Как сделать ачх усилителя

Акустические измерения. Измеряем АЧХ подручными средствами

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

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

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

(Под катом — много картинок).

Подготовка

Вот такой микрофон у меня нашёлся среди старых гаджетов. Микрофон копеечный, для разговоров, не предназначенный ни для записи музыки, ни тем более не для измерений.

Конечно, такой микрофон имеет свою АЧХ (и, забегая вперёд, диаграмму направленности), поэтому сильно исказит результаты измерений, но для поставленной задачи подойдёт, потому что нас интересуют не столько абсолютные характеристики наушников, сколько то, как они изменяются при переключении эквалайзера.

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

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

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

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

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

Находим наш микрофон (у меня он получил название Jack Mic):

Выбираем его в качестве устройства записи (птичка в зелёном кружочке). Выставляем ему уровень чувствительности поближе к максимуму:

Microphone Boost (если есть) убираем! Это автоматическая подстройка чувствительности. Для голоса — хорошо, а при измерениях будет только мешать.

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

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

Важно зафиксировать микрофон, чтобы не сдвинулся в процессе измерений. Подсоединяем наушники проводом к смартфону и кладём одним наушником поверх микрофона, так чтобы плотно закрыть его сверху — примерно так наушник охватывает человеческое ухо:

Второй наушник свободно висит под столом, из него мы будем слышать включённый тестовый сигнал. Убеждаемся, что наушники лежат стабильно, их тоже нельзя сдвигать в процессе измерений. Можно начинать.

Измерения

Запускаем программу TrueRTA и видим:

Основная часть окна — поле для графиков. Слева от него находятся кнопки генератора сигналов, он нам не понадобится, потому что у нас внешний источник сигнала, смартфон. Справа — настройки графиков и измерений. Сверху — ещё кое-какие настройки и управление. Ставим белый цвет поля, чтобы лучше видеть графики (меню View → Background Color → White).

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Снова включаем плеер, запускаем измерение кнопкой Go и, регулируя громкость на смартфоне, приводим новый график по уровню к эталонному. Эталонный график изображён зелёным, а новый — синим:

Останавливаем измерение (плеер можно не выключать, если не раздражает шипение из свободного наушника) и радуемся, что по bluetooth наушники выдают такую же АЧХ, как по проводу. Заносим график в память номер 2 (Alt+2), чтоб не ушёл с экрана.

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

Хм. Кое-где есть отличия в 1 децибел, но это как-то несерьёзно. Скорее похоже на погрешности измерений. Заносим и этот график в память, переключаем эквалайзер ещё раз и после измерения видим ещё один график (если очень хорошо присмотреться):

Ну, вы уже поняли. Сколько я ни переключал эквалайзер на наушниках, никаких изменений это не давало!

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

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

Бонусные измерения

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

И вот результат измерений:

Вот это другое дело! Новый график заметно отличается от старых. Занесём его тоже в память (у меня получился номер памяти 6) и найдём разность между новым графиком и эталонным, TrueRTA это умеет (меню Utilities → Difference):

Вычитаем из графика номер 6 график номер 1 и помещаем результат в память номер 12. Убираем остальные графики с экрана кнопочками Mem1, Mem2 и т. д., оставляем только Mem12:

Не правда ли, эта кривая приблизительно напоминает то, что обещал эквалайзер?

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

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

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

Источник

Методика тестирования усилителей мощности и усилителей для наушников (вторая редакция)

Основной целью тестирования качества усилителей мощности является определение качества продукта по выработанным критериям — по абсолютной шкале и сравнению с конкурентами. Успех усилителя мощности, как удачного продукта, зависит от совокупности многих факторов. Из них можно выделить следующие, наиболее важные для пользователя: внешний вид, эргономика, функциональность и качество звучания. Стоимость изделия также является важным фактором при покупке, однако наиболее актуален показатель цена/качество для своей ценовой категории, в сравнении с ближайшими конкурентами.

Для сравнения усилителей друг с другом, а также более четкого представления о каждом изделии, целесообразно исследовать и проводить сравнение продуктов по всем основным признакам, определяющим интегральную оценку качества.

Наиболее полезно прямое сравнение с конкурирующими продуктами, при наличии референсного тракта в качестве абсолютного эталона.

Измерительное оборудование

В оборудование для объективных замеров должен входить звуковой интерфейс с параметрами, превосходящими параметры тестируемого усилителя.

Среди звуковых интерфейсов можно отметить E-MU 1616m со следующими особенностями:

• высокое качество преобразователей
  • Dr/Sn 118 дБ в собственном loop
  • THD 0,0008% в собственном loop
• возможность точной аналоговой подстройки с предусилителем на входах A/B, что актуально для измерений усилителей для наушников
• разъем для соединения с землей для уменьшения земляных петель между устройствами
• внешний док позволяет использовать короткие провода — это дает меньше помех и наводок при замерах

Среди недостатков E-MU 1616m стоит отметить отсутствие ground-lift — полной развязкой по земле.

В планах выложить отчет о погрешностях, вносимые звуковыми картами разных ценовых категорий.

Измерения производятся специально разработанным программно-аппаратным комплексом RMAA. Дополнительно могут использоваться другие программы, для проведения дополнительных тестов, генерирования тестовых сигналов, редактирования и показа результата.

Резистивная нагрузка комплектуется из резисторов. Нагрузочная способность резистивной батареи подбирается индивидуально и должна быть выше выходной мощности усилителя.

При замере вольтметром снимается Uвх и рассчитывается выходная мощность. Полученный результат не является абсолютным. Это может быть вызвано отклонениями напряжения в сети — не все усилители имеют контроль и подстройку напряжения на входе. Для учета этой особенности уровень напряжения в сети указывается дополнительно.

Трактовка объективных замеров

Для большей точности, при анализе используются объективные параметры — основные существующие показатели, которые можно получить в результате измерений. Это неравномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), гармонические искажения в рабочей полосе частот, в зависимости от выходной мощности и нагрузки, скриншоты спектра на контрольных частотах.

При тестировании устройства отчет может содержать результаты следующих тестов.

Амплитудно-частотная характеристика

АЧХ характеризует рабочий диапазон частот устройства и неравномерность передачи тембра. При наличии тембров или Lougness режима, показывается АЧХ в крайних положениях регуляторов тембра.

Для большей точности, в полученной АЧХ вносится поправка погрешности АЧХ звукового интерфейса с помощью вычитания полученных результатов в RMAA (Подробности в описании работы с софтом).

Возможно сравнение АЧХ, сделанные на разных нагрузках.

Небольшой спад на краях частотного диапазона является нормой. Погрешность в области ВЧ при замере мультитоновым сигналом зависит от количества шумов и наводок полученных при записи тестового сигнала. Расхождения до 1 дБ в ряде случаев допустимо. Подробнее в разделе варианты корректно отображаемых результатов и ошибочных.

Уровень гармонических искажений (THD)

Уровень гармоник показывает слышимую составляющую гармонических искажений.

Спектр гармонических искажений хорошо коррелирует со звучанием простых звуков, вроде клавишных, струнных и других инструментов воспроизводящие преимущественно однотонные сигналы с узким спектром частот для воспроизводимой ноты. В данном случае паразитные гармоники попадают в зону спектра, где они не заглушаются другим полезным сигналом. В тесте усилителя Behringer A500 очень показательна запись такого отрывка.

При замерах обращается внимание на спектральное распределение и характер искажений. Психоакустически слышимость паразитных гармоник зависит от относительного уровня по отношению к тестовому сигналу, от порядка гармоники, от типа (четная/нечетная) а так же от того, на какой громкости прослушивается тестовый фрагмент.

Максимальная измеряемая мощность фиксируется только в штатном режиме усилителя на допустимой нагрузке заявленной фирмой изготовителем и определением характера перехода в режим с искажениями. Усилитель может перейти в высокий уровень искажений как резко, так и плавно. Если усилитель в искажения уходит резко, то нет смысла привязываться к стандартным 1 и 10% искажений, либо суммарным КГИ, в зависимости от выходной мощности. Это к сожалению не всегда регистрируется большинством измерительных лабораторий.

В примере показаны спектры усилителя при разной выходной мощности с незначительными различиями в процентном отношении гармонических искажений. Пользы замера при 1% и 10% в данном случае нет, т. к. произошел резкий переход в искажения всего на 0,3%.

Вид синуса с искажениями 0,334% в данном случае.

Для общей картины, спектры с искажениями на контрольных частотах приводятся при разном выходном уровне мощности. Это позволяет оценить зависимость величины и характера искажений от выходной мощности.

При одинаковом спектральном распределении искажений для всех частот можно вывести зависимость КГИ от частоты, для определенной гармоники или общий КГИ+шум для оценки уровня искажений.

В ряде случаев принципиальной разницы между выводом «только вторая гармоника» и «КГИ+шум» не будет, так как основной вклад вносит вторая, либо третья гармоника.

График неискаженной мощности в зависимости от сопротивления показывает уровень искажений до резкого перехода в искажения при увеличении громкости (клиппинг), либо до уровня, при котором характер искажений остается постоянным.

В подробном отчете значения при резком уходе спектра в клиппинг отмечаются как «Резкий переход в искажения — ДА», при изменении спектра искажений и плавным увеличении гармоник «Резкий переход в искажения — НЕТ».

У ряда усилителей гармонические искажения зависят не только от выходной мощности, но и от общего коэффициента усиления (отношение уровней сигналов между входом и выходом, без привязки к схемотехнике устройства).

При одной и той же выходной мощности, при разном уровне коэффициента усиления на выходе уровень гармонических искажений разный

В данном тесте идет определение режима усилителя с наиболее качественным звучанием. На основе этих данных можно предположить, в каких условиях эксплуатация усилителя будет оптимальна.

Интермодуляционные искажения (IMD)

Интермодуляционные искажения при тонах 60 Гц и 7000 Гц

Интермодуляционные искажения при тонах 19 кГц и 20 кГц

Мультитон

Мультитоновый сигнал состоит из 120 тонов, и является более приближенным к реальному звуковому сигналу. Аналогичный сигнал использует Audio Precision под названием FASTTEST.

Уровень каждой из гармоник существенно ниже, чем в тесте THD, и не смотря на такое же амплитудное значение — средняя мощность мультитонового сигнала ниже.

Если по THD можно представить звучание простых звуков, то мультитон показывает, какие искажения даст усилитель на более сложном музыкальном сигнале.

Мультитон эмулирует «сложный» сигнал — спектр максимально приближен к реальному. В тестах приводится сравнение шумовой полки усилителя и спектром воспроизводимого сигнала. Вполне очевидно, что услышать искажения ниже собственных шумов усилителя крайне сложно. При этом видно, что уровень каждой гармоники находится примерно под -30

40 дБ, что в свою очередь уменьшает и уровни паразитных гармоник. Но при этом сумма паразитных гармоник может превысить уровень шумов усилителя.

На спектре можно увидеть подъем «шумовой полки». Хорошим результатом может считаться лишь незначительный подъем искажений над шумовой полкой усилителя.

Мультитон — усилитель и тестирующее устройство

Измерительное оборудование должно обеспечивать запас по уровню шума и искажений, это дополнительно может быть показано на спектре.

Мультитон — усилитель и шумовой порог

Отображение уровня шумовой полки условно и зависит от настроек спектроанализатора. В «цифрах» корректнее сравнивать RMS шума и RMS искажений, но на данный момент не найден корректный способ подсчета с вычетом полезного мультитонового сигнала.

На данный момент приводится численное значение «Подъем искажений от шумовой полки / разница амплитуды между тестовым тоном и искажениями на контрольной частоте». Чем меньше значение «Подъем искажений от шумовой полки» — тем лучше.

Дополнительно могут быть указаны параметры «Подъем искажений тестирующего устройства от шумовой полки тестируемого устройства» — в идеале значение должно быть отрицательным. Если значение положительно, то на такую величину увеличен параметр «Подъем искажений от шумовой полки» по вине тестирующего устройства, а не тестируемого усилителя.

Следует понимать, что численные значения лишь помогают оценить масштаб картинки, и при построении спектра с другими параметрами окна будут другими.

Референсные характеристики для 16-ти битного сигнала
Подъем искажений от шумовой полки / разница амплитуды между тестовым тоном и искажениями на 200 Гц, дБ
Подъем искажений от шумовой полки / разница амплитуды между тестовым тоном и искажениями на 1000 Гц, дБ
Подъем искажений от шумовой полки / разница амплитуды между тестовым тоном и искажениями на 10000 Гц, дБ	Не смотря на широкое распространение источников воспроизведения в «с качеством 24 битного сигнала» и высокими характеристиками сигнал/шум, далеко не все эти источники справляются с 16-ти битным сигналом при анализе искажений. По этому высококачественный усилитель в идеале должен дотягивать по параметрам хотя бы до 16 бит. TIMD Тест представляет собой комбинированный сигнал из низкочастотного тона 47 Гц и меандра с частотой 3 кГц, с ограниченной полосой в 20 кГц. Сигнал имитирует удар в барабан. Как и в других тестах, чем чище спектр, тем лучше. Шумовая полка Как правило параметр сигнал/шум не представляет особого интереса для усилителя. Дело в том, что шумовая полка формируется из двух составляющих, фоновых шумов не зависящих от входного сигнала воспроизводимого сигнала, и от входного сигнала, фактически повторяющего отношение сигнал/шум источника. В итоге максимальное отношение сигнал/шум получается как правило на максимальной мощности усилителя. Интерес представляет другой параметр, это характер шумов. Шум можно условно разделить на два типа «неслышимый» и на «слышимый раздражающий». Второй тип шума — это зудящий призвук, хорошо слышимый в паузах. Ярким примером являются с нежелательным характерным видом спектра являются M-Audio EX66. На виде волны в таких случаях можно увидеть излом, «заусенец» и т. п. артефакты. На спектрах как правило шумовая полка приводится для визуальной возможности отделения шумов от исследуемых искажений. Сравнивать шумовые полки, полученные в разное время нельзя, т. к. спектр шумов сильно зависит от внешнего оборудования, включая оборудование соседей. Взаимопроникновение каналов При большом взаимопроникновении каналов как правило ухудшается стереопанорама, четкость локализации источников. На основе психоакустики считается, что беспокоится не о чем, при взаимопроникновении каналов до 40 дБ. Однако усилитель не всегда единственное звено между звуковым интерфейсом и акустическими системами, и если цепочку добавить еще и микшер/пульт, то итоговое значение может стать выше допустимого. Связь объективных и субъективных отчетов, психоакустика и исследования зависимостей Сами по себе объективные отчеты дают немного информации о характере звучания. Еще сложнее сопоставлять объективные результаты, полученные в разных условиях. По этому важно проведение как субъективного, так и объективного теста. Со временем накапливается статистика, совершенствуются методики, и гораздо большее количество пользователей может по объективным данным дать адекватную оценку изделию. Что еще важнее — пользователь получает возможность проверить характеристики своего усилителя с усилителями такой же марки у других пользователей дистанционно. Ведь производители нередко меняют схемотехнику устройства без уведомления покупателей, прикрываясь пунктом с примерно такой формулировкой: «производитель имеет право вносить изменения с целью повышения качества изделия» и не уточняя, каких именно характеристик и насколько. Производитель вполне может улучшить один параметр и ухудшить другой. Сегодня посредством интернета можно легко и просто обмениваться информацией. Развитие тестового пакета RMAA жестко ударило по производителям звуковых карт, которые до этого мало следили за качеством продукции, надеясь, что пользователи не услышат каких-то проблем в звучании, или не смогут это подтвердить фактами. Сейчас компании, которые заботятся о своей репутации, с большим вниманием относятся к объективным тестам и более осторожны в расписывании характеристик своих устройств. Субъективные тесты, методика AES20, требования к экспертам и тестовое прослушивание Подход такой же, как и в описании методики тестирования акустических систем. Различия в деталях. При проведении субъективного теста, усилители скрываются визуально непроницаемым экраном, либо проводится ряд мер, по которым невозможно определить, какой именно усилитель в данный момент подключен к АС. На все усилители подается одинаковый сигнал с многоканального звукового интерфейса, либо идет переключение через роутер. Роутер может быть как на пассивных, так и активных элементах. Пассивные элементы (галетные переключатели или реле) предпочтительнее, так как меньше вносят искажений в сигнал. С выхода усилителей усиленный сигнал также попадает на роутер и после него на контрольные акустические системы. Целесообразно использовать контрольные акустические системы сопоставимой ценовой категории, либо той, на которую рассчитан усилитель (часть функциональных решений может сделать конкретную модель усилителя более дорогой). Дополнительно может проводится прослушивание на акустических системах более высокого класса. Особенности звучания каждой модели усилителя фиксируется в письменном отчете. Итоговая оценка складывается из следующих компонентов: качество звучания в абсолютной категории качество звучания в своем классе соотношение цены и качества звучания оценка применимости (сферы применения: музыка, домашний кинотеатр, профессиональная аудиоаппаратура) Источник Поделиться с друзьями Вам также может понравиться Как сделать виртуальную вебку  Как использовать виртуальную камеру OBS 9 ноября 00 Как сделать весту тише  Шумоизоляция Лады Весты своими силами: сначала — 00 Как сделать браслет россии  Простые браслеты своими руками: легкие схемы плетения 00 Как сделать выпадающий лист  Как сделать выпадающий список с другого листа в excel 2007? 00 Политика конфиденциальности Правообладателям Контакты