lab-neutrik.pdf

TESTY

Nowe Laboratorium

− pomiary urządzeń elektronicznych

W maju br. opisywaliśmy zasady przeprowadzania

pomiarów zespołów głośnikowych w ramach naszego

nowego laboratorium. W tym miesiącu czas na pre−

zentację systemu do pomiaru wzmacniaczy.

miary nie wyjaśnią w 100 procentach dlacze−

go słyszymy tak czy inaczej, to z pewnością

sprawią, że odsetek źle brzmiących syste−

mów znacznie się zmniejszy.

Parametrem, który w dziedzinie wzmac−

niaczy od zawsze wszystkich pasjonował (na

jego podstawie bardzo często ocenialiśmy ja−

kość wzmacniacza), jest pasmo przenosze−

nia. Generalnie pasmo określamy za pomocą

dwóch liczb, skrajnych częstotliwości, pomię−

dzy którymi zawiera się “użyteczny” zakres

pracy urządzenia. Tak sformułowana defini−

cja jest przejrzysta i zrozumiała chyba dla

każdego, choć bardzo nieprecyzyjna. Często

producenci niedokładnie określają pasmo

przenoszonych częstotliwości, podając jedy−

nie dwie liczby. Aby wynik był miarodajny,

należy także przyjąć warunek niezmienności

zniekształceń harmonicznych, oraz, co naj−

istotniejsze, sprecyzować spadek napięcia w

omawianych, skrajnych punktach. Według

przyjętej normy, spadek ten może wynosić −

3dB. Jak szerokie powinno być pasmo prze−

noszenia? Niektóre wzmacniacze zapewnia−

ją płaskie charakterystyki aż do kilkuset kHz.

W okolicach takich częstotliwości nie pojawią

się raczej żadne sygnały, użyteczne dla na−

szego ucha. Próżno szukać także czegokol−

wiek powyżej 20kHz na płycie kompaktowej.

DVD−Audio zmieni nieco sytuację, choć na−

wet przy próbkowaniu 192kHz, granica od−

twarzanych częstotliwości spadnie w prakty−

ce nieco poniżej 96kHz. Otóż gdybyśmy z

premedytacją ograniczyli pasmo naszego

wzmacniacza od 20Hz do 20kHz, bo załóż−

my, że tyle właśnie nam potrzeba, urządze−

nie z prostych do wyobrażenia sobie przy−

czyn (czy łatwo jest wciąż pracować na mak−

simum swoich możliwości?) nie działałoby w

sposób komfortowy. Na skraju pasma prze−

tora, firmy Konsbud Audio, do grona

redakcyjnych urządzeń dołączył nie

dawno szwajcarski przyrząd pomia−

rowy Neutrik A2 w wersji D. System ten ma

zwartą, kompaktową budowę, która umożli−

wia korzystanie z niego nie tylko w specjalnie

przygotowanym laboratorium, ale także w

warunkach “polowych”. Dzięki dość dużemu

wyświetlaczowi, który pracuje zarówno w try−

bie graficznym, jak i tekstowym, można, ko−

rzystając jedynie z A2, sporządzać różnego

typu charakterystyki wówczas, gdy wyniki w

postaci pojedynczych liczb nie są wystarcza−

jące. Ważną cechą przyrządu są dwa pełne

kanały (2 wejścia oraz 2 wyjścia), jak i w pełni

zbalansowana ścieżka sygnału.

Neutrik A2 jest urządzeniem, w budowie

którego wyróżnić można 2 bloki: generator

oraz analizator. Choć naturalnie możliwa jest

praca w trybie “rozłącznym”, to właśnie

współistnienie i wewnętrzna synchronizacja

tych dwóch autonomicznych obwodów, zna−

cznie ułatwia wykonywanie wielu pomiarów.

W podstawowej wersji przyrządu, zarówno

generator, jak i analizator, pracują w trybie

analogowym. Decydując się na opcję D (digi−

tal), otrzymujemy możliwość generowania

oraz analizy sygnałów cyfrowych o rozdziel−

czości do 24 bitów. Fabrycznie Neutrik oferu−

je A2 oaz A2D, jednak dzięki modułowej bu−

dowie urządzenia istnieje możliwość rozsze−

rzenia posiadanego A2 do specyfikacji A2D,

poprzez zamontowanie specjalnego modułu

wewnątrz obudowy. W podobny sposób przy−

stosujemy i wyspecjalizujemy Neutrika do

własnych potrzeb, zamawiając np. filtr analo−

gowy o dowolnej charakterystyce lub opcję

zasilania “phantom” do mikrofonu. Istotnym

dodatkiem jest także interface RS232 wraz z

oprogramowaniem, pozwalającym na w pełni

komfortową obsługę urządzenia oraz obróbkę

wyników pomiarów na komputerze klasy PC.

Złącza XLR, zamontowane na przednim

panelu, dostosowano nie tylko do sygnałów

analogowych, ale również cyfrowych, w for−

macie AES/EBU. Oprócz tego, część cyfrowa

urządzenia pracuje także w standardach

SPDIF oraz optycznym, a odpowiednie gniaz−

da znajdują się tym razem z tyłu obudowy.

W maju Nadredaktor rozpisał się na temat

roli, jaką pełnią pomiary w dziedzinie audio.

Nie będę w tym miejscu powtarzał przytoczo−

nych już myśli, skupiając się na tym, co i jak

mierzymy. Poniższy opis jest jedynie zary−

sem teorii pomiarów wzmacniaczy i ma na

celu w sposób przystępny przybliżyć wszyst−

kim, nawet zupełnie nie obeznanym z tajnika−

mi elektroniki, pewne podstawowe zjawiska.

Uważamy, że warto pogłębiać swoją wiedzę

nie tylko odsłuchami kolejnych urządzeń, ale

także lekturą działu laboratorium. Choć po−

AUDIO 10/99

TESTY

Nowe Laboratorium

Z a pośrednictwem polskiego dystrybu−

TESTY

Nowe Laboratorium

noszenia najczęściej pojawiają się przesu−

nięcia fazowe. Dobry wzmacniacz powinien

zapewnić idealną korelację czasową w peł−

nym zakresie użytecznych częstotliwości.

Aby deformacje sygnału nie dotknęły uży−

tecznego zakresu częstotliwości akustycz−

nych, można znacząco rozszerzyć pasmo

przenoszenia. O kłopotach fazowych nasze−

go wzmacniacza możemy przekonać się ob−

serwując na ekranie oscyloskopu obraz

wzmocnionej fali prostokątnej. Zdecydowa−

nie obszerniejsze informacje przyniesie jed−

nak bezpośredni pomiar różnicy faz dwóch

sygnałów w funkcji częstotliwości. Wówczas

dokładnie widzimy, jak wzmacniacz pracuje,

w jakich przedziałach i w jakim stopniu syg−

nały się “rozfazowują”.

Wracając do pomiaru pasma przenosze−

nia, można pokusić się o rozważenie proble−

mu mocy wyjściowej, przy jakiej pomiar ten

powinien być wykonany. Zwykle przyjmujemy

1W, ciekawe wyniki daje często przedstawie−

nie na jednym wykresie pasma wzmacniacza

dla różnych obciążeń. Wymagającym testem

jest pomiar pasma mocy, kiedy to obserwuje−

my spadki mocy na skali częstotliwości. Ide−

alny wzmacniacz dostarcza deklarowaną,

stałą moc niezależnie od częstotliwości. Aby

lepiej zrozumieć i te zjawiska, rozważmy dru−

gi temat tabu, jakim jest dla wielu sama moc.

Moc można definiować na wiele różnych

sposobów, własną definicję można nawet

stworzyć sobie samemu i dowolnie ją na−

zwać. Setki watów, jakie deklarują producen−

ci tanich zestawów wieżowych, biorą się za−

zwyczaj z faktu, iż deklaracja, choć nie jest to

wyraźnie zaznaczone, dotyczy mocy w bar−

dzo krótkim przedziale czasowym. Rzeczy−

wiście, nawet nasz 20−watowy, stary wzmac−

niacz tranzystorowy może, przy założeniu

dość specyficznych i liberalnych warunków,

np. określonej częstotliwości, w krótkiej chwili

dać z siebie dwu−, trzykrotnie więcej. Aby

poważnie mówić o mocy, należy poznać pa−

rametr THD+N. Określa on poziom całkowi−

tych zniekształceń harmonicznych oraz szu−

mu, w odniesieniu do sygnału bazowego. Po−

miar mocy wykonujemy dostarczając na we−

jście sygnał o częstotliwości 1kHz. Idealny

wzmacniacz powinien odwzorować nam do−

kładnie 1kHz, przy założonym obciążeniu. W

praktyce sprawa wygląda jednak nieco ina−

czej, oprócz bazowego (f=1kHz) sygnału

otrzymujemy zazwyczaj szereg jego składo−

wych harmonicznych (sygnały pochodne o

częstotliwościach 2, 3, 4,...n*f kHz),

“wyprodukowanych” przez sam wzmacniacz,

a także jego szum własny. Poziom składo−

wych harmonicznych jest w obrębie mocy

mniejszych niż znamionowa, znacznie niższy

od poziomu sygnału 1kHz. Parametr THD+N

obrazuje nam procentową (lub wyrażoną w

dB) zawartość zniekształceń harmonicznych

i szumu w odniesieniu do bazowego sygnału

(w naszym przypadku znów 1kHz). Zwięk−

szamy poziom napięcia na wejściu badanego

wzmacniacza i obserwujemy zmiany THD+N.

Gdy zniekształcenia THD+N osiągną 1%,

określamy moc znamionową wzmacniacza.

Moc muzyczną zdefiniowano dla zniekształ−

ceń THD+N równych 10%. Zniekształcenia

harmoniczne określane w instrukcjach produ−

centów jedną liczbą odnoszą się (jeśli nie

zaznaczono inaczej), najczęściej do 1W mo−

cy.

na uzyskanie tak imponujących rezultatów.

Problem doskonale zilustruje wykres znie−

kształceń w funkcji mocy, dla zróżnicowa−

nych obciążeń.

Zastanawiając się nad zniekształceniami

THD+N można uznać, że rozpatrywanie jed−

nej częstotliwości bazowej niewiele ma

wspólnego z rzeczywistymi warunkami pracy

urządzenia, kiedy operuje ono sygnałami mu−

zycznymi o bardziej skomplikowanej, trudnej

do łatwego opisania strukturze. Mając to na

uwadze, opracowano pomiar zniekształceń

intermodulacyjnych (IMD). W zależności od

przyjętej normy na wejście wzmacniacza po−

dawane są 2 sygnały o różnych częstotliwoś−

ciach oraz natężeniach. Technika pomiaru

jest nieco zbliżona do THD+N, jednak jego

wynik lepiej odzwierciedla własności urzą−

dzenia w świetle jego praktycznego wyko−

rzystania. Pomiar zniekształceń intermodula−

cyjnych znalazł szerokie zastosowanie przy

pomiarze odtwarzaczy. Neutrik A2 umożliwia

pomiar zniekształceń IMD, w ramach kilku

standardów.

Innym tematem, ciekawym zwłaszcza w

związku z DVD−Audio, jest pomiar odstępu

sygnału od szumu. W naszym laboratorium,

jako poziom odniesienia przyjęliśmy moc

1W, czasem moc sygnału ustala się na 5W,

według innych norm na 0,1W, a w przypadku

przedwzmacniaczy najczęściej używa się 1V.

Wartość S/N wyrażona w dB określa stosu−

nek sygnału na wyjściu urządzenia, gdy jego

wejście “terminowane” jest jedynie znaną

opornością do sygnału wcześniej zdefiniowa−

nego.

Duże znaczenie ma także współczynnik

tłumienia. W przeciwieństwie do innych para−

metrów, ten określany jest liczbą niemiano−

waną. Współczynnik tłumienia definiujemy w

odniesieniu do pewnej rezystancji np. 4 omów,

aby go określić, należy znać rezystancję wy−

jściową rozpatrywanego wzmacniacza. Za−

zwyczaj końcówki tranzystorowe osiągają

wyższy współczynnik tłumienia niż lampowe,

co wynika bezpośrednio z konstrukcji tych

ostatnich, gdzie rezystancja wyjściowa może

być znaczna.

Metody pomiarów i parametry źródeł cyf−

rowych przedstawimy przy okazji pierwszych

testów tego typu urządzeń.

Znacznie ciekawszy jest jednak pełen roz−

kład zniekształceń, czyli widmo sygnału wy−

jściowego w domenie częstotliwościowej.

Chociaż na wejście wzmacniacza podajemy

sygnał sinusoidalny o częstotliwości 1kHz,

na wyjściu nie będzie on, jak wspomniałem,

jedynym elementem. Do analizy spektralnej

wykorzystuje się zazwyczaj tzw. analizatory

widma. Dzięki budowie modułowej przyrządu

Neutrika, możliwe jest zainstalowanie w nim

specjalnej karty rozszerzeń, wykonującej tę

funkcję na podstawie transformaty FFT. To

właśnie dzięki wykresom spektrum sygnału

możemy pastwić się nad generującymi sze−

regi nieparzystych harmonicznych tranzysto−

rami, ganić nawet dobrze brzmiące lampy,

których widmo zawiera często wiele silnych,

ale milszych dla naszego słuchu parzystych.

Znając zniekształcenia harmoniczne mo−

żemy zająć się wykresami mocy dla różnych

obciążeń. Wymarzony wzmacniacz pracuje

jak idealne źródło napięcia − niezależnie od

przyłożonego obciążenia utrzymuje stałe na−

pięcie na wyjściu. Do takiego ideału bardzo

blisko zbliżają się ogromne piece tranzysto−

rowe. Jeśli założymy, że napięcie na wyjściu

będzie stałe, a moc dla 8 omów wyniesie np.

100W, to dla 4 omów wzrośnie ona do 200W,

a przy 2 omach osiągnie 400W itd. Mówimy

wówczas o dużej wydajności prądowej, bo−

wiem jedynie rezerwy natężeniowe pozwolą

R.Ł

AUDIO 10/99

TESTY

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: