Zaloguj się
Wszystkie
21 listopada 2024
504
Pomiar pasma przenoszenia
Do podstawowego pomiaru pasma przenoszenia wzmacniacza będziemy potrzebowali przestrajanego generatora częstotliwości – w zakresie od 10 Hz do przynajmniej 200 kHz – i oscyloskopu. Wyjście wzmacniacza łączymy ze sztucznym obciążeniem, a na wejście podajemy sygnał z generatora – tak,
by na wyjściu była wydzielana moc równa na przykład 1 W. Jeżeli chcemy zrobić to dokładnie, to zmieniamy częstotliwość generatora w zakresie od 10 Hz do 100 Hz – co 10 Hz, w zakresie od 100 Hz do 1 kHz – co 100 Hz i w zakresie od 1 kHz do 20kHz – co 1 kHz. Można oczywiście wykonywać więcej pomiarów. Po osiągnięciu 20 kHz mierzymy nadal, z krokiem co kilka kHz. W celu uzyskania dokładnego pomiaru być może trzeba będzie kontrolować napięcie wyjściowe z generatora przy zmianie częstotliwości. Szczególnie w starych analogowych generatorach konieczna może okazać się korekta amplitudy sygnału wyjściowego wraz ze zmianą częstotliwości. W moim leciwym generatorze takie wahania są niezbyt duże – ale jeżeli chcę rzetelnie zmierzyć pasmo, kontroluję napięcie wejściowe oraz wyjściowe za pomocą dwukanałowego oscyloskopu i ewentualnie koryguję sygnał z generatora.
Pasmo przenoszenia wzmacniacza jest graficznie prezentowane na wykresie. Na osi X widzimy częstotliwość w skali logarytmicznej, a na osi Y – wzmocnienie w skali liniowej.
Pasmo przenoszenia dobrych wzmacniaczy powinno mieć płaską charakterystykę w zakresie od 20 Hz do 20 kHz. Wyższej klasy wzmacniacz ma dużo szersze pasmo, sięgające przynajmniej do 100 kHz. Dobrze – ale jak określić, kiedy pasmo przenoszenia zaczyna się „od dołu” (czyli w obszarze niskich częstotliwości), a kiedy się kończy (dla wysokich częstotliwości)? Określa się to na wykresie, gdy wzmocnienie spada z 0 dB do –3 dB. Oznacza to, że wzmocnienie na krańcach pasma osiąga 0,707 maksymalnej wartości wzmocnienia.
Na rysunku 47 pokazano przykładową charakterystykę częstotliwościową wzmacniacza NAD3020. Pasmo przenoszenia rozciąga się od ok. 15 Hz do ok. 40 kHz, czyli niezbyt szeroko. Być może jest to pasmo całego toru łącznie z przedwzmacniaczem, a nie samej tylko końcówki mocy.
Wyznaczanie charakterystyki, takiej jak na rysunku 47, metodą punktową okazuje się pracochłonne. W praktyce tą metodą szuka się punktów spadku o 3 dB dla niskich i dla wysokich częstotliwości – optymistycznie zakładając, że pomiędzy nimi charakterystyka będzie płaska. Do dokładnego wyznaczania charakterystyki częstotliwościowej stosuje się metody programowe z przemiataniem częstotliwości. Odchyłki od idealnej charakterystyki częstotliwościowej nazywane są też zniekształceniami liniowymi wzmacniacza.
W naszym układzie pomiarowym możemy zmierzyć pasmo przenoszenia wzmacniacza, a także zniekształcenia fazowe. Program REW ma narzędzia, które mierzą pasmo przenoszenia układu głośnik-mikrofon, ale tak naprawdę mierzony jest sygnał elektryczny reprezentujący przebieg z mikrofonu. Możemy zatem wysterować nasz wzmacniacz sygnałem pomiarowym o częstotliwości przemiatanej w zakresie odpowiadającym częstotliwości próbkowania – i interpretować sygnał z wyjścia wzmacniacza, jakby to był sygnał z mikrofonu.
Taką metodą teoretycznie będziemy w stanie zmierzyć (przy próbkowaniu z częstotliwością 192 kHz) pasmo do 96 kHz – i w przypadku dobrych wzmacniaczy jest to najprawdopodobniej zbyt mało. Jednak przy obecnych pomiarach bardziej interesuje nas jakość charakterystyki w paśmie akustycznym 20 Hz….20 kHz. Maksymalne pasmo przenoszenia wzmacniacza wyznaczymy za pomocą generatora i oscyloskopu. Jedna z metod pomiaru pasma wzmacniacza prowadzi trochę „naokoło”. Na rysunku 17 została pokazana charakterystyka amplitudowo-fazowa zapętlonej karty, zmierzona w procesie kalibracji.
Nic nie stoi na przeszkodzie, żeby w układzie pomiarowym włączyć nasz wzmacniacz tak jak przy pomiarze zniekształceń i w tej konfiguracji wykonać procedurę kalibracji karty. W wyniku tej operacji REW zmierzy potrzebną charakterystykę układu: wyjście karty – wejście wzmacniacza – wyjście wzmacniacza – wejście karty. Oczywiście trzeba ustawić odpowiednie poziomy sygnału w procedurze kalibracji, a jej wynik nie powinien być używany do pomiarów zniekształceń. Na rysunku 48 pokazano pomiar pasma przenoszenia oraz charakterystykę fazową naszego wzmacniacza. Pomiar był wykonywany w paśmie 0….96 kHz (próbkowanie 192 kHz).
Widać tu, że pasmo od dołu zaczyna się od ok. 18 Hz ze spadkiem 3 dB. Na wejściu wzmacniacza znajduje się kondensator sprzęgający 1 μF i to on powoduje spadek pasma poniżej 18 Hz. Potem krzywa charakterystyki jest bardzo płaska aż do ok. 55 kHz – także ze spadkiem 3 dB. Ograniczenie pasma od dołu sprawdziłem za pomocą generatora oraz oscyloskopu – i wszystko się zgadzało. Natomiast pasmo od góry było znacznie szersze, gdyż sięgało ponad 200 kHz. Ograniczenie do 55 kHz na rysunku 48 wynika z limitów metody pomiarowej. Jak wspomniałem jednak wcześniej, nas interesuje tutaj pasmo akustyczne i w tym paśmie charakterystyka jest płaska, tak jak powinna być.
Istnieje też druga metoda. Podstawowy pomiar realizowany przez REW to pomiar ciśnienia akustycznego SPL (Sound Pressure Level) w funkcji częstotliwości, wykonywany po naciśnięciu przycisku Measure w głównym oknie programu. Wynik pomiaru okazuje się identyczny, jak przy kalibracji karty, ale procedura pomiaru wymaga przeprowadzenia wcześniejszej kalibracji mikrofonu. Wyniki badań, przeprowadzonych obiema metodami, pozostają identyczne. Pomiaru charakterystyki częstotliwościowej i fazowej można dokonać w innych punktach toru. Ciekawe doświadczenie stanowią pomiary charakterystyk regulatorów barwy. Takie regulatory mają niezbyt dobrą opinię w środowisku audiofilskim, moim zdaniem zupełnie niezasłużoną. Odpowiednio wykonany (i zastosowany) regulator może pomóc w dostosowaniu barwy słuchanego materiału muzycznego. Zazwyczaj używana jest korekcja w krańcach pasma, dla niskich i wysokich tonów. Dobry regulator powinien wpływać tylko na częstotliwości niskie oraz wysokie, nie ingerując przy tym w pasmo środkowe. Poza tym – w neutralnym położeniu regulatorów – pasmo powinno być płaskie. Cennym dodatkiem okazuje się możliwość całkowitego ominięcia regulatorów (funkcja direct). Mamy wtedy wybór i możemy na przykład przy cichym słuchaniu włączać regulator, a przy głośniejszym – wyłączać. Ja używam bardzo dobrego (w mojej opinii) regulatora dostrajającego tony niskie w zakresie ±12 dB, a tony wysokie w zakresie ±7 dB. Na rysunku 49 pokazana została zmierzona charakterystyka amplitudowa i fazowa regulatora z potencjometrami w położeniu środkowym.
Jak widać, przebieg jest płaski od 10 Hz do 20 kHz. Przesunięcie fazowe w pasmie akustycznym 20 Hz…20 kHz okazuje się niemal zerowe. W praktyce nie ma zatem konieczności używania funkcji obejścia regulatora (chociaż jest wbudowana).
Na kolejnym rysunku 50 widnieje zmierzona charakterystyka przy maksymalnym podbiciu basów. Szczyt podbicia +12 dB (poziom odniesienia –6 dB) występuje przy częstotliwości ok. 35 Hz i spada prawie symetrycznie przy malejących i rosnących częstotliwościach. Korekcja zanika całkowicie przy ok. 250 Hz i nie ma zupełnie wpływu na częstotliwości powyżej tej wartości. Również przesunięcie fazowe nie jest duże.
Zobaczymy teraz, jak wygląda charakterystyka przy maksymalnym podbiciu sopranów – rysunek 51. Niewielki wpływ korekcji zaczyna się od 5 kHz, a maksimum (+7 dB) osiąga przy ok. 15 kHz. Przesunięcie fazowe nie przekracza 30°.
I ostatnia charakterystyka, wykreślona dla maksymalnego podbicia basów i sopranów – rysunek 52. Pasmo od 200 Hz do prawie 5 kHz jest praktycznie płaskie, z minimalnym przesunięciem fazowym. To wyjątkowo pożądana właściwość tego regulatora, skutkująca bardzo małymi zniekształceniami odtwarzanej muzyki. Ja używam go z podbiciem basów ok. +5…7 dB i sopranów ok. +2…3 dB.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
