Mierniki wysterowania, parametry sygnału fonicznego

Transkrypt

1 LABORATORIUM INśYNIERII DŹWIĘKU 2 ĆWICZENIE NR 2 Mierniki wysterowania, parametry sygnału fonicznego Cel ćwiczenia Ćwiczenie składa się z dwóch części. W części pierwszej mierzone są podstawowe wielkości opisujące sygnał foniczny w dziedzinie amplitudy tj. wartość skuteczna, szczytowa i średnia dla róŝnego typu sygnałów. Celem drugiej części ćwiczenia jest zapoznanie się z budową, sposobem pomiarów i parametrami mierników wysterowania. Pomiarom będą podlegać dwa urządzenia: miernik wartości szczytowych (z opcją wskazywania głośności sygnału) model 1019GL firmy Radio-Technische Werkstatten (RTW) oraz typowy miernik głośności model 40A firmy Dorrough Electronics. Dzięki szczegółowym pomiarom zgodnym z polską normą PN-IEC :1998, moŝliwe będzie wykazanie róŝnic w przeznaczeniu powyŝszych urządzeń, jak teŝ określenie ich przydatności do konkretnych zadań. W końcowym etapie ćwiczenia jako sygnały pomiarowe posłuŝą próbki rzeczywistych dźwięków oraz krótkie, zróŝnicowane fragmenty muzyczne, dzięki czemu moŝliwe będzie zaobserwowanie róŝnych trybów pracy urządzeń oraz ich właściwości praktycznych. A. Parametry sygnału fonicznego I. Pomiary Korzystając z układu pomiarowego przedstawionego na rys.1 naleŝy zmierzyć wartości: maksymalną, skuteczną, średnią dla sygnałów: sinusoidalnego, szumowego. symetrycznej fali prostokątnej, symetrycznej fali trójkątnej. 1

2 Rys.1. Schemat układu pomiaru parametrów sygnałów. II. Analiza wyników pomiarów Na podstawie otrzymanych wyników pomiarów dla sygnałów deterministycznych wyznaczyć współczynniki szczytu i kształtu sygnału i porównać z wartościami teoretycznymi. B. Mierniki wysterowania I. Pomiary W ćwiczeniu wszystkie sygnały pomiarowe będą odtwarzane z kasety za pomocą magnetofonu TASCAM DA-20. Po włoŝeniu kasety nr 2 wystarczy włączyć ją od początku, aby zrealizować program całego ćwiczenia. W sytuacjach, gdy wystąpi konieczność powtórzenia pomiaru moŝna skorzystać z tabeli 2 (na końcu instrukcji), aby zlokalizować potrzebną próbkę. Pomiędzy punktami ćwiczenia moŝna poruszać się za pomocą indeksów. Przyciskając przycisk Skip magnetofonu moŝna automatycznie przesunąć się o jeden indeks w tył lub w przód. Przyciskając Skip wielokrotnie moŝna przesunąć się o tyle indeksów ile razy naciśnięto klawisz. Pomiędzy dwoma sąsiednimi markerami moŝna poruszać się za pomocą funkcji przewijania. W sytuacji, gdy przycisk przewijania zostanie przytrzymany w trakcie odtwarzania, nastąpi przewijanie kasety na odsłuchu materiał będzie słyszalny w przyspieszeniu (wolne przewijanie). Gdy przycisk przewijania zostanie uŝyty po naciśnięciu klawisza Stop, nastąpi przewijanie szybkie (bez odsłuchu). Próbki dźwiękowe nagrane na kasecie są rozdzielone obszarami ciszy (5 s pomiędzy próbkami, 10 s pomiędzy punktami ćwiczenia). Daje to moŝliwość zatrzymania odtwarzania (Pause) w celu przygotowania się do następnego pomiaru. 2

3 1. Poziom odniesienia i kalibracja miernika Podłączyć miernik RTW do magnetofonu cyfrowego zgodnie z rys. 2. Podłączenie głośnika nie jest konieczne, jednak w pewien sposób ułatwia pomiary, dając wyobraŝenie o próbkach dźwiękowych. UWAGA w związku z wymaganymi poziomami najlepiej stosować głośniki aktywne i przed włączeniem sygnału zmniejszyć poziom wejściowy głośnika na minium (jeŝeli jest taka moŝliwość włączyć tłumik 10 db). Unbalanced Output L lub R DAT TASCAM DA-20 Balanced Output L i R Głośnik RTW R L Rys. 2. Schemat układu pomiaru parametrów miernika wysterowania RTW. W mierniku RTW, poprzez zmianę ustawień przełączników L i H na płycie czołowej miernika, moŝna wybrać róŝne tryby pracy (patrz tabela 1). Pomiary podstawowych parametrów miernika powinny być realizowane dla ustawień przełączników w pozycji o nr 3. Tabela 1 Tryby pracy miernika 1019GL firmy RTW Stan Nr przełącznika Tryb pracy L H 1 Wskazanie wartości szczytowych i poziomu głośności bez funkcji HOLD 2 Wskazanie wartości szczytowych i głośności z funkcją HOLD najwyŝsze segmenty słupka wyjaskrawione, pozostawiają za sobą 3 sekundową poświatę. 3 Wskazanie wartości szczytowych bez funkcji HOLD 4 Wartość szczytowa reprezentowana przez grupę 3 segmentów pozostawiających za sobą 2 segmentową poświatę na 3 sekundy. Skala lekko podświetlona w całym zakresie. 3

4 NaleŜy włoŝyć kasetę nr 2 do magnetofonu i rozpocząć odtwarzanie od początku (zwrócić uwagę, czy nie naleŝy przewinąć kasety). W trakcie odtwarzania próbki 1 (tabela 2 na końcu instrukcji) regulować poziomem wyjściowym magnetofonu (Output) w taki sposób, aby miernik wysterowania w obu kanałach wskazywał 0 db. Dołączając równolegle do wyjścia magnetofonu woltomierz, określić wartość napięcia i jego poziom wyraŝony w dbu dla wskazań na mierniku wysterowania 0 db. 2. Wyskok Dla ustawień z punktu 1 i próbki 1 (jeŝeli konieczne, naleŝy ją powtórzyć) kilkakrotnie włączać i wyłączać sygnał (Play, Stop) dbając o to aby wskazanie po wyłączeniu powróciło do końca skali. Zanotować wyskok (przerzut) wskazań. Uwaga: Przy odczytywaniu wskazań miernika moŝe być pomocna funkcja pamięci. Po naciśnięciu i przytrzymaniu przycisku Memory na płycie czołowej miernika RTW moŝna odczytać najwyŝszą wskazaną wartość pamiętaną przez miernik. Aby skasować pamięć pomiędzy odczytami naleŝy nacisnąć przycisk Reset. 3. Charakterystyka amplitudowo-częstotliwościowa NaleŜy zanotować wskazanie miernika odtwarzając z taśmy sygnały sinusoidalne o częstotliwościach: 12,5 Hz, 16 Hz, 20 Hz, 25 Hz, 31,5 Hz, 40 Hz, 50 Hz, 63 Hz, 80 Hz, 100 Hz, 125 Hz, 160 Hz, 200 Hz, 250 Hz, 315 Hz, 400 Hz, 500 Hz, 630 Hz, 800 Hz, 1 khz, 1,25 khz, 1,6 khz, 2 khz, 3,15 khz, 4 khz, 5 khz, 6,3 khz, 8 khz, 10 khz, 12,5 khz, 16 khz, 20 khz, 25 khz, 31,5 khz, 40 khz (próbki o numerach od 2 do 36). W sprawozdaniu naleŝy wykreślić charakterystykę amplitudowo-częstotliwościową badanego miernika. Na osi y w skali liniowej przedstawić odczytany poziom sygnału, na osi x w skali logarytmicznej odłoŝyć częstotliwość. 4. Charakterystyka dynamiczna Do zbadania charakterystyki dynamicznej miernika konieczne jest zastosowanie impulsów tonu o róŝnych czasach trwania. W celu określenia charakterystyki dynamicznej z kasety naleŝy odtworzyć próbki o numerach od 37 do 40 (impulsy tonu sinusoidalnego o częstotliwości 5 khz). 4

5 Zanotować wskazania miernika i przedstawić je tabelarycznie. W celu zwiększenia dokładności odczytów skorzystać z funkcji pamięci miernika (patrz punkt 2). 5. Czas całkowania Odtworzyć próbki o numerach od 41 do 50 i zanotować wskazania miernika dla kolejnych impulsów tonu 5 khz. Wyniki przedstawić w postaci tabelarycznej i określić czas całkowania miernika. 6. Impedancja wejściowa rys. 3. Dla wyznaczenia impedancji wejściowej miernika naleŝy dokonać połączeń zgodnych z Unbalanced Output L i R - + DAT TASCAM DA-20 Głośnik V Dekada rezystorowa Zwarte piny 1 i 3 na wejściu miernika RTW R L Rys. 3. Schemat układu pomiaru impedancji wejściowej miernika wysterowania RTW. Ustawić dekadę rezystorową na 0 Ω rezystancji. Podczas odtwarzania próbek 51 i 52, tak regulować poziomem sygnału wyjściowego magnetofonu (Output), aby miernik wysterowania wskazywał 0 db. Gdy urządzenie zostanie skalibrowane naleŝy odtworzyć próbki od 53 do 64. Dla kaŝdego sygnału tak zmieniać rezystancję dekady, aby napięcie mierzone przez woltomierz wynosiło 775 mv rms. Ustawiona rezystancja będzie równa impedancji wejściowej miernika RTW. Uwaga: Aby sprawdzić poprawność pomiarów naleŝy obserwować, czy miernik wysterowania, w sytuacji, gdy na dekadzie odkłada się napięcie 775 mv, wskazuje -6 db. Jeśli występuje inna wartość sprawdzić połączenia układu. 5

6 Na podstawie wyników pomiarów naleŝy wykreślić charakterystykę impedancji wejściowej miernika w funkcji częstotliwości. Na osi y w skali liniowej przedstawić odczytaną wartość impedancji, na osi x w skali logarytmicznej odłoŝyć częstotliwość. 7. Charakterystyka przeciąŝenia NaleŜy powrócić do połączeń z punktu 1 (rys. 1.). Odtworzyć próbkę nr 65 i tak regulować poziom sygnału wyjściowego magnetofonu (Output), aby miernik wskazywał 0 db. Następnie odtworzyć próbki 66 i 67 i zanotować wskazania. Wyniki przedstawić w formie tabelarycznej. 8. Właściwości praktyczne miernika NaleŜy odtworzyć próbki o numerach od 68 do 90. Poziom ustawiać tak (przy odsłuchu pierwszej próbki), aby w pełni wysterować miernik (0 db). Zaprezentowanych zostanie kilkanaście fragmentów dźwiękowych, wraz z przykładami róŝnych utworów muzycznych (tabela 2). NaleŜy zanotować odczyty wartości szczytowych oraz głośności dla kaŝdej z nich, a następnie omówić wyniki w sprawozdaniu. 9. Miernik wysterowania firmy Dorrough Dla przyrządu firmy Dorrough typu 40A naleŝy powtórzyć wszystkie pomiary i porównać uzyskane wyniki z otrzymanymi dla miernika RTW. Przedyskutować róŝnice, szczególnie dotyczące punktów 4 i 5. Miernik wysterowania Dorrough typu 40A moŝe pracować w róŝnych trybach (pomiar sygnałów niezaleŝnych, sumacyjnych, pomiar fazy), w zaleŝności od wykorzystania wejść miernika. W ćwiczeniu wykorzystujemy gniazda pokazane na rys 4. Miernik ten nie posiada funkcji Memory, jednak został tak skonfigurowany, Ŝe wartość szczytowa wyświetlana jest przez 3 s od momentu wystąpienia. R L 40A Rys. 4. Gniazda miernika Dorrough typu 40A do pomiaru dwóch kanałów niezaleŝnie 6

7 Tabela 2. Zawartość kasety DAT z próbkami dźwiękowymi L.p. Indeks Próbka Czas rozpoczęcia [mm:ss] L.p. Indeks Próbka Poziom odniesienia i kalibracja miernika + Wyskok 46 5 khz 6 ms 12:40 1 sinus 1 khz 00: khz 7 ms 12:55 Charakterystyka amplitudowo-częstotliwościowa 48 5 khz 8 ms 13: sinus 12,5 Hz 01: khz 9 ms 13:25 3 sinus 16 Hz 01: khz 10 ms 13:40 4 sinus 20 Hz 01:40 Impedancja wejściowa 5 sinus 25 Hz 01:55 51 sinus 1 khz 14:00 6 sinus 31,5 Hz 02:10 52 sinus 1 khz 14:10 7 sinus 40 Hz 02:25 8 sinus 50 Hz 02: sinus 16 Hz 14:25 9 sinus 63 Hz 02:55 54 sinus 31,5 Hz 14:40 10 sinus 80 Hz 03:10 55 sinus 63 Hz 14:55 11 sinus 100 Hz 03:25 56 sinus 125 Hz 15:10 12 sinus 125 Hz 03:40 57 sinus 250 Hz 15:25 13 sinus 160 Hz 03:55 58 sinus 500 Hz 15:40 14 sinus 200 Hz 04:10 59 sinus 1 khz 15:55 15 sinus 250 Hz 04:25 60 sinus 2 khz 16:10 16 sinus 315 Hz 04:40 61 sinus 4 khz 16:25 17 sinus 400 Hz 04:55 62 sinus 8 khz 16:40 18 sinus 500 Hz 05:10 63 sinus 16 khz 16:55 19 sinus 630 Hz 05:25 64 sinus 20 khz 17:10 20 sinus 800 Hz 05:40 Charakterystyka przeciąŝenia 21 sinus 1 khz 05: sinus 1 khz 17:30 22 sinus 1,25 khz 06: khz 1,6 ms 17:55 23 sinus 1,6 khz 06: khz 1,6 ms +10 db 18:10 24 sinus 2 khz 06:40 Właściwości praktyczne miernika 25 sinus 3,15 khz 06: Kroki na betonie 18:30 26 sinus 4 khz 07:10 69 Kroki na plaŝy 18:50 27 sinus 5 khz 07:25 70 Bieg po Ŝwirze 19:05 28 sinus 6,3 khz 07:40 71 Konie na bruku 19:25 29 sinus 8 khz 07:55 72 Chrapanie 19:45 30 sinus 10 khz 08:10 73 Kichanie 20:00 31 sinus 12,5 khz 08:25 74 Płacz dziecka 20:15 32 sinus 16 khz 08:40 75 Szczekanie psa 20:30 33 sinus 20 khz 08:55 76 Dzwon kościelny 20:45 34 sinus 21 khz 09:10 77 Dzwonki 21:05 35 sinus 22 khz 09:25 78 Gong 21:25 36 sinus 23 khz 09:40 79 Bębny 21:45 Charakterystyka dynamiczna 80 Organy kościelne 22: khz 10 ms 10:00 81 Trójkąt 22: khz 5 ms 10:20 82 Odgłos ogniska 22: khz 3 ms 10:40 83 Ulewa 23: khz 0,4 ms 11:00 84 Strumień 23:15 Czas całkowania 85 Aparat fotograficzny 23: khz 1 ms 11:25 86 Wiertarka denty. 23: khz 2 ms 11: Muzyka 1 24: khz 3 ms 11:55 88 Muzyka 2 25: khz 4 ms 12:10 89 Muzyka 3 26: khz 5 ms 12:25 90 Muzyka 4 27:35 Czas rozpoczęcia [mm:ss] 7

8 Zagadnienia do przygotowania 1. Parametry i miary sygnału fonicznego. 2. Typy mierników wysterowania. 3. Zasada działania, zastosowanie i podstawowe parametry mierników wysterowania. Literatura [1] Wykład, Urządzenia elektroakustyczne [2] Urbański B., Elektroakustyka w pytaniach i odpowiedziach, WNT W-wa 1984, s [3] PN-IEC , Urządzenia systemów elektroakustycznych. Mierniki szczytowego poziomu wysterowania [4] Instrukcje fabryczne mierników wysterowania 8