Вход на сайт

Зарегистрировавшись на сайте Вы сможете добавлять свои материалы






Измеритель ачх самодельный


Акустические измерения. Измеряем АЧХ подручными средствами / Хабр

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

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

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

(Под катом — много картинок).


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

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


Windows спрашивает, что за прибор мы подключили. Отвечаем, что это микрофон:
Windows — немецкий, извините. Я ведь обещал использовать подручные материалы.

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

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


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

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

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


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

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

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


Если всё сделано правильно, в поле начнёт вырисовываться график. Подождём, пока он стабилизируется (перестанет «плясать» туда-сюда) и нажмём Stop:
Видим, что «громкость тишины» (фоновых шумов) не превышает -40dBu, и выставляем (регулятор dB Bottom в правой части окна) нижнюю границу отображения в -40dBu, чтобы убрать фоновый шум с экрана и покрупнее видеть график интересующего нас сигнала.

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

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


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

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

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


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

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


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

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

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


Чтобы убедиться, что мы измеряли АЧХ, а не погоду на Луне, давайте покрутим эквалайзер в другом месте. У нас же есть плеер в смартфоне! Воспользуемся его эквалайзером:
И вот результат измерений:
Вот это другое дело! Новый график заметно отличается от старых. Занесём его тоже в память (у меня получился номер памяти 6) и найдём разность между новым графиком и эталонным, TrueRTA это умеет (меню Utilities → Difference):
Вычитаем из графика номер 6 график номер 1 и помещаем результат в память номер 12. Убираем остальные графики с экрана кнопочками Mem1, Mem2 и т. д., оставляем только Mem12:
Не правда ли, эта кривая приблизительно напоминает то, что обещал эквалайзер?

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


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

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


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

Тестирование и анализ отклика динамика

Тестирование и анализ спикеров

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Один дюйм от твитера

Один дюйм от НЧ-динамика

Один дюйм от порта

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

Шесть дюймов по центру твитера и вуфера

Один метр по центру твитера и вуфера

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

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

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

Измерение частотной характеристики динамика - различные методы

Как измерить АЧХ динамика?

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

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

Способы измерения АЧХ

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

  • Безэховая среда или свободное поле (также называемое полным пространством или 4π).
  • Полупространство или 2π.
  • Земляной самолет.
  • Ближнее поле.
Измерения в безэховой среде или в свободном поле

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

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

Измерение с замком

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

Как спроектировать громкоговорители - видеокурсы

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

Измерение полупространства

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

Измерение плоскости заземления

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

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

Измерение ближнего поля

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

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

Ближнее поле и фазоинвертор

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

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

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

Выбор снаряжения

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

Микрофон

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

Как спроектировать громкоговорители - видеокурсы

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

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

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

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

Хорошие аудиоинтерфейсы:

Программное обеспечение

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

Опции программного обеспечения:

Заключение

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

Реальный пример измерения полного диапазона с использованием ARTA:


Ссылки
  1. Поваренная книга по дизайну громкоговорителей, 7-е издание Вэнса Дикасона (Audio Amateur Pubns, 2005).
  2. Источник изображения: ссылка.
.

Микроволны101 | Частотомеры

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

Щелкните здесь, чтобы перейти на главную страницу тестового оборудования

Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу главную страницу о волноводе

Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу страницу о резонансных полостях

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

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

Как пользоваться частотомером

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

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

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

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

В частотомере

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

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

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

Частотомер HP 536A

Керри из низов

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

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

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

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

.

Что такое частотная характеристика и как она влияет на мою музыку?

Если вы достаточно долго болтались в звуковых кругах, вы, вероятно, встретили термин "частотная характеристика". Это может возникнуть практически в любой дискуссии, начиная от наушников и динамиков и кончая ЦАП и усилителями, и даже акустикой помещения. Вот все, что вам нужно знать о частотной характеристике, независимо от того, знаком ли вы с этим предметом или только что знаком с ним.

Как следует из названия, мы имеем дело с частотой и тем, насколько хорошо конкретный компонент способен воспроизводить все тона, которые мы слышим.Человеческий слух варьируется от очень низких частот всего 20 Гц до очень высоких частот около 20 кГц. Хотя индивидуальный слух будет варьироваться между этими двумя крайностями. В музыкальном смысле мы часто видим это разделение на басы, средние и высокие частоты. Это не фиксированные определения, но обычно низкие частоты соответствуют частотам от 20 до 300 Гц, средние частоты - от 300 Гц до 4 кГц, а высокие частоты считаются чем-либо выше 4 кГц, грубо говоря.

Частотная характеристика описывает диапазон частот или музыкальных тонов, которые может воспроизводить компонент.

Частотная характеристика измеряет, воспроизводит ли и насколько хорошо конкретный аудиокомпонент все эти слышимые частоты, и вносит ли он какие-либо изменения в сигнал на своем пути. Например, какова самая низкая частота, которую может воспроизводить сабвуфер X. За исключением любых преднамеренных настроек эквалайзера, идеальная частота на выходе компонента должна быть равна входной, чтобы не изменять сигнал. Это часто называют «плоской» частотной характеристикой, когда синусоидальная волна фиксированного объема (измеряемая в децибелах) может проходить через систему и будет иметь одинаковую амплитуду на всех частотах на выходе.

Частотную характеристику часто можно представить как фильтр, который может усиливать или ослаблять входной сигнал для изменения звука.

Другими словами, идеальная частотная характеристика - это такая, при которой не регулируется громкость низких, средних или высоких частот из нашего источника. Для сравнения, если вы возились с настройками эквалайзера любого музыкального приложения, вы, возможно, видели не плоскую настройку эквалайзера, которая усиливает басы или срезает высокие частоты и т. Д. Итак, если компонент (например, драйвер наушников) не имеет плоская частотная характеристика, вы можете в конечном итоге услышать больше или меньше определенных частот, чем должно быть.В крайних случаях это может испортить впечатление от прослушивания.

Проблемы с получением плоского ответа

К сожалению, со звуком то, что идеально, и то, что происходит на самом деле, редко идут рука об руку, и добиться идеально ровной частотной характеристики по всей цепочке аудиосигнала невероятно сложно. Чаще всего это проблема с драйверами наушников и динамиками, где механические свойства, электроника и акустика объединяются, создавая нелинейность, которая влияет на звук.Например, согласование импеданса и емкостная связь между усилителями и динамиками, катушками индуктивности динамиков и драйверами и даже акустикой комнаты, в которой вы находитесь, могут повлиять на окончательную частотную характеристику.

Каждый компонент в сигнальной цепи в идеале должен иметь ровную частотную характеристику, чтобы звук проходил без изменений. Но реальность такова, что многие компоненты не обеспечивают идеальной производительности.

В реальном мире вы часто будете видеть, что в характеристиках частотной характеристики указывается диапазон частот, например, 20 Гц - 20 кГц, за которым следует величина изменения частотной характеристики в децибелах, например +/- 6 дБ.Это просто говорит нам о максимальной величине усиления или среза в любой точке между заданными частотами, поэтому на самом деле ничего не говорит о том, как будет звучать продукт.

Для большинства людей плюс-минус 3 дБ считается нижним пределом того, что вы можете слышать - так что небольшие отклонения в 1 или 2 дБ здесь не о чем беспокоиться. Но несколько отклонений на 3 дБ или выше подчеркивают некоторые заметные изменения в вашей музыке. Резонансные частоты, которые появляются в виде заметных изолированных горбов на частотной диаграмме, могут быть особенно проблематичными, поскольку некоторые музыкальные ноты и тона затем становятся преувеличенными или маскированными.

Следовательно, недостаточно взглянуть на частотную характеристику, например, 20 Гц-20 кГц +/- 3 дБ, лучше иметь возможность видеть , где происходят эти колебания акцентов и как они распределяются. Более гладкая частотная характеристика лучше, чем сильно изменяемая, идеальная цель - плоская.

Сравнение идеального (зеленый), вероятного неприемлемого примера из реальной жизни (желтый) и более слышимых (красный) частотных характеристик для динамиков.

Когда дело доходит до ЦАП, выходной сигнал всегда должен быть почти полностью плоским на слышимых частотах, даже в современных недорогих конструкциях.Преобразование из цифрового в аналоговый в современном оборудовании представляет собой прямое преобразование выборки, прежде чем отфильтровать шум на частотах, выходящих далеко за пределы человеческого восприятия. На данном этапе нет никаких механических или акустических проблем, о которых стоит беспокоиться.

Схемы усилителя

немного сложнее, но в целом: даже комбинация ЦАП / усилитель , средняя должна иметь ровную частотную характеристику при питании всех, кроме динамиков / наушников с самым низким импедансом.

В то время как компоненты динамика наушников могут иметь широкий диапазон частот, компоненты ЦАП и усилителя должны быть плоскими.

Анализ Фурье и ваша музыка

До сих пор мы имели дело с довольно простым для понимания аспектом частотной характеристики: нелинейная характеристика изменяет способ звучания нашего источника. Однако это касается не только общих понятий, таких как низкие и высокие частоты, но и влияет на качество звука каждого инструмента в миксе. Чтобы разобраться в этом более тонком аспекте того, как нелинейная частотная характеристика может повлиять на то, что мы слышим, нам нужно обратиться к анализу Фурье.

Вкратце, анализ Фурье и преобразование Фурье показывают, что сложная форма волны может быть выражена как сумма серии синусоидальных волн различной амплитуды.Таким образом, квадрат, треугольник или любая другая форма волны, которая появляется во временной области, может быть представлена ​​множеством различных индивидуальных частот с различными амплитудами в частотной области. Сюда входят формы волны, создаваемые музыкальными инструментами, от резких ударов малого барабана до толстых прямоугольных электрогитар.

В музыкальных инструментах эти синусоидальные волны преимущественно связаны гармонически, располагаясь на нечетных и четных октавах (кратных частоте основной ноты) над основной нотой.Так, например, если вы играете естественную до на скрипке, она звучит на основной частоте 261 Гц плюс некоторая вторая гармоника на 522 Гц, третья на 783 Гц, четвертая на 1044 Гц и так далее с уменьшающейся громкостью. У других инструментов разные гармонические отношения, которые частично создают их уникальный звук. На приведенной ниже диаграмме в качестве примера показаны различия частотных соотношений между звуком фортепиано и скрипки.

Гармоники могут быть тихими, но они не менее важны для вашей музыки.

ResearchGate

Почему это важно? Вернемся к частотной характеристике и фильтрации, и теперь мы можем видеть, что не плоская характеристика не только изменяет общее представление нашей музыки, но также может изменить способ звучания отдельных инструментов. Даже если на графике частотной характеристики нет серьезных проблем с низкими или высокими частотами, меньшие нелинейности на определенных частотах могут изменить наше восприятие определенных инструментов.

См. Также:

Эквалайзер: точная настройка звучания

Некоторые общие правила эквализации заключаются в том, что уменьшение основной частоты инструмента дает менее мощный звук, а увеличение - добавляет «глубину.Точно так же уменьшение гармоник инструмента приводит к глухим звукам, лишенным пространства, в то время как усиление гармоник увеличивает присутствие, но в конечном итоге может звучать слишком резко. Сделав еще один шаг вперед, усиление и срезание различных частот инструментов может даже привести к маскированию или усилению звука других инструментов на дорожке. Таким образом, нелинейная частотная характеристика может свести на нет всю тяжелую работу, которую инженер вложил в тщательное микширование трека.

У музыкальных продюсеров есть своя работа, поскольку изменение акцента означает изменение качества звука в целом.

Почему важна частотная характеристика

По традиционным стандартам Hi-Fi, хорошая аудиосистема - это такая, которая принимает входной сигнал и выводит его , не изменяя его вообще . Сюда входят компоненты, начиная от исходного аудиофайла и заканчивая цифровой обработкой и такими компонентами, как ЦАП, вплоть до усилителя и динамиков. Частотная характеристика - лишь одна часть этого уравнения, но она очень сильно влияет на звучание выходного сигнала.

Связано: Амплитудно-частотная характеристика: Где живут звуки?

Амплитудно-частотная характеристика - это не только то, слишком много низких, средних или высоких частот выходит из системы.Это также может более тонко повлиять на тон и баланс инструментов в треке, потенциально окрашивая и даже разрушая наше впечатление от прослушивания. Совершенно ровный, идеальный отклик не возможен для каждого компонента, но современные высокотехнологичные технологии, безусловно, могут приблизиться к тому, что человек никогда не сможет сказать.

Если наша цель - послушать музыку в максимально чистом виде, то мы должны обратить внимание на частотную характеристику. Это также может быть удобным инструментом, если вы ищете способ эквалайзера использовать далеко не идеальное оборудование.

.

Смотрите также