Politechnika Rzeszowska Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych Laboratorium Elektroniczne przyrządy i techniki pomiarowe POMIARY WYBRANYCH PARAMETRÓW TORU FONICZNEGO W PROCESORACH AUDIO Grupa Nr ćwicz. 5 1... kierownik 2... 3... 4... Data Ocena I. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest poznanie podstawowych zagadnień związanych z wyznaczaniem i oceną wybranych parametrów opisujących tory foniczne w układach scalonych procesorów audio. II. Przebieg ćwiczenia Przed przystąpieniem do wykonywania ćwiczenia należy włączyć generator funkcyjny, miernik zniekształceń nieliniowych i nanowoltomierz selektywny w celu ustabilizowania się termicznych warunków pracy tych przyrządów Spis przyrządów: Obiekt: Nanowoltomierz selektywny: Producent: Typ: Selektywność: Zakres częstotliwości: Zakresy pomiarowe napięcia: Oscyloskop: Producent: Typ: Liczba kanałów: Czułość: C y = Podstawa czasu: C t = Generator funkcyjny: Producent: Typ: Zakres napięcia wyj. U w = Zakres częstotliwości.: f w = Zawartość harmonicznych dla f = 1 khz: h w = 1) Pomiar współczynnika zniekształceń nieliniowych sygnału wzorcowego 1. Zapoznać się z danymi technicznymi i zasadą działania oscyloskopu. 2. Podłączyć generator funkcyjny do gniazda wejściowego oscyloskopu. 3. Ustawić na generatorze przebieg sinusoidalny (wzorcowy) o apmlitudzie1 V rms i częstotliwości 1 khz. 4. Oszacować za pomocą oscyloskopu wartość częstotliwości f w i amplitudy U wmax sygnału wzorcowego. 5. Oszacować za pomocą oscyloskopu wartość współczynnika zniekształceń nieliniowych sygnału wzorcowego h w. Poniżej opisano sposób wykonania pomiaru współczynnika zniekształceń nieliniowych sygnału wzorcowego h w. ćw. 1 / str. 1
a). - ustawić analizę widma FFT (MATH, Operate: FFT), - do pomiaru wartości widma FFT należy wykorzystać kursory (CURSOR, Mode: MANUAL, Source: FFT). Po ustawieniu możliwości obsługi kursorów można korzystać z dwóch kursorów Cur A, Cur B. Wyboru tych kursorów dokonuje się poprzez wciśnięcie pokrętła. Ustawienia kursorów w dowolnym położeniu dokonuje się też za pomocą tego pokrętła. b). Zapisać wyniki pomiarów w tab.1 i obliczyć za pomocą wzoru współczynnik zniekształceń sygnału wzorcowego h w. Tab. 1. Tabela pomiarowa i [-] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 f i [Hz] U i [mv] Wartość skuteczna wyższych harmonicznych sygnału wzorcowego: 2 2 2 U 2i U2 U3... Ui Całkowita wartość skuteczna sygnału wzorcowego: 2 2 2 U 1i U1 U2... Ui THD sygnału wzorcowego: h w U U 2 i 100% 1i 2) Pomiar zniekształceń nieliniowych wybranego układu procesora audio Połączyć układ pomiarowy według poniższego rysunku 1. Rys. 1 Schemat blokowy układu do pomiaru THD+N 1. Włączyć do układu i ponownie sprawdzić amplitudę sygnału z generatora i ewentualnie skorygować jej wartość do zadanego poziomu. 2. Pomiaru dokonać dla częstotliwości wzorcowej 1 khz lub jeden dowolnie wybranych z zakresu od 20 Hz do 20 khz. Pomiar wykonać dla kanału lewego lub prawego. Regulatory barwy tonu ustawić w położeniu neutralnym (Bass=0[dB], Treble=[0]dB). Wzmocnienia układu ustawić w położeniu, przy którym sygnał wejściowy nie będzie przekraczał amplitudy 3 V rms. Obliczyć wartość całkowitej niepewności pomiaru u(h w ). Zapisać wynik pomiaru. ćw. 1 / str. 2
3) Wyznaczanie poziomu zakłóceń sieciowych i szumu w wybranym torze fonicznym 1. Zapoznać się z danymi technicznymi i obsługą nanowoltomierza selektywnego. 2. Ustawić pokrętło zmiany czułości nanowoltomierza na najwyższy zakres pomiarowy (najmniejsza czułość). 3. Przełącznikiem selektywności włączyć największą selektywność oktawową. 4. Połączyć układ według poniższego schematu na rys.2. Rys. 2 Schemat blokowy układu do pomiaru zakłóceń sieciowych i szumu 5. Regulatory barwy tonu obiektu badanego ustawić w położeniu neutralnym (Bass: 0[dB], Treble: 0[dB]). 6. W nanowoltomierzu ustawić selektywność na 40 db. Sprawdzić kolejno poziom napięcia wyjściowego dla częstotliwości 50 Hz i dwóch kolejnych harmonicznych dla wyjścia kanału lewego lub prawego dla dwóch skrajnych położeń regulatora głośności (Volume). Uwy noise = 7. W nanowoltomierzu ustawić selektywność na 40 db. Dokonać pomiaru napięcia wyjściowego referencyjnego (U=50[mV]) dla jednego z kanałów dla schematu według rysunku 3. Poziom referencyjny zmierzyć dla częstotliwości f 1kHz i przebiegu sinusoidalnego przy THD 1% i maksymalnym wzmocnieniu napięciowym (0 [db]). Ustawić selektywność nanowoltomierza na 0 db i dokonać pomiaru poziomu napięcia na wyjściu układu dla kanału lewego lub prawego. Rys. 3 Układ blokowy do pomiaru sygnału z badanego urządzenia dla sygnału referencyjnego Uwy ref = a) Obliczyć stosunek sygnału do szumu z poniższej zależności: Uwy noise SNR 20log10 [dbr] Uwy ref ćw. 1 / str. 3
4) Wyznaczanie charakterystyki częstotliwościowej wybranego układu 1. Ustawić na generatorze kształt sygnału wyjściowego na sinusoidalny, poziom wyjściowy na 0,775 Vrms, regulatory barwy tonu ustawić w położeniu neutralnym, połączyć układ według schematu blokowego z rys.4. Rys. 4 Schemat blokowy układu do pomiaru charakterystyki częstotliwościowej a) za pomocą regulatora głośności (Volume) ustawić poziom wyjściowy na 3 V rms. Dokonać pomiaru wartości napięcia dla częstotliwości 20, 60, 100, 500, 1000, 3000, 6000, 10000, 15000, 20000 Hz dla wybranego kanału. Odczytane napięcie przeliczyć na jednostki decybelowe według poniższego wzoru: Uwy rms 20log Uwy rms1[ khz ] 10 K db b) ustawić regulatory barwy tonu w położeniu maksymalnego wzmocnienia lub tłumienia, dokonać pomiarów jak wyżej. c) Wyznaczanie niepewności standardowej pomiaru napięcia metodą typu B dla rozkładu równomiernego: gdzie: u a 100 U wyrrms 1 U 100 3 1% rozdzielczość dla przetwornika 8 bit w odniesieniu do pełnego zakresu U n zakres pomiarowy w odniesieniu do pełnej skali a składowa multiplikatywna odczytać z instrukcji oscyloskopu cyfrowego n ćw. 1 / str. 4
Tab.2. Przykładowa tabelka pomiarowa. f [Hz] Uwy rms [V] K [db] Niepewność standardowa pomiaru napięcia [V] δ a +/- [%] U n [V] 20 60 100 500 1000 3000 6000 10000 15000 20000 III. Wnioski IV. Pytania kontrolne 1. Co wpływa na powstawanie zniekształceń harmonicznych w torach fonicznych? 2. W jaki sposób wyznacza się współczynnik hum-to-hiss ratio? 3. Na czym polega wyznaczanie współczynnika SNR (Signal to Noise Ratio)? 4. W jakim celu stosuje się filtry wagowe przy pomiarze parametrów szumowych? 5. W jaki sposób wyrażamy wartość napięcia w skali decybelowej dla poziomu referencyjnego 0.775 Vrms? ćw. 1 / str. 5
V. Literatura [1] Urbański B., Elektroakustyka w pytaniach i odpowiedziach, Warszawa 1976, [2] Miszczak S., Urządzenia elektroakustyczne, Wyd. Komunikacji i Łączności Warszawa 1964, [3] Rydzewski J., Pomiary oscyloskopowe, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2007; [4] Parchański J.: Miernictwo elektryczne i elektroniczne, Warszawa: WSiP, 1997r. [5] Rudnicki C., Układy scalone w sprzęcie elektroakustycznym, Wydawnictwo Czasopism i Książek Technicznych NOT SIGMA, Warszawa 1987, [6] Rylski A.: Metrologia II prąd zmienny, Rzeszów: OWPRz, 2006. ćw. 1 / str. 6