ELEKTROAKUSTIKA


Elektroakustika

Sustavi ozvučenja


HOME

Site map

Contact Us


ELEKTROAKUSTIKA

Informacije za studente Sveučilišta u Splitu, Odjel za stručne studije, predmet: Elektroakustika

Neka ispitna pitanja


KRATKI SADRŽAJ LABORATORIJSKIH VJEŽBI

Sve sheme spajanja i dobiveni rezultati mjerenja elektroakustičkih uređaja nalaze se u skripti

Laboratorijske vježbe (Adobe Acrobat 2.424KB)


VJEŽBA 1

OSNOVE SIGMA-DELTA MJERNOG SUSTAVA

Upoznat ćemo se sa osnovama računarskog mjernog sustava: PC karticom, mjernim mikrofonom, spojnim kablovima, osnovnim tehničkim karakteristikama.

Nakon što računalo dostigne radnu temperaturu tako što će ostati uključeno bar 15-20 minuta, moguće je započeti postupak kalibracije. Da bi kalibrirali sustav potrebno je spojiti Izlaz A s Ulazom A. Ovaj spoj treba držati cijelo vrijeme izvođenja kalibracije.

Izvedimo prvo ispitno mjerenje: generiranje i mjerenje sinusnog signala frekvencije 1 kHz. Kliknimo na ikonu generatora za reprodukciju tvornički podešenog signala sinusa od 1 kHz. Nakon toga pritiskom na F4 aktiviramo multimetar.

Ako je sve u redu, trebali bi dobiti očitanje od cca. 0.77(5) V ili oko -2.2 dBV, što je tvornički podešena vrijednost razine sinusnog signala.

Ako iz File izbornika izaberemo opciju Calibration, te potvrdno odgovorimo na početni upit, pokrenit ćemo automatski postupak kalibracije sustava koji traje nekoliko minuta. Postupak je u potpunosti automatiziran pri čemu nam indikatori pokazuju obavljene postupke pri kalibraciji sustava. Nakon izvršene kalibracije mjerni sustav je spreman za rad. Na kraju postupka kalibracije moguće je potvrditi kalibraciju sustava sa dva jednostavna mjerenja.

POTVRDA POSTUPKA KALIBRACIJE

Kako bi potvrdili točnost kalibracije, prvo je potrebno provjeriti da je izlaz generatora postavljen na 0dBu. Nakon toga kliknemo na dugme MLS kako bi aktivirali MLS upravljački panel. Pritiskom na dugme Go izvodi se MLS mjerenje frekvencijskog odziva. Nakon 1 sekunde trebali bi dobiti rezultat mjerenja: ravnu plavu liniju, kao na gornjoj slici.

Kliknemo li na krivulju možemo očitati amplitudu izmjerenog signala oko -5.2dBV. To je točna vrijednost izlazne razine MLS signala ako je generator podešen na 0dBu.

Nakon toga kliknemo na dugme Sinusoidal kako bi aktivirali upravljački panel sinusne analize. Kliknemo li Go izvršit će se mjerenje frekvencijskog odziva sinusnom pobudom i nakon cca. 25 sekundi, dobit ćemo krivulju odziva u obliku ravne plave linije. Kliknemo li mišem na liniji, možemo očitati razinu od -2.2 dBV, što je točna vrijednost sinusnog signala na izlazu generatora ako je izlaz postavljen na 0 dBu.

Za potpuno točnu kalibraciju potrebno je još provjeriti fazni odziv oba mjerenja. Pritisnemo li dugme faznog odziva dobit ćemo ravnu crvenu liniju faznog odziva. Očitanje faze treba biti oko 0 stupnjeva u oba slučaja.

OSNOVNI NAČINI SPAJANJA

Da bi omogućili ispravno spajanje mjernog sustava na vanjske uređaje, mjerna kartica ima četiri RCA priključka. Dva donja, J1 i J2, su izlazi. Gornji, J3 i J4 su ulazi. Mjerni sustav je dvokanalan i može istovremeno obrađivati dva ulazno/izlazna kanala.

PRIKLJUČENJE MJERNOG MIKROFONA

Za akustička mjerenja najbolje je mikrofon MIC-2 direktno spojiti na ulaz mjernog sustava. U tom slučaju nužno je prije mjerenja, uključiti napajanje kondenzatorskog mikrofona tako što će se kliknuti na dugme na traci sa zadaćama. Prikazana glava mikrofona će promijeniti boju iz zelene u crvenu. Praksa je pokazala da je dobro sačekati neko vrijeme prije nego se započne sa akustičkim mjerenjima kako bi se napon mikrofona stabilizirao.

Ako je mjerna točka udaljena od računala s mjernim sustavom produžite kabel između predpojačala i mjernog sustava, a ne mjerne kablove.

 


VJEŽBA 2

IZBORNIK I SUČELJE SIGMA DELTA MJERNOG SUSTAVA

REGISTRIRANE ARHIVSKE EKSTENZIJE

Pri instaliranju programa windowsi registriraju nekoliko arhivskih sufiksa koji omogućavaju lako određivanje i traženje pojedinih arhiviranih rezultata mjerenja. To su slijedeći sufiksi

  • MLS aktivira arhiv frekvencijskog odziva (*.mls) i arhiv (*.mlsi)
  • FFT aktivira FFT arhiv (*.fft) i RTA arhiv (*.rta)
  • Sinusoidal aktivira arhiv frekvencijskog odziva (*.sin), arhiv impedancije (*.sini), arhiv sinusnog frekvencijskog odziva (*.frs) i arhiv impedancije (*.imp).

Pohranjene arhive možemo izabrati iz padajućeg izbornika izbornika Tip arhiva unutar otvorenog okvira za dijalog.

GLAVNO MJERNO SUČELJE

Za prikaz i upravljanje svim izmjerenim vrijednostima koristi se grafičko korisničko sučelje. Ovo glavno mjerno sučelje (Common Interface CMI) koristi FFT, MLS i Sinusni izbornik. Potpuno razumjevanje ponašanja i mogućnosti mjernog sučelja omogućava optimalno korištenje mjernog sustava. aktivna krivulja, zoom i upravljanje overlayom.

Sa strana i ispod aktivne krivulje nalaze se skale: frekvencija ili vrijeme i marker indikatori. Jedna od dvije Y skale iste je boje kao i aktivna krivulja na koju se odnosi.

Marker indikatori daju očitanja aktivne krivulje u bilo kojoj točki. U ovisnosti o aktivnom mjerenju (npr. Time Data ili FFT) ne moraju biti prisutni svi opisani objekti. Frekvencijska podjela može biti logaritamska ili linearna, a u nekim slučajevima mogu biti prikazana i dva različita grafa.

ZUMIRANJE

  1. Aktivirajte Zoom+ dugme.
  2. Postavite miša na početak dijela krivulje kopju želite zoomirati i pritisnite lijevo dugme.
  3. Zadržavajući lijevo dugme pritisnuto povlačite miša do druge željene točke.
  4. Nakon što ste došli do druge željene točke otpustite dugme.
  5. Zapamtite da lijevo dugme mora biti pritisnuto dok pomičete miša od 2. do 4.


VJEŽBA 3

MULTIMETAR SIGMA-DELTA MJERNOG SUSTAVA

Mjernom sustavu multimetar omogućava funkcionalnost.

  • Zvukomjera sa A i C filtrima (dBSPL, dBA, dBC)
  • Milivoltmetra (V, dBV, dBu, dBr)
  • Frekvencijskog brojača (Hz)
  • Mjerača izobličenja (%, dB)
  • L-C-R mosta (H, uF, Ohm)

U bilo kojem trenutku, prečacem F4, moguće je pozvati multimetar, koji pored navedenih, ima i mogućnost upravljanja generatorom te akvizicije opće referencijalne razine. To su funkcije vrlo velikog značaja pri svim ostalim mjerenjima.

Aktiviramo li simbol povećala moguće je provjeriti sve vrijednosti koje istovremeno mjeri Multimetara. Za svaki parametar moguće je izabrati različite jedinice. Npr. ukupno harmonijsko izobličenje THD može se prikazati u postocima ili u dB. Nakon toga moguće je izabrati ulazni kanal i vrijeme integracije. Parametar integracija djeluje na brzinu izvođenja mjerenja. Brza integracija podrazumjeva eksponencijalno usrednjavanje od 125 ms, a sporo podrazumjeva eksponencijalno usrednjavanje u trajnaju 1 s. Program aproksimira konstante mjerenjem brzine računala. Ovaj način rada koristit ćemo za mjerenje izobličenja.

UPRAVLJANJE GENERATOROM

Generatorom se može upravljati putem trake sa zadaćama uključivanjem i isjključivanjem. Pored toga dostupne su slijedeće funkcije.

SIN

Generira trenutno podešenu sinusoidu. Tvornički podešena vrijednost sinusoide je kontinuirano 1000Hz.

2SIN

Generira trenutno podešen dvotonski signal. Tvornički podešena vrijednost je 1000Hz + 2000Hz, amplitude po 50%

MLS

Generira trenutno podešenu MLS sekvencu. Tvornički podešena vrijednost je 16383 MLS sekvenca.

WHITE

Generira signal bijelog šuma - white.sig arhiv.

PINK

Generira signal roza šuma - pink13.sig arhiv.

FILE

Generira signal trenutno podešenog arhiva. Tvornički podešen arhiv je all4096.sig.

SET

Ulazi u padajući izbornik generatora

+0.1dB

Povećava izlaznu razinu za 0.1dB. SHIFT+F8 ili SHIFT+ dugme glavne trake sa zadaćama.

+1dB

Povećava izlaznu razinu za 1dB. F8 dugme glavne trake sa zadaćama.

-1dB

Smanjuje izlaznu razinu za 1dB. F8 ili dugme glavne trake sa zadaćama.

-0.1dB

Smanjuje izlaznu razinu za 0.1dB. SHIFT+F8 ili SHIFT+ dugme glavne trake sa zadaćama.

TZV. MINIMIZIRANO STANJE I MJERENJE UKUPNOG HARMONIJSKOG IZOBLIČENJA

Multimeter može raditi u tzv. minimiziranom stanju. Takav način rada izuzetno je koristan ako istovremeno mjerimo ukupno harmonijsko izobličenje sinusnog signala dok prikazujemo frekvencijski spektar. Da bi smo to uradili potrebno je aktivirati FFT i Multimetar ipritisnuti Go u FFT. Naredba će pokrenuti oba mjerenja. Unutar Multimetra izaberemo THD i pritisnemo dugme za minimiziranje.

ZVUKOMJER - SOUND LEVEL METER

Izaberemo li kao mjerni parametar tlak Pressure, Multimetar dobije funkcionalnost preciznog zvukomjera. Moguć je izbor tri tipa mjernih jedinica dBSPL, dBA i dBC. dBSPL je direktno prikazivanje zvučne razine u odnosu na referencijalni zvučni tlak od 20uPa. Prije nego priključite mjerni mikrofon potrebno je mjernom sustavu definirati osjetljivost mikrofona, kako bi dobili točne rezultate.

dBA i dBC su frekvencijski filtri kojima se procjenjuje buka okoline. U ovim primjerima programski postproces primjenjuje filtriranje u skladu sa normama IEC-651.

LCR METER

LCR metar je poseban način rada Multimetra pri kojemu je moguće izmjeriti vrijednosti induktiviteta, kondenzatora i otpronika. Ovo mjerenje vrši se u tzv. Internal Modu.

Pri ovom načinu rada Multimetar upravlja napoonskim generatorom i nakon početka mjerenja generira niz sinusnih napona promjenjive frekvencije. To ima za cilj određivanje optimalne frekvencije pri kojoj se izvodi mjerenje. Frekvencija se prikazuje uz izmjereni parametar.

MJERENJE OTPORA, INDUKTIVITETA I KAPACITETA

Mjerenje vrijednosti induktiviteta izvodi se spajanjem prema slici i pritiskom na funkciju Go. Pri tome je najvažnije zadržati dobar spoj aligatora i induktiviteta. Nakon nekoliko sekundi stabilizira se mjerna frekvencija i prikazuje se finalni rezultat.

Potpuno isti postupak primjenjuje se pri mjerenju kondenzatora i otpornika, ali prethodno mjernom sustavu definiramo element koji mjerimo.

INTERAKCIJA MULTIMETRA I FFT

Multimetar i FFT koriste iste jedinice pri uzimanju i obradi podataka. Pri izvođenju mjerenja Multimetar programira FFT rutine i mijenja podešenost upravljačkog FFT panela kako bi se zadovoljile potrebe Multimetra, a nakon toga u pozadini se pokreće FFT mjerenje.

Oba upravljačka panela mogu se istovremeno otvoriti međutim, uvijek je FFT master, a Multimetar slave. U takvim okolnostima upravljački panel Multimetra se mijenja u 'Multimetar (FFT slave), a Stop i Go funkcije Multimetra se deaktiviraju, dok aktivne postaju funkcije FFT upravljačkog panela. Istovremeno ulazni kanali prate podešenost FFT panela, a podešavanje vremena integracije postaje bez značaja. korisnik, sva podešavanja onda vrši preko FFT integracije i usrednjavanja.

Pri ovakvom načinu rada nije moguće koristiti LCR metar jer on funkcionira na različitom principu rada. Nakon završetka rada s FFT upravljačkim panelom, Multimetar se otpušta iz stanja "slave" te postaje potpuno funkcionalan i spreman za samostalan rad.


VJEŽBA 4

ELEKTROAKUSTIČKA MJERENJA PRIMJENOM FFT ANALIZE

Izborom naredbe FFT u traci sa zadaćama glavnog izbornika aktivira se FFT analiza (Fast FourierTransform) ili Brza Furierova transformacija ulaznog signala u cilju određivanja frekvencijskog sadržaja signala.

Prikažemo li obrađene podatke uskopojasno tj. u 1/3 oktavno ili 1/6 oktavnim frekvencijskom pojasevima, mjerni uređaj se pretvara u tzv. RTA (real-time) ili analizator u realnom vremenu.

Mjerni sustav ima mogućnost istovremenog prikaza dva kanala u frekvencijskom i vremenskom području uz izbor frekvencije uzorkovanja od 51200 Hz do 6400 Hz.

RTA rad dobije se izborom frekvencijske osi (1/3 ili 1/6 oktave umjesto kontinuiranog prikaza) pri ćemu se naslov FFT panela promijeni u 'FFT 1/3 OCTAVE' ili 'FFT 1/6 OCTAVE'.

Ako ne koristite mjerni sustav kao generator šum obratite posebnu pozornost izvoru šuma. Najbolji izvori šuma su signal generatori ili test CD. Međutim, potrebno je posvetiti pozornost kako mnogi CD-ROM i DVD-ROM reproduktori ne mogu dati dovoljno kvalitetan signal na izlazu. bolje je korisititi zaseban CD reproduktor. Pri RTA mjerenjima upotrebljavajte najmanje 16k FFT, želite li dobiti dobre rezultate sve do 20 kHz. FFT analiza u manjem broju točaka dati će pogrešne rezultate.

USREDNJAVANJE

Funkcija usrednjavanja ima vrlo veliku ulogu pri FFT i RTA analizi signala u prisustvu šuma. Nadalje, uloga usrednjavanja je vrlo važna i pri analizi prostorno usrednjenih mjerenja. Mjerni sustav ima vrlo velike mogućnosti usrednjavanja. Sam pojam usrednjavanja označava sumiranje signala i dijeljenje broj sumiranja.

OSCILOSKOP (TIME DATA)

Vremensjki prikaz signala je pomoćni prikaz FFT i RTA mjerenja. Na slici je prikazana sinusoida frekvencije 100 Hz, analizirana sa 16K FFT.

FFT I MULTIMETAR

FFT i Multimetar dijele istu akvizicijsku i procesnu jezgru te mogu raditi u paru, pri ćemu je FFT upravljački panel Master, a Multimetar slave. Pri ovakvom načinu rada nisu aktivne funkcije Multimetra Go i Stop, međutim pokretanjem FFT akvizicije signala aktivira se i Multimetar, a zaustavljanjem FFT, zaustavlja se i Multimetar.

 


VJEŽBA 5

ELEKTROAKUSTIČKA MJERENJA PRIMJENOM MLS ANALIZE

 

MLS analiza ili Maximum Length Sequences je vrlo snažna mjerna tehnika temeljena na analizi linernih sustava poznavanjem impulsnog odziva sustava. Dakle, to je analiza u vremenskom području. Informacija o frekvencijskom odzivu sustava dobije se izračunavanjem brze Furierove transformacije impulsnog odziva. Budući da su najvažnije informacije pri analizi u vremenskom području, MLS metoda prikladna je za izračunavanje frekvencijskog odziva zvučnog tlaka zvučnika u uvjetima bez refleksija, dok se mjerenje može izvršiti u običnoj ječnoj prostoriji. Istovremeno MLS metoda omogućava potpunu procjenu svih parametara akustike prostora.

MJERNA RAZINA

Nakon što otvorimo MLS izbornik, uočit ćemo krivuljakoji na apcisi (x osi) ima frekvenciju. Iako je MLS mjerenje u vremnskom području, ovakav pristup pojednostavljuje pristup analizi. Ovakvim načinom korisnik može ignorirati najveći broj podešavanja koja smo spomenuli u prethodnom poglavlju te direktno dobiti najvažniju informaciju - frekvencijski odziv mjerenog sustava.

MLS VELIČINA

MLS size je broj točaka koji definiraju MLS sekvencu. U smislu generiranja digitalnih signala to predstavlja broj uzoraka prijo nego signal ponovno ne krene od početka.

Pri mjerenju moguće je izabrati MLS veličine od 4k do 128k. Stvaran broj točaka onda je 4096 do 131072. Sa aspekta korisnika vrlo je važno odrediti vremensko trajanje impulsa, što ovisi o frekvenciji uzimanja uzoraka. Podijelimo li broj točaka sa frekvencijom uzimanja uzoraka dobit ćemo trajanje impulsa u sekundama. Tvornički podešena vrijednost MLS veličine je 16k i 51200 Hz, iz ćega prozilazi trajanje impulsa 16384/51200=0.32 sekundi.

MJERENJE MODULA IMPEDANCIJE

Izmjerit ćemo i modul impedancije koristeći tvornički podešene vrijednosti. Jedino što treba napraviti je promijeniti Y skalu u ome. Izmjerit ćemo bas koristeći frekvenciju uzorkovanja od 51.2 kHz i 6.4 kHz, a veličinu od 16k. Izlazna razina podešena je na +12 dB.

AKUSTIČKI FREKVENCIJSKI ODZIV

Do sada smo mjerenja vršili koristeči spojne kablove, a sad ćemo mo vršiti akustička mjerenja. Za tu namjenu nužno su nam potrebni mjerni mikrofon i pojačalo snage.

Ovdje je točan izbor radne razine izuzetno kritičan. Pretpostavimo pojačalo čije je pojačanje 30dB. Ako generator mjernog sustava podesimo na izlaznu razinu od 0dB, pojačalo će dati na izlazu kontinutranu snagu od cca. 40W/8 oma. Visokotonski zvučnik će sigurno pregoriti. Ako pojačalo ima manju snagu, s visokom naponskom pobudom uči će u zasičenje i visokotoanc će uslijed odrezivanja izgoriti još brže. Kako bi smo izbjegli oštečenja potrebno je aktivirati ulazni Autorange, otvoriti multimetar, izabrati Pressure iz padajučeg izbornika Parametri. Nakon toga dobit ćemo razinu šuma okoline, što prikazuje slijedeći graf:

Nakon toga podesimo izlaznu razinu generatora na vrlo nisku vrijednost, recimo -30 do -40 dB. Aktivirajte MLS signal i povećavajte izlaz generatora dok se ne dosegne vrijednost 85 do 90 dB razine zvučnog tlaka. Pri tome mjerenju mikrofon treba biti udaljen cca. 0.7 do 1.0 metara od zvučnika.

Nakon toga vratimo se na MLS izbornik, izaberemo dB razine zvučnog tlaka kao ordinatu (Y skala) i kliknemo Go.

Ovaj krivulja prikazuje frekvencijski odziv zvučnika i prostorije u kojoj smo izvršili mjerenje, a taj rezultat daleko je od odziva zvučnika. Da bi dobili odziv samog zvučnika bez efekata refleksija, potrebno je ispitati vremensko područje. Kliknemo li na Time Domain dugme dobijemo slijedeće grafove. Zoomirali smo prvih 11 ms i rastegnuli Y skalu.

Na grafu nakon otprilike 7.3 ms vidljiva je prva refleksija od poda. Postavimo marker na 6.8 ms, što je vrijeme upravo prije prve refleksije i na to mjesto postavimo Stop window. Takvim načinom simuliramo prostor bez refleksija jer će mjerni sustav odbaciti sve vrijednosti nakon prve refleksije. Nakon toga kliknemo na dugme Frequency Domain i dobijemo graf:

Odziv je sada mnogo bolji i predstavlja odziv bez refleksija, kao u prostoru bez refleksija. Međutim, niskofrekvencijski odziv je predobar za tako mali zvučnik. Uzrok tome je odrezivanje dijela impulsa u kojem je bila pohranjena niskofrekvencijska informacija.

Prijelazna frekvencija između značajnih i beznačajnih podataka računa se recipročnom vrijednosti izabrane dužine impulsa. U našem slučaju dužina izabranog dijela impulsa iznosila je 6.8 ms. 1/0.0068=147 Hz. Međutim, u ovom računu nismo uzeli u obzir prve 2ms impulsa, što je vrijeme preleta - vrijeme potrebno da zvuk dođe od zvučnika do mikrofona. To vrijeme ne nosi nikakvu korisnu informaciju. Međutim, mogli smo podesiti i impuls kao na slijedećoj slici što ne bi djelovalo na na frekvencijski odziv, ali bi fazni odziv bi promijenjen.

Dakle, točan proračun glasi: 1/(0.0068-0.002)=208.33Hz. U prostoriji u kojoj smo vršili mjerenje najmanja dimenzija je visina. Najbolje mjesto za zvučnik, onda je na visini od 2m od poda i stropa. Druga kritična vrijednost je udaljenost mikrofona. Najbolji rezultati dobiju se sa mikrofonom na udaljenosti od oko 70 cm za male, a 1m za veće zvučnike. Međutim, mjerimo li samo jedan pobuđivač, npr. bas ili visokotonski zvučnik, poželjno je ovu udaljenost još više smanjiti.

FAZA I GRUPNO KAŠNJENJE

koristil smo izraz frekvencijski odziv kako bi smo opisali grafove na dobijeneim rezultatima mjerenja. Na x osi je u oba slučaja frekvencija. Na y osi bili su voltzi i omi. Obje ove vrijednosti su kompleksne. to znači da imaju realni i imaginarni dio, ali prikazana im je samo amplituda. Da bi smo tako prikazali rezultate naših mjerenja izgubili smo izvorne podatke koji se sastoje od velikog broja ralnih i imaginarnih vrijednosti. Kako ovaj gubitak djeluje na korisnost dobijenih rezultata ovisi o tome ćemu nam služe rezultati mjerenja.

AKUSTIČKI CENTAR ZVUČNIKA

Drugi tip faze je Excessna faza koja predstavlja algebarsku razliku prave faze i minimalne faze. To je upravo ono što će nam pomoći da odvojimo utjecaj vremena preleta na vlastiti odziv faze samog zvučnika. pri tome nećemo koristiti excesnu faznu direktno nego kao post proces, tzv. Excess Group Delay. slijedeći graf prikazuje ekcesno grupno kašnjenje našeg zvučnika u ovisnosti o frekvenciji.

OSTALE INFORMACIJE U VREMENSKOM PODRUČJU

Pored impulsnog odziva, kojeg smo već analizirali, moguće je izvesti još nekoliko naknadnih obrada. To su ETC, Step Response i Schroederov dijagram.


VJEŽBA 6

ELEKTROAKUSTIČKA MJERENJA SINUSNOM ANALIZOM

Sinusnom analizom moguće je izvršiti analizu frekvencijskog odziva, impedancije i izobličenja. Očito je da je analitički signal sinusnog oblika i to koračni swept unutar granica koje određuje korisnik. Iako je sinusna analiza ustaljenog stanja najstarija tradicionalana metoda analize, mjerni sustav ovu pouzdanu metodu izvodi uz pomoć vrlo jake digitalne obrade signala. Potpuno programabilna gating tehnika omogućava i poluječnu analizu frekvencijskog odziva.

KORAČNA I KONTINUIRANA PROMJENA FREKVENCIJE

Iako može povećati brzinu izvođenja mjerenje, kontinuirani sweep u nekim uvjetima daje lošije rezultate. Nakon prestanka pobude pri mjerenju, zvučnik se nastavlja kretati i proizvodi povratni napon u vremenu od cca. 50 ms. Vrlo slična pojava javčlja se i pri početku pobude zvučnika. Ako mjerni sustav nije postavljen u tzv. koračni način rada (stepped mode) na ulazu sustava javit će se prethodna pobuda zajedno s stvarnom.

GATING

Funkcija Gatinga omogućava mjerenje frekvencijskog odziva u poluječnoj prostoriji bez utjecaja refleksija, tj. kao da su mjerenja izvedena u gluhoj komori, ali uz neka ograničenja.

S obzirom na potrebne geometrijske zahtjeve, sinusna analiza ne razlikuje se bitno od onoga što je rečeno za MLS. Međutim, ipak je potrebno potpuno ovladati MLS analizom, prije nego krenemo koristiti Gating tehniku.

IZOBLIČENJA I PODEŠAVANJA

Pobude sinusnim signalima omogućavaju mjernom sustavu analizu izobličenja svakog harmonika. Ako mjerni sustav nije postavljen u mod mjerenja impedancije, automatski će analizirati harmonike od drugog do petog, a svaki je moguće prikazati posebno.

Rezultati mjerenja izobličenja elektroničkih uređaja mogu se vrlo lako izmjeriti, ali rezultati mjerenja izobličenja zvučnika u normalnim uvjetima, bez gluhe prostorije, izviode se vrlo teško. Ovdje ćemo dati samo najvažnije napomene kroz izvedene primjere. Mjerenje izobličenja zvučnika daleko nadilazi opseg ovog priručnika. Za analizu izobličenja zuvčnika koristit ćemo FFT izbornik na jedan izuzetno napredan način.

Pri mjerenje izobličenja zvučnika u prostorijama, najviše djeluju dva parametra. Najvažniji su:

Šum

50 dBSPL razine ambijentalnog šuma, što je uobičajena razina, ne djeluje na mjerenje izobličenje koje se izvodi pri razinama od oko 90 dB. Korisiti li se posebna karakteristika mjernog sustava pri sinusoidalnoj analizi - DSP filtriranje, može se dobiti izuzetno visoki odnos signala i šuma. Međutim, analize izobličenja ispod 1% znače analize signala koji je 40 db niži od razine 90 dB, a to je upravo razina ambijentalnog šuma.

Gating efekti

vrijeme smirenja zvučnika, neidelno odvajanje kašnjenja i refleksije koje dolaze za vrijeme uzimanja uzoraka (Meter On) značajno djeluju na rezultate mjerenja izobličenja.

Prije svega preporučljivo je izvršiti analizu procjene buke korištenjem FFT analize. Prikazana buka u prostoriji dobijena je korištenjem Max Hold funkcije (crveno) i Min Hold (crno).


VJEŽBA 7

DIJAGRAM ISTITRAVANJA (WATERFALL)

Ako klasičnim amplitudno frekvencijskim grafofima želimo dodati treću dimenziju, uobičajeno je dodati vremensku promjenu, koristimo rutinu naknadne obrade (postprocesing) koje se naziva istitravanje ili Waterfall. Mjerni sustav omogućava tri tipa trodimnezionalnih prikaza istitravanja:

  • Cumulative spectral decay (CSD)
  • Energy Time Frequency (ETF)
  • Arhivski prikaz (koristi se za prikaz karakteristke usmjerenosti ili polarne krivulje)

CSD I ETF MODOVI - PODEŠAVANJE I MJERENJE

CSD (Cumulative Spectral Decay) u prvom redu je namijenjen anehoičnoj procijeni zvučničkih sustava. U ovom slučaju analiziraju se samo podaci između pokretanja i zaustavljanja mjerenja; svaki sukcesivni izrezak razmatra samo vremenske podatke od svog relativnog početka to fiksnog zasustavljanja analize. Podaci se filtriraju posebnim prozorskim vremenskim filterom za uglađenim rubovima.

Pri CSD načinu rada, ako se Time Shift vrijednost ostavi na nuli, rutina će je automatski proračunati, razmaknuti izabrani broj Number of Spectra u definiranom intervalu start - stop. Ako korisnik podesi Time Shift na mačlu vrijednost tako da se posljednji spektar u nizu ne može proračunati, rutina će korisitit tvornički podešenu vrijednost kao i u slučaju nultog Time Shift.

ETF (Energy Time Frequency) je mjerna analiza namjenjena procjeni akustike prostorija. U ovom slučaju proračunavaju se svi MLS podaci od početka mjerenja. Nakon toga, proračunavaju su sukcesivne vrijednosti, pri ćemu se pomiču sa početne točke vrijednosti koji je određena sa vrijednosti Time Shift.

MJERENJE CSD (CUMULATIVE SPECTRAL DECAY)

CSD se može izračunati ako postoji rezultat MLS analize u memoriji. Pretpostavimo da imamo frekvencijski odziv zvučnika dobijen u gluhoj komori ili primjenom gating metode.

Prvo ćemo analizirati njegov impulsni odziv, pa ćemo izabrati dio odziva bez refleksija. Ovi podaci karakteriziraju MLS kvazianehoični odziv i postproces analize istitravanja. Izborom početka i kraja impulsa određujemo dvije važne informacije dijagrama istitravanja. Početak dijagrama istitravanja određen je nulom (početak impulsa), a Z os će pokazivati interval jednak razlici između određenih točaka Stop i Start, osim ako ne izaberemo Time Shift.

Uđemo li u frekvencijsko područje, možemo zumirati rezultat mjerenja između 200 i 20000Hz, pa primjeniti poravnanje (smoothing) unutar 1/12 oktave. Dobijeni rezultati vrijede i za analizu istitravanja. Dakle, dobili smo potrebne rezultate za analizu istitravanja (Waterfall).

Jedan od mogućih načina analize dobijenog rezultata mjerenja istitravanje je aktiviranje markera. Nakon aktiviranja markera, slika će se promjeniti. Markerom je vrlo lako detektirati zone u kojima slabljenje signala ima nepravilnosti, kao što je to neprigušeni vrh na frekvenciji 2200 Hz. Nakon što na vrh postavimo kursor, možemo ga lako pomicati gore dolje pomoću strelica.

Moguće je promjeniti CSD aspekt. Uđemo li u dijalog podešavanja Waterfall mjerenja i opišemo vremenski pomak od 0.1 ms. Nakon proračuna dobije se dijagram istitravanja čije su krivulje vremenski gušće, pa su modovi slabljenja mnogo izraženiji.

Budući da je vremenski interval istitravanja 6.1 ms, maksimalni dozvoljeni vremenski pomak iznosi oko 0.2s, što odgovara proračunu 30 spektara.


VJEŽBA 8

MJERENJA THIELE-SMALL PARAMETARA

Mjerni sustav izračunava Thiele-Small parametre kao tzv. post proces mjerenja impedancije. Moguće je izabrati tri opcije. To su:

  • Sinusni podaci o impedanciji
  • Mls podaci o impedanciji
  • Arhivski podaci

Prije mjerenja modula impedancije zvučnika, prvo ćemo prikazati mjerenje impedancije otpornika od 120 oma, tolerancije 1% jer u tom slučaju točno znamo što moramo očekivati kao rezultat mjerenja.

MJERENJE IMPEDANCIJE ZVUČNIKA

Prvo ćemo izmjeriti modul impedancije titan visokotonskog zvučnika s ferofluidom, a zatim ćemo izmjerit modul impedancije 25 cm bas zvučnika primjenom sinusne analize uz slijedeće postavke:

Stepped mode

Resolution 1/24 oktave

Frekvencija max. 22380

Frekv min 10 Hz

Delay 0 sek

Arhivski podaci nastaju pohranjivanjem rezultata jedne od prethodnih metoda. Nema razlike između podataka jer su svi nastali mjerenjem modula impedancije. Modul impedancije zvučnika je temeljna veličina za proračun T-S parametara i potrebno je vršiti mjerenje s najvišom mogućom točnosti.

Za najpotpotpunije T-S parametre potrebno je poznavati bar dvije impedancijske krivulje. Prva je tzv. impedancija zvučnika mjerena u zraku. Druga je impedancija zvučnika izmjerena pomoću dodatne mase (tzv. Delta Mass) ili impedancije zvučnika izmjerene u zvučničkoj kutiji poznate zapremnine (tzv. Delta Compliance).

TS - METODA "KORAK PO KORAK"

Proračun TS parametara zahtijeva bar dva mjerenja impedancije, a moguće ih je izračunati na tri načina. Prvo mjerimo zvučnik u zraku. Zatim mjerimo impedanciju s dodatnom masom (Delta mass) na membrani zvučnika, a treće je mjerenje zvučnika koji je opterećen poznatom zapremninom zraka (Delta compliance).


VJEŽBA 9.

POSJET OBJEKTU SA SUSTAVOM OZVUČENJA: UPRAVLJANJE I PODEŠAVANJE SUSTAVA OZVUČENJA

Sustav ozvučenja objekta sastoji se od 4 (četiri) razglasna sustava:

  • Opće ozvučenje objekta (atrij, hol, stepeništa, hodnici)
  • Ozvučenje viječnice
  • Ozvučenje male sale
  • Ozvučenje velike sale

Svi sustavi međusobno su povezani tako da se važna govorna obavijest (govorni alarm, traženje osoba) može proslijediti sa mjesta razglasa općeg ozvučenja objekta u sve prostore.

Po želji se audio signal pri zasjedanju u viječnici može proslijediti na opći razglas.

  • Svi sustavi realizirani su 100V linijama zbog velikih udaljenosti između razglasa i pripadajučih zvučnika, te velikog broja primijenjenih zvučnika.

Ozvučenje velike sale.

Ozvučenje velike sale sastoji se od centralnog razglasnog sustava smještenog u rack kućište koje se sastoji od:

  • Antena diversity sustava
  • Antenskog splittera za prijemnike diversity sustava
  • Prijamnici bežičnog diversity mikrofonskog sustava
  • Dvostruki autorevers kazetofon sa mogučnošću programabilne reprodukcije
  • Mikser sa 8 mikrofonskih/linijskih ulaza s mogučnošću rezervnog napajanja
  • Digitalni signal procesor sa dualnim 20-bitnim procesorom
  • Izlazno pojačalo snage 360W/100V s mogučnošću rezervnog napajanja

Mikrofoni:

5 kardioidni dinamičkih mikrofona na predsjedavajućem stolu na stolnim stalcima

1 dinamički kardioidni mikrofon na govornici na stolnoj žirafi

1 ručni bežični mikrofon - za pitanja iz auditorija ili voditelja (moderatora)

1 Lavalier mikrofon sa džepnim predajnikom - za predavača ili voditelja (moderatora)

Zvučnici:

Na lijevoj i desnoj strani dvorane postavljeno je 6 zvučnih stupova sa po 6 koaksijalnih dvopojasnih zvučnika (u linijskoj postavi) snage 60W

Za opći razglas postavljeno je 2x3 zvučnika dvopojasne izvedbe

Digitalni signal procesor ima osnovne karakteristike:

  • Sastoji se od 2 brza 20-bitna procesora
  • Promjenjiva frekvencija uzimanja uzoraka
  • Tzv. otvorena arhitektura omogućava nadogradnje sustava; npr. zamjenu procesora bržim
  • 31-pojasni grafički ekvalizer za tzv. Auto-Q karakteristikom
  • Aktivni filtri promjenjive strmine
  • Analizator u realnom vremenu sa 10 memorija
  • Automatska ekvalizacija prostora sa ugrađenim generatorom i vanjskim mjernim mikrofonom
  • 6-pojasni parametarski ekvalizer
  • Notch filter širine do 1/60 oktave
  • Automatsko potiskivanje mikriofonije
  • Limiter s promjenivim pragom okidanja
  • Noise Gate s interaktivnim upravljanjem
  • Mjerni instrument promjenjive rezolucije
  • AES/EBU sučelje
  • Veliki LCD display
  • Servo simetrični ulazi i izlazi
  • Automatsko premoštavanje uređaju u slučaju nestanka struje (jer sustav može raditi i na akumulatorske baterije 24V)


VJEŽBA 10.

MJERENJA POJAČALA SNAGE (Adobe Acrobad pdf 1.124KB)

OBJEKTIVNE KARAKTERISTIKE ZVUKA

Zahtjevi pojačala snage

Kao što je prije spomenuto funkcija pojačala snage je da pretvori nisku ulaznu razinu u veću izlaznu razinu signala sa što manje utjecaja na ulazni valni oblik. Ulazni signal, te također izlazni signal mogu biti predstavljeni naponom ili strujom.

Primarni zahtjevi za pojačala snage su:

1) da osiguraju dovoljnu izlaznu snagu

2) da izbjegnu izobličenje signala

3) da bude učinkovit

4) da osigura zaštitu od štetnih uvjeta

5) cijena uređaja

Drugi zahtjevi proizlaze iz činjenice da pojačalo ne smije mijenjati valni oblik signala tj. ne smije izobličavati signal. Ideja za treći zahtjev je da disipacija snage u samom pojačalu treba biti što je moguće niža u usporedbi sa disipiranom snagom na teretu. Korisnost treba biti što je moguće veća. Četvrti zahtjev proizlazi iz činjenice koja se odnosi na samozaštitu pojačala snage, s druge strane može također biti i zaštita za teret. Cijena pojačala snage ne ovisi samo o vremenu potrošenom na razvoj samog pojačala, cijeni potrebnih dijelova, nego ovisi i o broju korekcija ili podešavanja npr. struje mirovanja. Sva svojstva pojačala snage ne bi se smjela mijenjati s vremenom npr. vrijednost struje mirovanja, jednom namještene bi trebala zadržati svoju vrijednost zauvijek.

Karakteristike pojačala

Specifikacije prvih tranzistorskih audio pojačala, npr. ukupno harmoničko izobličenje pri punoj izlaznoj snazi, bila su neadekvatna za usporedbu sa pojačalom realiziranim elektronskim cijevima, to vidimo na slici.

Iako su karakteristike pojačala pokazivale veoma mala izobličenja, ipak su kod nekih pojačala ostala čujna izobličenja, što je dovelo sumnju na postupke mjerenja. Problem je u tome što postoji različiti tipovi izobličenja, a svaki tip ima određeni utjecaj na signal, i svaki dizajn pojačala tj. konfiguracija je više osjetljiva na neka izobličenja a manje na druga. Stoga bi prikladni skup karakteristika trebao pokriti sve ove različite tipove izobličenja i ocijeniti ih kako slušatelj želi.

Idealno, trebao bi postojati neki jasno definirani i univerzalno prihvaćeni set standarda za ispitne metode - temeljeno na mjerenju koje uzima u obzir čujne efekte pomoću kojih bi performanse pojačala bile utvrđene, rezultirajući prikladnim karakteristikama. Nažalost metode ispitivanja nisu razvijene pod ovim točkama gledišta, one su uvijek ovisile o tehnologiji. U sljedećem odjeljku su navedene neke karakteristike koje karakteriziraju performanse pojačala. Neke od njih su univerzalne a neke samo vrijede u određenom frekvencijskom području ili samo mogu biti upotrebljeni u određenim primjenama. One najčešće upotrebljavane za audio namjenu su snaga, ukupno harmoničko izobličenje te frekvencijski odziv.

Snaga

Najvažnija karakteristika pojačala je njegova izlazna snaga. Ona je obično predstavljena kao kontinuirana snaga na određenom teretu. Kod projektiranja pojačala normalno je da gornja granica izlazne snage bude ona snaga koja je disipirana u samom pojačalu, koja ovisi o izlaznoj snazi kao i o klasi rada sklopa i uglavnom je ograničena mogućnošću hlađenja sklopa, te električnom snagom sklopa. Očito, što su niži gubici snage pri određenoj izlaznoj snazi veća je učinkovitost samog pojačala. Da bi pojačalo djelovalo ispravno ono mora raditi unutar njegova dinamičkog opsega. Šum obično ograničava niži kraj signalnog opsega, a nelinearno izobličenje ograničava viši kraj opsega signala. Električki promatrano, odnos snage i raznih oblika signala bitno je shvatiti da glazba, kao pobudni signal zvučnika, ima vremenski promjenjivu prirodu. Da bi tu promjenjivost lakše opisali u odnosu na električnu snagu zvučničkog sustava, koristimo razne specifikacije snage. To su u prvom redu efektivna snaga, vršna snaga, trenutna snaga, programska snaga i muzička snaga. Npr. žarulja od 100W predstavlja izvoru električne snage konstantno opterećenje pri frekvenciji 50 Hz. Međutim, audio pojačalo vrlo rijetko daje zvučniku svoju punu snagu. Pojam vršna snaga definiran je kao maksimalna snaga potrebna u nekom vremenskom intervalu. Srednja snaga predstavlja prosječnu snagu u nekom vremenskom intervalu. Ovdje je vrlo važno uočiti neke odnose, a to su u prvom redu omjer vršne i srednje snage. Taj omjer u potpunosti ovisi o tipu programa i različit je za npr. klasičnu glazbu i rock glazbu. Pojam trenutna snaga odnosi se na vrlo kratke intervale. Pojmovi kao što su programska snaga i muzička snaga nemaju strogu definiciju, ali mogu se promatrati kao varijacije srednje snage. Promatramo li programsku ovojnicu snage u ovisnosti o vremenu nekog 100W zvučnika, primijetit ćemo kako su pri izvođenju glazbe potrebe za snagom vrlo niske; samo povremeni vrhovi zahtijevaju više razine snage na izlazu pojačala. Za klasičnu glazbu omjer vršne i efektivne snage je cca. 25 dB, a za pop i rock glazbu cca. 8 - 10 dB. Svaki zvučnik, u vrlo kratkom intervalu, bez problema može izdržati snagu koja mnogostruko prelazi stalnu snagu pobude u dužem vremenskom intervalu. Tip programa djeluje na maksimalnu snagu koju zvučnik može izdržati pa dolazimo do zaključka da snaga zvučnika ovisi o tipu programa.

Širina frekvencijskog područja

Pojasna širina pojačala je frekvencijski opseg, gdje su njegove karakteristike unutar naznačenih granica, najčešće +/-3dB. Za audio pojačala obično je opseg od 20 Hz do 20 kHz. Iako samo mlade osobe mogu čuti zvučne valove iznad 16 kHz, postoje prednosti ako se realizira što viša gornja granična frekvencija pojačala, kao što je npr. brzina reprodukcije. Na donjoj graničnoj frekvenciji suvremena pojačala snage najčešće su direktno spregnuta pa reproduciraju od 0 Hz. Tu se mora napomenuti kako se u profesionalnoj praksi najčešće frekvencijski ograničava donja granična frekvencija sustava iznad donje granične frekvencije primijenjenih zvučničkih sustava u cilju ograničenja pomaka membrane.

Objektivne karakteristike zvuka

Objektivne zvučne karakteristike pojačala snage definiraju se elektroakustičkim mjerenjima i analizom odziva zvučničkog sustava. Razvoj mjernih metoda i uređaja za utvrđivanje karakteristika audio sustava temelji se na potrebi da se audio sustav opiše kao sustav iz čijeg se impulsnog i frekvencijskog odziva u raznim točkama prostora mogu razlučiti i kvantificirati pojave koje su od značaja za subjektivnu procjenu kvalitete odziva. Mjerenja se vrše u razne svrhe, a razlikujemo mjerenja pri proizvodnji pojačala, pri konstrukciji itd. Međunarodne udruge propisuju kako se izvode ti testovi pa ćemo spomenuti neke; Međunarodni Elektrotehnički Odbor (International Electrotechnical Commision) ili IEC iz Geneve, zatim Institut of High Fidelity (IHF). Akustička mjerenja trebaju što sličnije aproksimirati ponašanje ljudskog slušnog sustava načinom percipiranja zvuka. Rezultati mjerenja, osim što govore o karakteristikama sklopa, ukazuju na mnoge mane i nedostatke pojačala. Poznavanjem ovih rezultata konstruktor doznaje što treba popraviti, a korisnik doznaje što će dobiti. Pojačala koja koristimo nemaju konstantan faktor pojačanja pri svim ulaznim razinama tj. on se mijenja ovisno o primijenjenom ulaznom naponu. To se naziva nelinearno izobličenje. Drugo izobličenje je odstupanje pojačala od ravnomjernog pojačanja napona na svim frekvencijama.

Frekvencijski odziv

Direktno mjerenje frekvencijskog odziva omogućuje grafički zapis prijenosne funkcije sustava. Frekvencijski odziv pokazuje odziv razina ili razina snaga pojačala koji je pobuđen linearnom pobudom. Napon pobude je uvijek iste razine, a različite frekvencije.

Odziv spektra snage

Pokazuje odziv spektra snage pojačala pri konstantnom izobličenju. Pojačalo se pobudi punom snagom na nekoj frekvenciji i mjeri se izlazna snaga na različitim frekvencijama, ali tako da je iznos izobličenja uvijek isti.

Mjerenje šuma

Svaki elektronički uređaj daje šum. Čak i sami pasivni elementi kao što su otpornici uzrok su šuma. Tome je uzrok gibanje molekula uslijed topline pa se taj šum naziva termalni šum.

Ako promatrani elektroakustički uređaj nema na ulazu priključen nikakav signal, a voltmetrom izmjerimo efektivnu vrijednost signala na izlazu, dobit ćemo efektivni napon šuma na izlazu. Ta vrijednost nije nam od osobite važnosti jer je izmjereni napon u frekvencijskom području koje je mnogo veće od audiofrekvencijskog, zbog toga se izlazni napon filtrira na audiofrekvencijsko područje. Širina pojasa u kojem se mjeri napon šuma nije standardiziran i ovisi o proizvođaču da li će definirati to području. To znači da se bez poznavanja širine frekvencijskog pojasa ne mogu uspoređivati izmjerene vrijednosti različitih proizvođača. Pri ovom mjerenju potrebno se osigurati da na ulaz uređaja ne dolaze nikakvi vanjski signali koji bi pogoršali rezultat. Ako na ulazu uređaja nije ništa priključeno nego je ulaz, kako se kaže - neterminiran, šum će biti mnogo veći nego ako ga spojimo u kratko. Međutim, pravilno je zaključiti ulaz impedancijom koju će vidjeti pri radu. Potrebno je zapamtiti da pri specificiranju šuma treba specificirati i impedanciju kojom je zaključen ulaz, kao i frekvencijsku širinu mjerenog šuma. Ako je šum definiran jednim brojem obavezno treba biti naznačena referentna razina i širina frekvencijskog pojasa. Referentna vrijednost je najčešće maksimalna ili nazivna snaga koja uzrokuje nazivno izobličenje. Mjerenja šuma se najčešće filtriraju kako bi se dobili rezultati usklađeni s ljudskom karakteristikom sluha.

Odnos signal/šum

Mjerenje šuma nekog pojačala definira se odnosom signal/šum ili kao apsolutni šum na izlazu. Iako je odnos signal/šum sličan dinamičkom području to nije isto. Odnos signal šum izražava razliku nazivne preporučljive radne razine i praga šuma. Uobičajeno je preporučljiva radna razina 0 dBVU što odgovara izlaznom naponu razine +4 dBu ili -10 dBV, što određuje tip uređaja. Budući da se iz odnosa signal/šum ne može zaključit na oblik krivulje šuma pa je mnogo važniji podatak izmjereni spektar šuma na izlazu pojačala.

Dinamičko područje

Razlika između maksimalne razine signala i razine šuma naziva se dinamičko područje. Pojam dinamičkog područja izuzetno je koristan pri razmatranju prolaska audio signala kroz čitav niz uređaja. Dinamičko područje je razlika razina u dB između maksimalnog izlaznog napona i praga šuma pri kojem je signal neupotrebljiv. Dinamičko područje ne smije se zamijeniti s odnosom signal/šum. Navedene vrijednosti tipične su za uređaje visoke kakvoće. Valja naglasiti, kako u svim navedenim primjerima ipak postoji mogućnost poboljšanja odnosa signal/šum ipak najveća ograničenja dinamičkom području nameće prostorija za reprodukciju. Visoke razine zvučnih tlakova izazvat će primjedbe susjeda i ukućana, dok pri najnižim razinama uvijek postoji vanjska buka i buka kućanskih aparata. Na dijagramu je vidljivo neprilagođenje dinamičkog područja miksera i uređaja za magnetsko snimanje zvuka. Mikser ulazi u područje preopterećenja prije magnetofona, što će sustav oštetiti za oko 5-6 dB dinamičkog područja. To se može spriječiti podešavanjem ulaznih potenciometara na magnetofonu. Isto tako vidljivo je da su dinamičke mogućnosti CD reproduktora potpuno neiskorištene unutar opisanog sustava. Pravilna uporaba bilo kojeg uređaja unutar audio sustava podrazumijeva prilagođenje vlastitog dinamičkog područja uređaja i dinamičkog područja uređaja koji prethodi u nizu. Odnos najtišeg i najglasnijeg zvuka koji se realizira sa ovakvim sustavom zove se dinamičko područje.

Maksimalni izlazni napon

Svaki uređaj može na izlazu dati neki maksimalni pozitivni i negativni izlazni napon koji se ne može prijeći. Taj napon definiran je nizom čimbenika od kojih su najvažniji napon napajanja uređaja, tip primijenjenih aktivnih elemenata i struktura kojom se realizira pojačanje. Taj maksimalni izlazni napon uobičajeno nije najveći napon koji uređaj može dati na izlazu nego napon koji je određen stupnjem izobličenja. Ako na ispitivani audio uređaj narinemo sinusni signal i promatramo izlaz uređaja dok istovremeno povećajemo pojačanje, primijetit ćemo kako pri određenom izlaznom naponu uređaj više ne može pojačati ulazni signal. Vizualno ćemo to primijetiti kao odrezivanje vrhova ili kliping (prema eng. clipping). Daljnjim povećanjem izlaznih razina odrezani dio će sve više i više poprimati oblik kvadratnog valnog oblika, što smo već pokazali u ovoj analizi. Ravni dio valnog oblika je maksimalni izlazni napon uređaja. Naravno, to nije način mjerenja maksimalnog izlaznog napona. U trenutku kao se vizualno primijeti odrezivanje sinusnog valnog oblika, promatrani uređaj već sigurno ima oko 10% izobličenja. Uobičajeno je specificirati maksimalni izlazni napon pri razini izobličenja oko 0.1% ili 1% što se mijenja od proizvođača do proizvođača. Važno je zapamtiti da je maksimalni izlazni napon neovisan o stupnju pojačanja jer u principu nije poznata razina ulaznog signala. Jednostavno, to je maksimalna razina izlaznog signala. Sustavi zaštite u pojačalima snage mogu isključiti signal pobude ili zvučnički sustav prije pojave odrezivanja.

Istosmjerni ofset

Mjeri se ispitivanjem istosmjernog napona na izlazu sklopa pri kratkom spoju na ulazu. Minimalan je s ulazom uređaja u kratkom spoju. Na izlaznim pojačalima snage tolerira se minimalna vrijednost istosmjernog napona na izlazu reda do 10 mV. Ako je vrijednost veća, najčešće treba upariti ili podesiti ulazni diferencijalni par tranzistora.

IZOBLIČENJA

Pojam distorzija ili izobličenje u širem smislu se koristi za opisati neželjene razlike između originalnog zvučnog izvora te reproduciranog zvuka tj. između izlaznog i ulaznog signala pojačala. Izobličenje utječe na signal te mu mijenja oblik, obično sa gubitkom kvalitete. Izobličenje nastaje od brojnih međusobnih uzroka, ali za praktičnu primjenu nužno je imati neki oblik kategorizacije da bismo razmotrili brojne aspekte. Postoji veliki broj izobličenja koja se na pojačalu mogu izmjeriti. Tome se može dodati da se iznos izobličenja mijenja promjenom frekvencijskog pojasa i izlazne snage pri kojemu ih izvodimo, pa ćemo navesti samo neka izobličenja:

· Nelinearno izobličenje

· Preskočna izobličenje

· Tranzijentno izobličenje

· Tranzijentno intermodulacijsko izobličenje

· Linearno izobličenje

U principu izobličenje audio uređaja možemo otkrivutu na trui načina.

Prvi i najjasniji je prikaz ulaznog i izlaznog valnog oblika u vremenskom području ili na osciloskopu. Međutim, u trenutku kada primjetimo izobličenja valnog oblika, njihova razina je već vrlo visoka.

Druga tehnika je spektralna analiza. Ovdje su mjerene veličina i frekvencije komponenata izlaznog signala te uspoređene sa ulaznim signalom. Spektralni analizator je instrument koji pretvara signal iz vremenske domene u frekvencijsku. Ova analiza pokazuje svoje prednosti ako su dva ili više čistih sinusnih signala dovedeni na ulaz, tada će neželjeni intermodulacijski produkti između njih biti otkriveni, kao i postojanje lažnih harmoničkih produkata. Ova analiza pokazuje do koje je mjere izobličen izlaz, ali ne pomaže u traženju uzroka izobličenja.

Treća metoda je mjerenje ukupnog harmoničkog izobličenja plus šum na osciloskopu. Uređaj koji se testira se napaja signalom malog šuma jedinične frekvencije. Ova frekvencija je odstranjena iz izlaza sustava pomoću filtra. Ostaje sve harmoničke komponente, koji je u biti razlika između savršenstva i stvarnosti. Ako se ovo prikaže istovremeno s izlaznim signalom, često je relativno lako otkriti uzroke izobličenja valnog oblika.

Nelinearno izobličenje

Savršeno linearan sustav će savršeno reproducirati oblik bilo kojeg ulaznog valnog oblika bez promjena. U praksi svi sustavi imaju neki stupanj nelinearnosti tj. zakrivljenosti i zbog toga će izmijeniti valni oblik koji prolazi kroz sustav. Ova krivulja se zove prijenosna karakteristika ili ulazno/izlazna karakteristika. Ona bi trebala biti linearna što je moguće više, ne bi se smjela mijenjati promjenom impedancije tereta te se ne bi smjela mijenjati u vremenu niti promjenom temperature.

Signal koji prolazi kroz nelinearni sustav doživljava nelinearno izobličenje, rezultirajući promjenom valnog oblika.

Za slučaj da je ulazni signal čisti sinusni val frekvencije f0, javlja se harmoničko izobličenje, te se izlazni valni oblik sastoji od sinusnog vala iste frekvencije, zajedno sa drugim trećim te višim harmonicima. Kada je ulazni signal složeniji npr. ako sadrži dva sinusna vala različitih frekvencija f1 I f2 pojavi se intermodulacijsko izobličenje. U ovom slučaju, izlaz uključuje te dvije ulazne frekvencije ali također i njihove više harmonike.Stvarni zvučni signal je najčešće složeni pa je audio rezultate nelinearnog izobličenja teško opisati. Zbog toga najraširenije metode ispitivanja koriste jedan sinusni val (THD), ili dva tonska signala na ulazu (ID).

Ukupno harmoničko izobličenje

Da bismo kvantificirali harmonička izobličenja pojam koji se najviše upotrebljava je ukupno harmoničko izobličenje zvano još i faktor nelinearnog izobličenja. Ovo izobličenje nam mnogo govori o kvaliteti nekog pojačala, također je zvano nelinearni distorzijski faktor. On je definiran za izlazni signal u uvjetima efektivnih vrijednosti svih neželjenih komponenata izobličenja tj. svi harmonici osim osnovnog, razmjerno sa efektivnim vrijednostima željenog signala tj. osnovnog. Ako idealni sinusni valni oblik narinemo na ulaz uređaja kojeg ispitujemo, pa pogledamo naponski oblik na izlazu, otkrit ćemo kako je valni oblik na izlazu različit od onoga na ulazu. Razlika se očituje u tome što će uređaj generirati harmonike iznad osnovne frekvencije - fundamentala, pobudnog napona. Izmjerimo li ukupni iznos energije svih harmonika prema energiji fundamentala moći ćemo točno odrediti koliko je izobličenje signala. Što su veće amplitude harmonika, veće je izobličenje.

Ukupno harmonijsko izobličenje najčešće se izvodi tako što na ulaz elektroakustičkog uređaja (npr. pojačala snage) narinemo čisti sinusni valni oblik, pa izvršimo FFT analizu izlaznog signala koja prikaže amplitude individualnih harmonika. Sumiramo li kvadrate amplituda harmonika, izvadimo korijen iz sume kvadrata, pa podijelimo s amplitudom fundamentalnog tona i rezultat pomnožimo sa 100. Dobiveni rezultat je ukupno postotno izobličenje. Logaritmiramo li postotni THD i pomnožimo ga 20 puta dobijemo THD u dB.

Teoretski, pri nastanku harmonijskog izobličenja nastaje beskonačan broj harmonika. Naravno, razina mnogih viših harmonika nalazi se ispod razine šuma sustava. Pri mjerenju razine individualnih harmonika ne mogu se izmjeriti razine svih, pa se ponekad ukupno harmonijsko izobličenje specificira u obliku: npr. THD do 8. harmonika. To znači da i iznad 8. harmonika postoji energija izobličenja, ali je zanemariva ili je ispod razine šuma sustava.Mjerimo li ova izobličenja ručno, potrebno je mnogo vremena da bi se izmjerile razine svih harmonika. Zbog toga se koriste računalski programi koji te proračune vrše automatski.

Želimo li izračunati postotno izobličenje na bilo kojoj frekvenciji, to ćemo napraviti grafičkim putem, tako da izračunamo razliku u dB osnovnog tona i harmonika te primijenimo formulu. Razlika od 20 dB odgovara 10% izobličenja,40 dB odgovara 1%, itd.

Ukupna harmoničko izobličenje može biti izraženo u postocima ili u decibelima. Ako je ukupno harmoničko izobličenje mjereno prvom jednadžbom tada je njegova vrijednost izražena u decibelima, što znači da je u vezi s osnovnim tonom.

Ukupno harmonijsko izobličenje + šum (THD+N)

Izobličenja signala nisu jedini razlog zbog kojeg elektroakustički uređaji slabe ulazni signal. Širokopojasni šum koji nastaje u uređaju također doprinosi slabljenju kakvoće signala. Osobe koje mjere elektroakustičke uređaje koriste poseban tip mjerenja kojim ukazuju na dodatni izvor slabljenja audio signala. Mjerenje je slično mjerenju ukupnog harmonijskog izobličenja, ali je mnogo brže, izvodi li se mjerenje ručno. Budući da pri mjerenju promatramo iznos energije različit od signala pobude, na ulaz elektroakustičkog uređaja narinemo idealni sinusni valni oblik. Na izlazu uređaja signal propustimo kroz usko propusni filtar, ugođen na točnu frekvenciju ulaznog valnog oblika i na izlazu u potpunosti eliminiramo izvorni valni oblik. Sve ono što preostane nakon eliminiranja pojačanog pobudnog valnog oblika su produkti izobličenja i šum. Preostali dio signala zatim izmjerimo voltmetrom koji mjeri efektivnu vrijednost signala. Pri tome se najčešće signal frekvencijski filtrira kako bi vrijednost izmjerenog napona odgovarala subjektivnoj vrijednosti percipiranog šuma. Rezultat ovog mjerenja dijeli se efektivnom vrijednosti napona fundamentalanog tona na izlazu. Rezultat se može prikazati kao postotno izobličenje ili u dB.

U okviru je prikazana vrijednost THD+N; iako su isti uvjeti kao i u prethodnom slučaju rezultat je slabiji za iznos šuma na izlazu Postoje dvije različite metode mjerenja ukupnog harmoničkog izobličenja pojačala, a obje zahtijevaju oscilator sa zanemarivim izobličenjem. U prvoj metodi osnovni ton izlaznog signala je u potpunosti prigušen sa notch filtrom, te se ovaj signal onda odnosi na cijeli izlazni signal, što rezultira iznosom koeficijenta THD+N prema jednadžbi. U drugoj metodi harmonici su mjereni pomoću spektralne analize izlaznog signala te je tada izračunata vrijednost THD prema jednadžbi. Bilo koja rasprava o izobličenju mora razmotriti pitanje što je prihvatljivo za zadovoljavajuću reprodukciju zvuka. Za visoko kvalitetna pojačala ukupno harmoničko izobličenje mora biti manje od 0.1% pri nominalnim maksimalnim razinama snage, ali je pronađeno da različita pojačala sa istom vrijednosti THD parametra može zvučati različito. Razlog za to je zbog toga je što nije sama vrijednost THD parametra važna, nego je važan i tip izobličenja.

Slika pokazuje četiri različita tipa izobličenja. Krivulja (a) je karakteristika S tipa, u kojoj se THD povećaje sa primijenjenom razinom signala. Krivulja (b) je vrsta karakteristike dobivena od pojačala. Izobličenje je neznatno sve dok se ne pojavi klipovanje, te se tada THD brzo povećava sa primijenjenom razinom signala. Krivulja (c) predstavlja preskočno izobličenje, te se u ovom slučaju THD povećava kada se primijenjeni signal smanjuje. Krivulja (d) je karakteristika kruga gdje je THD konstantan sa korištenim signalom. Ovaj krug bi trebao dati nejednako pojačanje pozitivne i negativne polovice sinusnog vala.Definicija ukupnog hamoničkog izobličenja je naširoko korištena ali nije zadovoljavajuća metoda budući da različiti tipovi harmonika mogu imati istu THD vrijednost, ali različite stupnjeve smetnji prema slušatelju. Također THD oblik ovisi o amplitudi. To znači da specifikacije koje je priložio proizvođač mogu biti irelevantne za slušatelja.

Intermodulacijsko izobličenje

Postoji nekoliko standardiziranih mjerenja intermodulacijske distorzije (IMD). Intermodulacija je nepoželjno generiranje neharmoničkih tonova višetonskom ulaznom signalu. Dakle, ako na ulaz signala dovedemo dvije različite frekvencije istovremeno, a na izlazu se jave uz ove dvije još neke nove frekvencije, kažemo kako su se javila intermodulacijska izobličenja. Ova izobličenja se mjere dvjema metodama. Prva je SMPTE, a druga DIM test.

SMPTE je vrlo imuna na šum i osjetljivi je indikator nelinearnosti prijenosne funkcije pojačala. Pojačala se pobuđuju niskom frekvencijom od 70 ili 80 Hz te visokom od 6 ili 7 kHz. Međutim današnja pojačala koriste znatni iznos povratne veze pa imaju zanemariv iznos SMPTE intermodulacijskog izobličenja, pa je za njih razvijena DIM metoda.

Dinamička intermodulacija se uzrokuje nelinearnostima uzrokovanim brzo promjenjivim naponima signala. Kao signal pobude ovdje se koristi pojasno ograničen kvadratni signal frekvencije 3,15 kHz, pomiješan s 15 kHz signalom. Produkti ovog signala su intermodulacijski signali neharmonično rasuti po cijelom spektru. Kod ovog ispitivanja bolje prolaze pojačala s malim iznosom negativne povratne veze. Ove dvije metode su komplementarne pa proizvođači pojačala nikad ne mjere pojačala s obje metode već pokazuju rezultate one metode na kojoj je pojačalo prošlo bolje. U praksi, prednost IMD ispitivanja je u tome što omogućava mjerenje nelinearnosti sustava na frekvencijama blizu gornje granice propusnog pojasa sustava, gdje bi bilo koji produkt harmoničkog izobličenja zahtijevao prisustvo frekvencijske komponente izvan propusnog pojasa sustava. Ove komponente ne bi bile reproducirane, niti bi bile viđene THD metrom iako bi prisutnost nelinearnosti i dalje generiralo lažne intermodulacijske tonove koji su unutar propusnog pojasa. U mnogim slučajevima vrijednost IMD u postocima su 3-4 puta veće od THD vrijednosti.

Preskočno izobličenje

Ovaj tip izobličenja je prisutan u krugovima koji koriste elemente koji rade u protutaktnom modu tj. jedan element vodi dok je drugi ugašen. Ova izobličenja se pojavljuju ako prijenosna karakteristika nije ravna linija. Rezultat prijenosa sinusnog vala kroz sustav sa preskočnim izobličenjem je prikazan na slici.

Preskočno izobličenje generira neugodne harmonike viših redova sa mogućnošću da se poveća u postocima dok razina signala opada, te je jako neugodno slušatelju, stoga je poželjno smanjiti preskočno izobličenje na minimalnu razinu.

Tranzijentno izobličenje

Problem koji pridonosi subjektivnoj kvaliteti zvuka tj. gubitku kvalitete do značajnih iznosa, je uslijed nadvišenja ili zvonjenja kao što je prikazano na slici. Pojavi se kad je na ulazu step funkcija ili pravokutni val. Svaki sustav koji nema pretjerano širok iznos propusnog pojasa će rezultirati izobličenjem ulaznog valnog oblika, što može biti samo zaokruživanje vodećeg dijela valnog oblika signala ili kao prije spomenuto nadvišenje. Tranzijentno izobličenje naročito raste u pojačalima sa primjenjenom povratnom vezom, ako je nedovoljna stabilnost granica u petlji povratne veze, pogotovo ako je na teretu reaktivni otpor. Ako na ulaz sustava dovedemo step funkciju, izlaz se zove prijelazni odziv. Dobar prijelazni odziv zahtjeva široki frekvencijski opseg, ravni frekvencijski odziv, te ne smije faznog izobličenja.

Tranzijentna intermodulacijsko izobličenje

Kad se pojačalo pobudi velikim pulsom signala ili kvadratnim valom sa dovoljno brzim vremenom porast/pad, izlaz nije u mogućnosti slijediti ulaz trenutačno. Ako imamo step funkciju na ulazu, rezultat je usporenje step funkcije na izlazu. Ako bi se međutim ulazni signal sastojao od kontinuiranog tona plus tranzijent ili trenutni signal, trenutačno preopterećenje bi prouzrokovalo gubitak kontinuiranog tona tokom perioda preopterećenja, kao kad je petlja pojačala otvorena. Ovaj efekt se naziva intermodulacijsko izobličenje

Slew rate je naziv korišten za označavanje maksimalne brzine promjene izlaznog napona. Slew rate elektroničkog sklopa je mjera brzine kojom taj sklop linearno mijenja izlazni signal pri promjeni ulaznog signala. Pretpostavimo kako je na ulazu pojačala primijenjena jedinična funkcija. Izlazni signal ne može momentalno promijeniti stanje pa će njegov odziv na pobudu biti realiziran unutar konačnog vremenskog intervala. Međutim, ako odziv na momentalnu promjenu prelazi vrijeme potrebno aktivnim elementima sklopa da realiziraju tu promjenu, riječ je o slew rate ograničenjima. Mjerimo li ovu promjenu, možemo je izraziti vremenom koje je potrebno promjeni napona tj. V/ms.

TIM izobličenje pojavljuje se u trenucima u kojima tranzijentni ulazni signal preoptereti ulazni stupanj pojačala, što za posljedicu ima kratkotrajno nelinearno ponašanje ili odrezivanje tranzistora ulaznog stupnja upravo u trenutku prije dolaska signala negativne povratne reakcije. Ako ulazni stupanj odrezuje, pojačalo će dati tvrdo TIM izobličenje. Ako ulazni stupanj postaje nelinearan, ali ne odrezuje kaže se da pojačalo daje lako TIM izobličenje.

Linearno izobličenje

Pojačalo bi trebalo osigurati jednako pojačanje za sve ulazne frekvencije. S obzirom na prisutnost elemenata za spremnik energije kao što su kondenzatori, pojačanje pojačala je frekvencijski ovisno. Prema tome različite frekvencijske komponente imaju različito pojačanje što rezultira linearnim izobličenjem. Izobličenje je naznačeno krivuljom frekvencijskog odziva u kojem izlaz pojačala izražen kao faza je skiciran kao funkcija frekvencije. Idealno pojačalo ima ravni frekvencijski odziv unutar frekvencijskog opsega koji nam je od interesa tj. 20 Hz do 20 kHz. Ako sustav pokazuje fazni pomak zbog propagacijskog vremena, onda ovaj fazni pomak mora biti proporcionalan s frekvencijom da se izbjegnu izobličenja valnog oblika. Ovo jednostavno znači da sve komponente u složenom valnom obliku su sa zadrškom za isto vrijeme i zbog toga će izlazni valni oblik biti identičan ulaznome. Kada gledamo audio sustav sa svim njegovim elementima u reprodukcijskom lancu uglavnom će zvučnički sustav prouzrokovati probleme. Općenito, za pojačala snage, izobličenje zbog propagacijskog vremena je zanemarivo.

Postoje još neke specifikacije koje mogu koristiti korisnicima pojačala snage; kao na primjer ulazna impedancija, osjetljivost, razina šuma u usporedbi sa specifičnim signalnim razinama Poznati su i neki pokušaji kojima su se pokušale kvantizirati karakteristike pojačala jednom vrijednosti, ali te metode nisu prihvaćene jer su prekomplicirane da bi ponudile jednostavno razumljivo mjerenje po kojem bi potencijalni kupac ili korisnik mogao procijeniti kvalitetu proizvoda.Prije nego pristupimo mjerenjima napomenimo da za karakteriziranje pojačala nisu važne samo karakteristike harmonijskih izobličenja, nego i odnos između fazno/frekvencijskih karakteristika, te kao što je prije spomenuto i svi drugi tipovi mjernih metoda.

REZULTATI MJERENJA

Mjerit ćemo profesionalno stereo pojačalo. Za potrebe elektroakustičkih mjerenja imamo termički otpornik od 6 komada 20W otpornika vrijednosti 47 oma spojenih u pralelu, tako da njihova ukupna impedancija iznosi 8 oma. Pored toga elementi imaju pričvršćen hladnjak s prisilnim hlađenjem.

Elementi pojačala

Prednja ploča

2. Regulacija izlazne razine lijevog kanala

3. Regulacija izlazne razine desnog kanala

4. Indikator preopterećenja lijevog i desnog kanala

5. Prekidač napajanja

Stražnja ploča

6. Osigurač

7. Kabel za napajanje

8. Točka uzemljenja

9. Stereo ulazi RCA i XLR

10. Zvučnički spojevi za lijevi i desni kanal

Rezultati mjerenja

Gornju graničnu frekvenciju mjerimo osciloskopom i signal generatorom. Izmjerena vrijednost iznosi 210 kHz. Umjesto osciloskopa i digitalnog voltmetra moguće je koristiti FLUKE SCOPEMETAR, koji koristimo za mjerenje vremena porasta

· Donja granična frekvencija je prikazana na slici te iznosi 18 Hz

· Istosmjerni ofset mjerimo pomoću digitalnog voltmetra sa kratko spojenim ulaznim stezaljkama pojačala te rezultat iznosi 0.049V na oba kanala.

· Ulazna impedancija pojačala ispituje se usporedbom signala sa i bez tereta. Ovo mjerenje se također radi pomoću osciloskopa. Pri tome smo dobili sljedeće vrijednosti:

U1pp = 2.8 V

U2pp = 2.4 V

Koristili smo otpornik od 4.7 koma

Izračunali smo

Zout = 16.8 koma

REKAPITULACIJA REZULTATA MJERENJA

Efektivna izlazna snaga

Stereo 4 oma 2*60W

Stereo 8 oma 2*50W

Maksimalna izlazna snaga 2*100W

Frekvencijski opseg vidi graf

THD vidi graf

Potrošnja snage 310 VA

Site map . Contact Us