигнала для канала А используемого мной звукового тракта при половинном входном уровне показан на фото далее.

Спектр сигнала канала А.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

По спектру можно сделать вывод о том, что суммарный коэффициент гармоник канала А равен 0.0072%, а уровень самой высокой гармоники, 2-й, относительно уровня 1-й гармоники приближённо равен – 80 дБ.

Так же следует отметить, что вместе с уменьшением входного и выходного уровней сигнала (при уменьшении выходного уровня сигнала автоматически уменьшается и входной т.к. выход звуковой карты напрямую соединён с её входом) в тракте ещё сильнее уменьшился уровень высших гармоник выше 5-й. По спектру хорошо видно, что уровень данных гармоник лежит ниже -110 дБ относительно уровня 1-й гармоники и теряется за собственными шумами применённой звуковой карты в выбранном режиме работы.

Аналогичную процедуру необходимо провести и с каналом В используемого звукового тракта.

Спектр сигнала для канала В используемого мной звукового тракта при половинном входном уровне показан на фото далее.

Спектр сигнала канала В.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

По спектру можно сделать вывод о том, что суммарный коэффициент гармоник канала А равен 0.0071%, а уровень самой высокой гармоники, 2-й, относительно 1-й приближённо равен – 80 дБ.

По приведённым спектрам можно сделать вывод о том, что при снижении уровней входного и выходного сигналов различие между коэффициентами гармоник каналов ещё сильнее нивелируется. Суммарный же коэффициент гармоник практически не изменяется т.к. основной вклад в него вносят первые 3 высших гармоники (а их уровень при изменении уровней входного и выходного сигналов практически не изменяется).

Постоянство коэффициента гармоник, а так же уровня основных доминирующих гармоник при изменении входного и выходного уровней сигнала в используемом измерительном тракте – это достаточно хороший плюс т.к. всегда можно сделать дополнительную коррекцию на данную величину, повысив тем самым точность и достоверность полученных результатов измерений параметров исследуемого устройства.

Если у Вас звуковая карта поддерживает разрядность равную 24 бит (пункты 9, 10), то дополнительно будет целесообразно проверить даёт ли использование данного режима какие-либо реальные преимущества по сравнению с 16 битным режимом.

Для активации 24-х битного режима предварительно отключите генерирование сигнала встроенным генератором сигналов. Для этого окне генератора сигналов в правом нижнем углу щёлкните по кнопке «Off» (которая сменится при этом на кнопку «On»).

Далее измените разрядность АЦП и ЦАП используемых по умолчанию устройств с 16 бит на 24 бит (пункты 14 и 26). Теперь вновь можно активировать работу генератора сигналов и сгенерировать синусоидальный сигнал, а так же повторить все измерения спектров сигнала для обоих каналов измерительного комплекса, как это было описано чуть ранее, для режима максимального и половинного выходного сигнала.

Спектр сигнала канала А используемого мной звукового тракта при максимальном входном уровне и разрядности 24 бит показан на фото ниже.

Спектр сигнала канала А.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

По спектру видно, что суммарный коэффициент гармоник канала А равен 0.0075%, а уровень самой высокой гармоники, 2-й, относительно 1-й приближённо равен – 80 дБ.

Спектр сигнала канала B используемого мной звукового тракта при максимальном входном уровне и разрядности 24 бит показан на фото ниже.

Спектр сигнала канала В.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

По спектру видно, что суммарный коэффициент гармоник канала В равен 0.0079%, а уровень самой высокой гармоники, 2-й, относительно 1-й приближённо равен – 80 дБ.

Спектр сигнала канала А используемого мной звукового тракта при половинном входном уровне и разрядности 24 бит показан на фото далее.

Спектр сигнала канала А.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

По спектру видно, что суммарный коэффициент гармоник канала А равен 0.0080%, а уровень самой высокой гармоники, 2-й, относительно 1-й приближённо равен – 80 дБ.

Спектр сигнала канала B используемого мной звукового тракта при половинном входном уровне и разрядности 24 бит показан на фото ниже.

Спектр сигнала канала В.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

По спектру видно, что суммарный коэффициент гармоник канала «B» равен 0.0079%, а уровень самой высокой гармоники, 2-й, относительно 1-й приближённо равен – 80 дБ.

По приведённым спектрам сигналов можно сделать вывод о том, что различие каналов по коэффициенту гармоник в 24-х битном режиме так же остаётся на уровне погрешности измерений.

Если внимательно рассмотреть спектры сигналов и сравнить их со спектрами приведёнными для 16-битного режима работы, то на первый взгляд может показаться, что уровень высших гармоник значительно возрос и дополнительно появились новые гармоники выше 5-й.

На самом деле нет, гармонический состав и уровень высших гармоник остался практически тем же, просто при переходе с 16-и битного на 24-х битный режим работы увеличился динамический диапазон и уменьшился уровень собственных шумов измерительного комплекса.

По спектрам, приведённым для 16-битного режима хорошо видно, что шумовая полка (уровень шумов, являющийся практически белым шумом) лежит на уровне -120…-125 дБ относительно уровня 1-й гармоники в то время как для 24-х битного режима уровень шумовой полки около -135…-140 дБ, что на 10 дБ ниже.

Отсюда следует очевидный вывод – при использовании 16-битного режима работы высшие гармоники выше 5-й просто терялись за уровнем собственных шумов измерительного комплекса и стали видны при переходе на 24-х битный режим работы.

Что же касается целесообразности использования 24-х битного режима для измерений спектров исследуемого сигнала, то я считаю его использование в моём случае практически не целесообразным т.к. данный переход всего на 10 дБ увеличивает динамический диапазон измерительного комплекса.

Кроме того гармоники небольшого уровня в любом случае не могут быть измерены т.к. они потеряются за собственными искажениями звуковой карты.

Единственным плюсом 24-х битного режима является увеличение точности встроенного True RMS вольтметра для сигналов сложной формы.

Если же у Вас при тестировании звуковой карты при переходе с 16 битного на 24-х битный режим работы не появляются ранее замаскированные шумами высшие гармоники, то Вы смело можете использовать данный режим для повышения точности измерений [15, 16].

Вторым параметром, который необходимо оценить при тестировании измерительного комплекса – это его амплитудно-частотная характеристика (АЧХ).

Как я уже писал ранее, теоритический предел полосы пропускания измерительного комплекса не может быть выше половины частоты дискретизации используемого входного и выходного устройств.

В реальности же даже при частоте дискретизации в 96/192 кГц полоса пропускания может быть искусственно ограничена встроенным фильтром низких частот (ФНЧ. В том числе и цифровым либо програмным) на уровне 21-24 кГц.

Перед измерением АЧХ рассмотрим существующие методики измерения. Итак, основных методик измерения АЧХ существует всего 2:

1. - измерение АЧХ скользящим (ступенчатым) синусоидальным сигналом;

2. - измерение АЧХ по огибающей белого шума на выходе исследуемого устройства.

Суть первой методики заключается в том, что на вход исследуемого устройства подается синусоидальный сигнал фиксированной амплитуды с изменяемой линейно либо ступенями частотой (так называемый свип-тон, сигнал с ГКЧ). При прохождении сигнала через устройство амплитуда сигнала на каждой частоте будет изменяться в соответствии с АЧХ исследуемого устройства. На выходе исследуемого устройства фиксируется амплитуда сигнала на каждой частоте – таким образом получается готовая АЧХ исследуемого устройства.

Суть второй методики заключается в том, что на вход устройства подается белый шум, спектральная плотность которого является величиной постоянной в полосе действия шума. Другими словами, спектр сигнала является сплошным с равными амплитудами всех гармоник. Соответственно, огибающая спектра белого шума – это ни что иное как прямая. [17, 18, 19, 20, 21].

Таким образом, проходя через устройство спектральные компоненты белого шума усиливаются либо ослабляются в соответствии с формой АЧХ исследуемого устройства. При это меняется форма огибающей спектра сигнала на выходе, принимая форму АЧХ исследуемого устройства.

Сразу следует оговориться, что получить АЧХ в измерительном комплексе Visual analyser можно обоими способами, но предпочтительнее использовать второй т.к. первый способ дает значительную погрешность на низких частотах (существуют и другие незначительные дефекты при построении АЧХ подобным способом).

Итак, для построения АЧХ нам необходимо в генераторе сигналов измерительного комплекса в качестве генерируемых сигналов выбрать «белый шум» (White noise, белый шум, пункты 22, 24) после чего можно запустить генератор сигналов.

Далее для получения огибающей белого шума необходимо либо установить галочку «Hold» (Удерживать) на панели в правой части основного окна программы (фото окна быстрого доступа к основным функциям комплекса, приведённое выше либо пункт 17 – Peak Hold) либо установить максимальное доступное усреднение выводимого на экран спектра на той же панели (Average, пункт 19 – Average real time. В моём случае максимальное усреднение равно 200).

Первый способ получения огибающей спектра сигнала на выходе исследуемого устройства полностью соответствует теоритическому определению огибающей как таковой, но его применение лишает возможности использовать некоторые функции настройки отображения спектра в окне, описанные ранее.

Второй способ дает незначительную погрешность в измерениях (которой можно пренебречь), которая тем меньше, чем больше время усреднения, но зато позволяет в полной мере использовать все настройки отображения спектра в окне. Я рекомендую Вам использовать именно второй способ.

На скрине ниже показана АЧХ канала А используемого мной звукового тракта.

АЧХ канала А.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

По скрину видно, что полоса пропускания канала А по уровню -3 дБ простирается примерно от 3 Гц до 45 кГц.

На скрине далее показана АЧХ канала В используемого мной звукового тракта.

АЧХ канала В.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

По скрину видно, что полоса пропускания канала В по уровню -3 дБ практически аналогична, за небольшим изменением в области верхней границы полосы пропускания (различие около 1-1.5 дБ).

По приведённым АЧХ можно сделать вывод о том, что каналы данной звуковой карты достаточно идентичны между собой, обладают широкой полосой пропускания и не содержат встроенного фильтра низких частот, значительно ограничивающего полосу пропускания.

Последним третьим параметром измерительного комплекса, который необходимо протестировать является реакция на прямоугольный импульс (переходная функция усилителя).

По переходной функции усилителя можно определить скорость нарастания сигнала на выходе исследуемого устройства, устойчивость усилителя в целом (запас по фазе), форму АЧХ в общем виде, наличие резонансных явлений и некоторые другие параметры [22, 23, 24].

Для «измерения» реакции на прямоугольный импульс необходимо в генераторе сигналов выставить форму генерируемого сигнала «Square» (прямоугольный сигнал) для обоих каналов измерительного комплекса (пункты 22, 24). После этого можно запустить генератор сигналов и в окне осциллографа (верхняя половина основного окна программы) будет отображена форма сигнала после прохождения по звуковому тракту.

Для установки масштабов по осям X и Y необходимо зайти в меню основных настроек программы (Setting) и перейти на вкладку «Scope» (Масштаб). Перед Вами появится окно, показанное на фото ниже.

Окно настроек осциллографа.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

В левой части данного окна расположены настройки масштабов для левого и правого каналов звуковой карты. Данные настройки можно задавать независимо друг от друга.

Ползунок «Vpos» отвечает за перемещение начала координат (относительно которого строится график, но не координатной сетки как таковой) относительно положения экрана по оси Y. Данная настройка аналогична смещению луча по оси Y обычного осциллографа.

Ползунок «mc/d» отвечает за изменение масштаба отображения графика по оси X и является полным аналогом переключателя «время/дел.» обычного осциллографа.

Ползунок «Zoom» отвечает за масштабирование графика по оси Y, что является аналогом переключателя «Вольт/дел.» обыкновенного осциллографа.

Используя данные ползунки Вам необходимо настроить отображение так, что бы с графиками было удобно работать визуально после чего необходимо правой кнопкой мыши щёлкнуть в основном окне программы и выбрать пункт «Take Scope screen shot» (Снимок/скриншот экрана осциллографа). Перед Вами появится скриншот экрана осциллографа. Сохранение осциллограммы производится аналогично сохранению спектра сигнала, поэтому подробно его рассматривать не будем.

Итак, на скрине ниже представлена реакция канала А используемого мной тракта на прямоугольный импульс.

Реакция канала А на прямоугольный импульс.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

По скрину видно, что на фронтах сигнала практически отсутствуют выбросы и их величиной можно пренебречь. Сама же реакция усилителя апериодическая, что говорит о хорошей устойчивости усилителя.

Вершина прямоугольного импульса практически плоская, не имеющая наклонов, провалов и подъёмов, что говорит о широкой полосе пропускания усилителя без заметных отклонений АЧХ от линейной в полосе пропускания звукового тракта (что подтверждается измеренной ранее АЧХ).

Кроме того на вершине импульса наблюдается небольшой колебательный процесс (так называемый звон). Данный звон незначителен и им так же можно пренебречь. Данный звон связан с особенностями синтеза прямоугольного сигнала в ЦОС (цифровой обработке сигналов).

На скрине ниже представлена реакция канала В используемого мной тракта на прямоугольный импульс.

Реакция канала В на прямоугольный импульс.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

По скрину видно, что представленный прямоугольный сигнал полностью идентичен сигналу канала А, что так же подтверждает высокую идентичность каналов звуковой карты.

Подводя итог проведённой работы можно сделать общий вывод: применённая звуковая карта обладает достаточно неплохими для любительских целей параметрами и позволяет проводить большинство измерений с достаточно высокой точностью во всей полосе звуковых частот.

Для измерения АЧХ данную карту можно применять в полосе частот от 3-5 Гц до 40-45 кГц. Для измерения спектров исследуемых сигналов карта пригодна для измерений при уровне гармоник вплоть до -80 дБ в среднем. По суммарному коэффициенту гармоник данная звуковая карта позволяет измерять искажения вплоть до коэффициента гармоник, в 3-5 раз выше, чем собственный коэффициент гармоник самой звуковой карты т.е. вплоть до 0.024-0.04%, чего достаточно в большинстве любительских ситуаций.

В следующей части данной статьи я расскажу Вам об измерении целого комплекса параметров лампового усилителя на примере реального усилителя.

На этом на сегодня всё, с уважением, Андрей Савченко.


Список использованной литературы


1. Случайные величины и их распределения
2. Функция распределения
3. Кириличев Б.В. Моделирование систем: Учебное пособие. М.: МГИУ, 2009. 274 с.
4. Нормальное распределение
5. Нормальное распределение
6. Тема оформления
7. NYS 231, Штекер аудио 3,5мм стерео на кабель
8. NP-144 (7-0018) (K304H), Аудио штекер (СТ) металл 3.5 мм
9. BW7820, Кабель микрофонный
10. 01-6029 (LCM-12BK), Кабель микрофонный
11. КММ 2х0.35, Кабель микрофонный
12. Основы анализа спектра
13. Спектральный анализ сигналов
14. Амплитудный спектр сигнала. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ)
15. Параметры цифрового звука
16. Оцифровка звука
17. Белый шум
18. Белый шум (колебания)
19. Модели случайных сигналов и помех
20. Волновые формы
21. Огибающая спектра периодического сигнала
22. Переходная характеристика
23. Прохождение импульсов через линейные цепи
24. Массовая радиобиблиотека (МРБ), выпуск 1086, Почему появились искажения? (2-е изд.), Соболевский А.Г., 1985 год.



Поиск по сайту