Audio Analyzer является инструментом тестирования и измерения , используемых для объективной количественной оценки качества звука электронных и электро-акустических устройств. Метрики качества звука охватывают широкий спектр параметров, включая уровень , усиление , шум , гармонические и интермодуляционные искажения , частотную характеристику , относительную фазу сигналов, межканальные перекрестные помехи и многое другое. Кроме того, многие производители предъявляют требования к поведению и возможности подключения аудиоустройств, которые требуют специальных тестов и подтверждений.
Аудиоанализ требует, чтобы тестируемое устройство получало стимулирующий сигнал с известными характеристиками, с которым анализатор может сравнивать выходной сигнал (отклик), чтобы определить различия, выраженные в конкретных измерениях. Этот сигнал может генерироваться или контролироваться самим анализатором или может поступать из другого источника (например, записи), если определены характеристики, относящиеся к желаемому измерению.
В качестве испытательного и измерительного оборудования аудиоанализаторы должны обеспечивать производительность, значительно превосходящую характеристики типичных тестируемых устройств (DUT). Высококачественные аудиоанализаторы должны демонстрировать исчезающе низкие уровни шума, искажений и помех, чтобы считаться стоящими, и должны делать это постоянно и надежно, чтобы им доверяли инженеры и дизайнеры. Например, в то время как коммерческий проигрыватель компакт-дисков может достичь общего отношения гармонических искажений и шума (THD + N) приблизительно на уровне -98 дБ на частоте 1 кГц, высококачественный аудиоанализатор может показывать THD + N на уровне -121 дБ (это указанная типичная производительность Audio Precision APx555 ).
Аудиоанализаторы находят применение как при разработке, так и при производстве продукции. Инженер-конструктор сочтет это очень полезным при понимании и уточнении характеристик продукта, в то время как инженер-технолог захочет провести испытания, чтобы быстро подтвердить, что устройства соответствуют спецификациям. Очень часто аудиоанализаторы оптимизированы для одного из этих двух случаев.
Текущие популярные модели аудиоанализаторов включают: APx585 и APx555 (от Audio Precision), dScope M1 и Series III (от Spectral Measurement, ранее Prism Sound), U8903A (от Agilent) и анализаторы UPP и UPV (от Rohde & Schwarz).
История [ править ]
Одним из первых надежных источников, использованных для тестирования звука, был первый продукт, выпущенный Hewlett-Packard в 1939 году, - аудиогенератор HP200A . Продуманная и недорогая конструкция HP200A позволила тестерам генерировать синусоидальные волны очень высокого качества с низким уровнем искажений, которые можно было использовать для тестирования. Затем в 1941 году компания представила анализаторы искажений HP320A и HP320B.
Эти первые анализаторы могли определять только суммарные гармонические искажения и шум вместе, и работали, используя крутой режекторный фильтр для удаления основной частоты стимулирующего сигнала с выхода ИУ. Остающийся сигнал был измерен как напряжение переменного тока, что позволило вручную рассчитать общий шум и искажения до минимума примерно 0,1%.
Последующие продукты от HP, Wandell & Goltermann, Radford, Marconi, Sound Technology и Amber продолжали совершенствовать измерительные возможности с 1950-х по 1970-е годы, но модель использования оставалась относительно постоянной; генераторы и анализаторы сигналов были отдельными частями оборудования, и тестирование включало тщательную настройку каждого из них человеком с высокими техническими навыками. Ситуация изменилась в 1980 году с появлением анализатора искажений Tektronix AA501, который автоматизировал процессы установки уровней, настройки частоты и обнуления. В то же время Hewlett-Packard представила популярный HP8903B, который сочетал в себе высококачественный генератор сигналов и анализатор в одном устройстве.
К середине восьмидесятых годов Tektronix прекратил производство оборудования для тестирования звука, а в 1984 году члены команды, разработавшей AA501, основали Audio Precision. Первым продуктом Audio Precision была System One, которая объединила интегрированный генератор и анализатор с подключенным ПК, чтобы полностью автоматизировать процедуры тестирования и обеспечить гораздо более высокую степень вычислительной мощности, чем простые микропроцессоры, используемые в других продуктах в то время. Новое использование ПК позволило достичь высокой степени автоматизации и радикально изменить визуальное представление результатов.
Комбинация технологии ПК с аудиоанализаторами была принята другими, включая Prism Sound (dScope), Rohde and Schwarz (UPL) и Stanford Research (SR1). По мере увеличения мощности доступных ПК измерения сами по себе перешли от выполнения внутренних аудиоанализаторов к приложениям, работающим на подключенных ПК, выполняющих вычисления БПФ (быстрое преобразование Фурье), что значительно повысило гибкость и разрешающую способность многих результатов.
В дополнение к аналоговым аудиоанализаторы сегодня часто способны генерировать и измерять аудиосигналы по нескольким различным типам цифровых входов / выходов. Например, Rohde and Schwarz UPP предлагает варианты AES / EBU , S / PDIF , I²S и HDMI ; Анализаторы серии Audio Precision APx500 поддерживают AES / EBU, S / PDIF, I²S, HDMI, PDM (импульсную модуляцию) и Bluetooth и полностью основаны на DSP .
Блок-схема и работа [ править ]
Современный аудиоанализатор состоит из:
- Аудиогенератор, обеспечивающий аналоговое и цифровое стимулирование тестируемого устройства.
- Каскады аудиовхода, которые получают ответ от тестируемого устройства, как аналоговый, так и цифровой, и преобразуют его в соответствующие сигналы (аналоговые или цифровые) для анализа
- Анализатор сигналов, который фильтрует отклик и вычисляет результаты измерений, обычно это подключенный или встроенный ПК в современных решениях.
- Форма вывода для пользователя (отображение, отчет и т. Д.)
В тесте с обратной связью механизм анализа управляет звуковым генератором, одновременно измеряя выходной сигнал ИУ, как показано ниже:
Анализатор сигналов может обеспечивать управление как аудиогенератором, так и каскадами аудиовхода, обеспечивая выполнение условий тестирования. Это также позволяет определять точные временные отношения между стимулом и реакцией ИУ.
В тесте с разомкнутым контуром анализатор сигналов не контролирует источник звука, управляющий ИУ, и поэтому пользователь должен позаботиться о том, чтобы источник выдает сигнал с соответствующими характеристиками. Тесты с разомкнутым контуром полезны для измерения тестируемых устройств, не имеющих прямого входа сигнала, таких как проигрыватель компакт-дисков или MP3.
Электроакустические устройства [ править ]
Электроакустические устройства, такие как громкоговорители и микрофоныпредставляют особые проблемы для анализа, поскольку они должны принимать или передавать сигналы по воздуху. В этих случаях ИУ в показанной выше модели необходимо заменить полной электромеханической системой, например, усилителем мощности для управления громкоговорителем, громкоговорителем, измерительным микрофоном и предварительным усилителем микрофона. Фактическое тестируемое устройство может быть измерено только тогда, когда другие устройства в этой системе полностью охарактеризованы, так что вклад этих устройств можно вычесть из отклика. Многие современные аудиоанализаторы содержат последовательности измерений, которые автоматизируют эту процедуру, и в последнее время основное внимание уделяется квазибезэховым измерениям. Эти методы позволяют охарактеризовать громкоговорители в неидеальной (шумной) среде без необходимости в безэховой камере., что делает их идеально подходящими для использования в крупносерийных производственных линиях. Большинство квазибезэховых измерений основаны на импульсной характеристике, создаваемой синусоидальной волной, частота которой изменяется в логарифмическом масштабе, с оконной функцией, применяемой для удаления любых акустических отражений. Метод логарифмической развертки синусоиды увеличивает отношение сигнал / шум, а также позволяет измерять отдельные гармоники искажения вплоть до частоты Найквиста , что ранее было невозможно с помощью более старых методов анализа, таких как MLS (последовательность максимальной длины).
Генератор звука [ править ]
Звуковой генератор, подходящий для использования в тестах и измерениях, должен соответствовать нескольким критериям, применимым как к аналоговым, так и к цифровым стимулам:
- Возможность генерировать различные типы сигналов
- Синус
- Квадратный
- Multitone (группа одновременных синусоид)
- Развертка (непрерывный переход от одной заданной частоты к другой)
- Стандартные формы сигналов интермодуляции (SMPTE, DIN, DFD и DIM)
- Сигналы произвольной формы
- Чрезвычайно низкие остаточные искажения и шум
- Достаточный диапазон амплитуды
- Достаточный диапазон частот
- Чрезвычайно высокая точность амплитуды
- Чрезвычайно высокая точность измерения частоты
- Регулируемый и точный импеданс источника
- Варианты симметричного / несимметричного выхода (аналоговый)
- Связь по переменному и постоянному току
Кроме того, генератор позволяет определять точный частотный диапазон и амплитуду стимула, подаваемого на ИУ. Это очень важно при согласовании условий испытаний с характеристиками ИУ.
Анализатор сигналов [ править ]
До появления интегрированных анализаторов звука, генераторы звука и анализаторы звука были отдельными частями оборудования. В данной статье под анализатором сигналов понимается элемент современного аудиоанализатора, реализующий собственно измерения.
Независимо от того, реализован ли он в аналоговых схемах, цифровой обработке сигналов (DSP) или БПФ, анализатор должен обеспечивать высокоточную реализацию:
- Вольтметр постоянного и переменного тока (пиковый и среднеквадратичный)
- Фильтры высоких и низких частот и взвешивающие фильтры
- Полосовые и режекторные фильтры
- Частотомер
Поскольку большинство современных приборов основаны на цифровых технологиях, анализ сигналов часто выполняется с использованием вычислений на основе БПФ, что позволяет рассчитать множество результатов за один проход теста.
Результаты этих измерений обрабатываются анализатором в читаемые данные с использованием различных стандартных единиц и форматов, таких как вольты , дБ , дБн , SPL , Ом , относительный процент и т. Д., В зависимости от конкретного измерения, о котором сообщается. Производные результаты достигаются путем объединения нескольких первичных результатов в расчетный результат.
Измерения и результаты [ править ]
Аудиоанализаторы способны измерять многие типы параметров. Основные измерения:
- Уровень и усиление : Уровень описывает величину сигнала и может быть выражен в абсолютных или относительных единицах. Общие абсолютные единицы могут быть вольт , ватты , д и дБ ,то время как относительные измерения выражены чаще всего в дБ . Уровень также может быть обусловлен пиковым измерением илиизмерением среднеквадратичного значения . Усиление - это отношение уровня сигнала на выходе ИУ к уровню сигнала на входе, обычно выражаемое в дБ.
- Частотная характеристика : измеряет выходной уровень ИУ как функцию частоты. Уровень выражается в тех же единицах, что и выше, обычно дБВ и дБн.
- Общее гармоническое искажение плюс шум (THD + N) : продукты гармонических искажений кратны частотам стимула, а шум - это энергия, которая математически не связана с входным сигналом. В качестве результата сигнала THD + N можно рассматривать как все содержимое сигнала в отклике DUT, которое не содержится в стимуле.
- Отношение сигнал / шум (SNR) : отношение полезного сигнала к нежелательному шуму, исходящему от DUT, выраженное в дБ.
- Перекрестные помехи : нежелательное присутствие сигнала из одного аудиоканала, как оно появляется в других аудиоканалах тестируемого устройства. Поскольку это соотношение, оно выражается в дБ.
- Фаза : соотношение во времени между двумя сигналами одинаковой частоты, выраженное в долях периода сигнала. Обычно это выражается в градусах, причем один полный цикл синусоидального сигнала составляет 360 градусов.
- Интермодуляционные искажения (IMD) : искажения, являющиеся результатом нелинейного смешивания двух или более сигналов, обычно двух синусоидальных волн на разных частотах или суммы синусоидальных и прямоугольных сигналов. В дополнение к продуктам искажения на гармониках, кратных частотам, также можно найти произведения, кратные суммам и разностям исходных частот.
- Отображение во временной области : эквивалентно отображению сигнала осциллографом, показывающему мгновенную амплитуду как функцию времени.
См. Также [ править ]
- Измерения аудиосистемы
- Искажение
Ссылки [ править ]
- Понимание децибел при измерениях звука
- Измерения SINAD с использованием Audio Analyzer
- Тестирование двусторонней радиосвязи с помощью анализатора звука
- Введение в шесть основных аудиотестов
- Как писать (и читать) спецификации аудио
- Справочник по измерениям звука
- Тестирование акустического преобразователя