Poniższy manual napisałem w celu przybliżenia podstawowych zadagnień związancyh z pomiarami bo zawsze jest tak ,że najtrudniej jest zacząć. Dzięki własnym doświadczeniom w tej kwestii wiem gdzie najczęściej popełnia się błędy bo sam je popełniałem i jak je rozwiązywać bo je rozwiązywałem. Zawartość merytoryczna nie jest w pełni moim dziełem. Bede posiłkował się gotowymi materiałami chociażby schematami JIG a czy przedwzmacniacza. Myślę ,ze nie jest to wielka ujma ,skoro ktoś wymyślił to przede mną to czemu z tego nie skorzystać. Od siebie dodam opisy wykonania kalibracji , pomiarów , projektowania zwrotnicy. Sprzęt do pomiarów wykona prawie każdy , można go kupić ale naprawde najawiększa trudność to umiejetość posługiwania się tym sprzętem. W internecie jest sporo na ten temat ale większość osób nażeka na niezjadliwość tych opisów. W pewniej mierze zgadzam się z tym bo sam musiałem przez to przejść.
Każdy konstruktor napotyka kiedyś te same problemy :
- chciałby zmierzyć parametry głosnika ,które są nieosiągalne ze strony producenta lub wartości podawane przez producenta wygaja nam się mocno podejżane.
- chciałby zmierzyć charakterystykę częstotliwościową zbudowanego zestawu (pomimo ,że gra super i każdy ze znajomych to potwierdza). Każdy konstruktor nie jest w 100% pewnien tego co zrobił i czy nie mozna czegos poprawić.
- Zaprojektować zwrotnicę z prawdziwego zdazenia. Do tego etapu zwykle przechodzi się po etapie zwrotnic ksiażkowych czyli budowanych wg. wzorów lub kupnych gotowców , z którymi zestaw zwykle gra hmm ... przeciętnie
.Na wszystkie te problemy jest rozwiązanie program Speaker Workshop. Program został stworzony dla konstruktorów-amatorów , czyli dla nas. Charakteryzuje się łatwą obsługą , nie wymaga wiele miejsca na dysku ani super szybkiego komputera a co najważniejsze jest darmowy :). Ilość i stopien zaawansowania zewnętrzego hardwaru został ograniczony moim zdaniem do minimum.
Programem speaker workshop możemy :
- Zmierzyć wartosci elementów RLC w granicach ich wartosci wykorzystywanych w technice głosnikowej , czyli rezystory do kilkudziesięciu ohm . ; kondensatory do kilkudziesieciu mikrofaradów oraz cewki do kilku milihenrów.
- Zmierzyć parametry TS głosników
- Zaprojektować obudowę zamniętą lub bas relex do uprzednio zmierzonego głosnika
- Precyzyjnie dostroić układ bass reflexu.
- Zmierzyć charakterystykę impedancji głosnika , całego zestawu itp.
- Zmierzyć charakterystykę częstotliwosciową głosnika , całego zestawu , lub czegokolwiek np. wzmacniacza (nie polecam przy dużej mocy)
- Zaprojetkować zwrotnicę co jest moim zdaniem głownym obszarem wykorzystania tego programu.
- Kilka innych opcji których sam jeszcze nie wypróbowałem :)
SW posiada bardzo dobry algorytm symulacyjny ,który na podstawie ściagnietych ch-tyk impedancji i częstotliwosciowej głosników potrafi zasymulować działajnie dowolnego filtru. Najważniejsze w tym wszystkim jest to ,że wyniki symulacji można uznać za 100% zgodne z tym co uzyska sie w rzeczywistości. Jest to bardzo pomocne gdyż etap projektowania zwrotnicy czasem zajmuje sporo czasu a kolejne pomysły na zwrotnicę można wypróbowywac na etapie symulacji bez koniecznosci fizycznego wykonania i pomiaru.
Od cego zacząć ?
Oczywiscie od ściagnięcia i zasistalowania programu speaker workshop.
Po instalacji odpalamy program i sprawdzamy kompatybilność karty dzwiękowej - musi ona mieć możliwość pracy w trybie full duplex. Znajdziemy to w zakładce Options->Wizard->Check Sound Card . Po uruchomieniu powinniśmy ujżeć takie oto okienko :
Większość obecnie urzywanych kart powinna nadawać się do zastosowania w SW. Problemy mogą być z kartami z interface USB oraz w laptopach. Wbrew pozorom do pomiarów nie trzeba mieć jakiejś super karty ,pomiary mozna zrobić nawet na zintegrowanej karcie. Program i tak kalibruje się do posiadanego hardwaru. Mimo wszystko regułą jest ,ze dobra karta to dobre pomiary. Osobiście urzywam SB Live! ,karta ta idealnie nadaje sie do tego celu. Ważnym jest aby miała ona trochę mocy na wyjściu a Sound Blaster ma :) . W niektórych kartach są specjalne wyjścia słuchawkowe o większej wydajnosci prądowej. Można z nich skorzystać ale nie zawsze ilość mocy jest wystarczajaca np. karta Herculesa Digifire ,której urzywam na co dzień , ma takie wyjście ale i tak jest ono za słabe. Pozostałe normalne wyjścia to juz całkiem tragedia (ich moc jest chyba zerowa).
Pozostały hardware jaki będziemy potrzebowali :
- JIG , bardzo przydatne urządzenie ,które nalezy wykonać
- Przedwzmacniacz mikrofonowy , który również wypadałoby sobie zrobić
- Mikrofon pomiarowy
- Wzmacniacz mocy ,to chyba posiada kazdy
- Okablowanie ,można kupić lub zrobić
2. Robimy JIG a !
JIG to urzadzenie ,które będzie najczęściej wykorzystywane. Bez niego nie da sie wykonać żadnego pomiaru i z tego względu nalezy sie przyłożyć przy jego wykonaniu. Od tego jak dobrze wykonamy JIG a będzie zależeć dokładność pomiarów a przede wszystkim ilość problemów z kalibracja lub raczej ich brak. Solidne wykonanie zapewni długotrwałe i bezawaryjne urzytkowanie. W tym przypadku nie warto oszczędzać na częściach ,szczególnie na gniazdkach chinch (te kiepskie rozwalaja się po kilku wsadzeniach kabla).
Schemat ideowy JIG a :
Jak widać ze schematu JIG składa się gównie z oporników. Maja one dosyć nietypowe wartości. Uzyskuje się je poprzez połączenie równoległe różnych rezystorów dajac wypadkową rezystancje na rządanym poziomie co również zostało zamieszczone na schemacie. Specjalnego komentarza wymagaja rezystory R4 i R5 o wartościach 16 i 4 ohm. Tolerncja tych rezystorów nie jest krytyczna ale powinna być jak najniższa. Można zastosować zwykłe rezystory (pamiętać o mocy 2 W) lub wartości wykombinować z kilku połączonych równolegle bądź szeregowo (w tym przypadku wypadkowa moc jest sumą mocy poszczególnych rezystorów). Wartość mocy jest ważna aby rezystory były stabilne temperaturowo. Dlaczego są one takie ważne ? Bo są to rezystory wzorcowe i wg. ich wartości kalibruje się program. Dlatego pomimo zapewnień pana ze sklepu co do wartości owych rezystorów warto je stobie dobrze zmierzyć omomierzem i zapamiętać wartości lub napisać sobie np. na obudowie JIG a. W tym przypadku każda dziesiąta część ohma ma kolosalne znaczenie !
Rezystor R1 o wartości 8 ohm / 20 W może być bardzo kłopotliwy do zdobycia. Można go złożyć z kilku mniejszych o mniejszej mocy , tym samym tańszych. Ja to zrobiłem z 2x 2,2 + 2x1,8 ohm wszytkie 5W . Wypadałoby w tym przypadku zastosować rezystor (y) bezindukcyjne co ma również wpływ na wynik pomiaru.
Przełączniki : sw1 jest 3 pozycyjny , sw 2 i 3 2 pozycyjne.
Diody D1..4 można by pominąć ale ze względu na bezpieczeństwo karty lepiej je pozostawić. Zabezpieczają one przed pojawieniem się na wejściu karty sygnału o zbyt dużej amplitudzie.
Majac skompletowane części należy przejść do montażu. Zaczynamy od wykonania w obudowie otworów na przełaczniki ,gniazda chinch oraz zakręcane BP1..4 .
Schmaty rozmieszczenia otworów i elementów :
Oczywiście otworów nie musimy wiercić wg rysunku co do mm ale najważniejsze moim zdaniem jest zachowanie wzmajemnego położenia elemnetów , szczególnie przełączników. Wyelimninuje to możliwość błędnego podłączenia lub właczenie JIG a w zły tryb pracy (w takim przypadku po pomiarze mamy dziwne rzeczy na ekranie i niedoświadczony urzytkownik moze pomyśleć ,ze coś się zepsuło).
Po wykonaniu dziur wkręcamy chinche , przełaczniki oraz zakrecane złącza BP1..4 i przystepujemy do montarzu pozostałych elementów. Nieoceniony w tej kwestii jest poniższy rysunek ,dzięki któremu możemy całkiem zapomnieć o schemacie ideowym :
Rysunek jest na tyle przejżysty ,że nic tylko lutować wszystko do kupy. Ważne jest zachowanie wysokiej jakości połączeń , nie ma prawa być ządnych zimnych lutów bądź innych niepewnych połączeń.
Jeżeli uporaliśmy się ze zlutowaniem należy dokonać sprawdzenia czy wszystko jest w porządku.
Pniższa tabela jest rozpiską testu który należy wykonać. W tym celu potrzebny bedzie ohmomierz. Ustawiamy przełaczniki w odpowiednich pozycjach i mierzymy wartości rezystancji między różnymi połączeniami.
Electrical Tests
SW1 SW2 SW3 Measure Between Expected Reading
X X X From barrel of J1 to barrels of J2, J3, and J4 Short (0 ohms)
X X X From barrel of J1 to BP2 and BP4 Short
X X X From BP1 to inner conductor of J1 Short
X X X From BP1 to inner conductor of J2 1.175k +/-5%
X X U From inner conductor of J4 to inner conductor of J3 1.175k +/-5%
X X U From BP3 to inner conductor of J3 Open (infinite ohms)
X X D From BP3 to inner conductor of J3 1.175k +/-5%
X X D From inner conductor of J4 to inner conductor of J3 Open
X L X From BP1 to BP3 8 ohms +/-5%
X R X From BP1 to BP3 Short
C X U From the inner conductor of J2 to the barrel of J2 Open
U X U From the inner conductor of J2 to the barrel of J2 543.2 ohms +/-5%
D X U From the inner conductor of J2 to the barrel of J2 130.1 ohms +/-5%
C L D From BP3 to BP4 Open
U L D From BP3 to BP4 16.2 ohms +/-1% if you used 16.2 ohm 1%resistors to make R4
D L D From BP3 to BP4 4.05 ohms +/-1% if you used 16.2 ohm 1% resistors to make R5
U=up, D=down, C=center, L=left, R=right, X=don't care
Jeżeli wszystkie testy JIG przechodzi bezproblemowo to możemy być pewni ,że nie będzie z nim żadnych kłopotów.
Na koniec należy się zapoznać z trybami pracy JIG a :
Rysunek ten nejst niezywkle pomocny. Warto go mieć zawsze pod ręką bo będziemy z niego korzystać bardzo często w pomiarach.
3. Sposób podłączenia i okablowanie
Schemat podłączenia widać na rysunku poniżej. Jest to podłączenie typu SPLIT ,którego urzywa większość urzytkowników SW.
Okablowanie jakie bedziemy potrzebowali :
- mały jack stero -> chinch do podłączenia JIG a z wejściem karty muzycznej
- rozgałęźnik , mały jack stereo -> chinch ale z wykorzystaniem tylko lewego kanału ,który dublujemy. Sygnał z lewego kanału karty podajemy na wejście J1 JIG a i do zewnętrznego wzmacniacza.
- chinch -> chinch do podłącznia przedwzmacniacza mikrofonowego z JIGiem
- kabel głośnikowy
Pierwszy kabel można kupić , drugi raczej wykonać lub przerobić kupny. Kable i wtyczki powinny być dobrej jakości. Szczególnie należy zwrócić uwagę na wtyczki ,gdyż będą one dosyć często wkładane i wyciągane więc powinny charakteryzować się dużą trwałością.
Dla przypomnienia lewy kanał w wtyczce jack znajduje się na czubku , prawy na środku a największa część wtyczki to masa.
4. Kalibracja
Kalibracja jest najważniejszym procesem w całych pomiarach. Ma ona kluczowe znaczenie w jakości wykonanych pomiarów i należy zwrócić na nią szczególną uwagę. Kalibrujemy wszystko poczynajac od ustawień suwaków w mikserze karty muzycznej na mikrofonie kończąć. Najważniejsza jednak jest kalibracja JIG a. JIG jest urządzeniem ,które stanowi punkt odniesienie dla karty muzycznej względem przychodzących do niej sygnałów. To czy program poprawnie zidentyfikuje przychodzący sygnał tylko i wyłącznie zależy od tego jak dobrze go skalibrujemy .
Rozpoczynamy od podłączenia JIG a z komputerem. W tym celu łączymy wejścia karty : lewe z J2 , prawe z J3 w JIGu. Wyjście karty a dokładniej lewy kanał z J1 i to wszystko. Nie podłaczamy ani wzmacniacza ani mikrofonu z przedzmacniaczem. Są one na tym etapie zbędne a na obecnym podłączeniu będzie można zmierzyć naprawdę dużo rzeczy.
a) Kalibracja poziomów nagrywania
Następnym krokiem jest otwarcie okna miksera ,moze być windowsowy , może być dołączony ze sterownikami karty. Wchodzimy do właściwości miksera i zaznaczamy aby wyświetlił on wszystkie wyjścia. Następnie ustawiamy wszystkie wyjścia na mute za wyjątkiem dwóch pierwszych , czyli głownego suwaka głośności oraz wave/mp3. Wchodzimy znów do właściwości i wyłączamy wyświetlanie wyjść ,które wyciszyliśmy. W zasadznie można pozostawić tylko głowny suwak głośności , wave/mp3 jest również zbędny gdyż jego pozycją można sterować wprost z SW.
Uruchamiamy mikser po raz kolejny aby mieć dwa. W nowo uruchomionym mikserze we własniwościach przełaczamy się na opcje nagrywanie i zaznaczmy tylko wejście Line-In. Zaznaczamy ,że chcemy z niego korzystać. Następnie należy sprawdzić czy gdzieś nie jest włączony jakiś equalizer. Jeżeli tak to go wyłączamy lub wszystkie suwaki do korekcji barwy (bass/treble itp) ustawiamy na zero.
Na początek proponuję w obu okanch miksera (odtwarzanie i nagrywanie) ustawić suwaki na skali .
Uruchamiamy program , klikamy na ikonę NEW i tworzymy nowy dokument. Okienko SpkrWK1 ,które nam się pojawiło minimalizujemy i zapominamy o nim.
Następnym krokiem jest uwtorzenie sygnału testowego. W tym celu kilkamy w lewym oknie prawym przyciskiem i wybieramy : NEW -> Signal . Nadajemu mu nazwę np. testowy.
Pojawia nam się okienko z wykresem sinusoidy , standartowo sygnał ten ma 1000Hz i na razie nic nie zmieniamy.
Ustawiamy JIG w tryb DIRECT .
Klikamy na wykres aby go uaktywnić i z menu sound wybieramy opcję record . W nowo otwartym oknie w pozycji volume ustawiamy 50% głośności (to jest ten suwak wave/mp3). Powinno to wyglądać tak :
Klikamy ok . W lewym oknie programu pojawiło nam kilka nowych plików. Otwieramy testowy.in.l oraz testowy.in.r . Mamy otwarte 3 okna , z menu window wybieramy tile aby przedstawić te okna w jakiejść logicznej całości. Sygnał testowy ma zawsze amplitudę 32k ,więc sie nim nie przejmujemy. Naważniejsze są sygnały testowy.in.l i testowy.in.r . Po pierwsze w obu oknach powinny one wygladać identycznie ! Jeżeli nie są to trzeba sprawdzić czy JIG jest na pewno w trybie DIRECT lub czy okablowanie jest solidne zamocowane. Po drugie poziom tych sygnałow powinien wynosić ok 16k . Jeżeli nie jest przystępujemy do ustawiania poziomów nagrywania i odtwarzania. Jeżeli sygnał wyjściowy jest za mocny i wejście karty ulega przesterwoaniu wykres nagranego sygnału wyglada tak : (u mnie oba suwaki , odtwarzania i nagrywania na max).
Widoczne jest wyraźne ścinanie szczytów sinusoid. Należy na początek zmniejszyć troche głośność głownym suwakiem. Jeżeli na początku ustawiliśmy suwak na nie powinno być tego problemu ale wiele może zależeć od rodzaju karty.
Zmniejszamy poziom głośności, uaktywniamy okno sygnału tesowego , następnie z menu sound->record again. Po zmniejszeniu nagrany sygnał wygląda tak :
Jak widać amplituda wejściowa spadła do 24k . Należy ją jednak jeszcze trochę zmniejszyć. W tym celu zmniejszymy nieco poziom nagrywania tak aby uzyskać wspomniane 16k amplitudy wejściowej :
Na rusunku zamieściłem również ustawienia mikserów , jak to wygląda u mnie dla karty SB Live 5.1 .
Można uznać ,że ten wstępny proces kalibracji został zakończony.
Należy pamiętać aby unikać skrajnych ustawień np. nagrywanie max a odtwarzanie na niskim poziomie lub na odwrót. Takie działania prowadzą do całkiem niepoprawnej kalibracji i poźniejszych problemów z pomiarami.
b) Kalibracja różnicy kanałów
Po ustaleniu poziomów nagrywania i otwarzania należy skalibrować samą kartę. W tym celu uaktywniamy okienko z sygnałem tesowym. JIG nadal poziostaje w trybie DIRECT . Z menu options wybieramy pozycję calibrate . Otwiera nam się nowe okno , na pierwszej pozycji jest opcja Channel Difference . Klikamy w test inastępnie 2x next. Na dole programu zobaczymy jak przez chwilę przeleci pasek (program dokonał pomiaru) i uaktwyni się opcja finish . Klikamy z nią a następnie zamykamy okno calibrate klikajac w ok.
W lewym oknie programu w folderze system pojawiło się kilka nowych plików. W zasadzie mozna tam nie zaglądac ale jak ktoś jest ciekawy to niech zajży. Na wykresach measurement.in.l i measurement.in.r sygnał powinien wyglądać identycznie. Jeżeli nie jest to nalezy pogrzebać przy okablowaniu. Zwykle jednak nie ma problemu. Warto jest zwrócić uwagę na fakt ,że sygnał ten jest po pewnym czasie (u mnie 1.32 ms) . Jest to czas opóźnieia karty wg. sygnału wzorcowego wysłanego w czasie 0. Warto o tym pamietać ,gdyż bedzie to potrzebne np. przy wyznaczaniu parametru delay .
c) Test impedancji JIG a
Z menu Options uruchamiamy Preferences . Wybieramy zakładkę impenadnce . Będziemy mierzyć wartość impedancji JIG a wraz z całym okablowaniem oraz rezystora referncyjnego 8 ohm . Uruchamiamy opcję test. Przełączamy JIG w trzym IMPED CAL 16 OHM . Dajemy Next i w oknie value podajemy wartość naszego rezystora w ohmach , który wcześniej zmierzyliśmy dokładnie omomierzem. U mnie to jest 16.1 ohm . Wciskamy next i czekamy aż program dokona pomiaru.
Znów pojawia się nam te same okienko , wpisujemy do niego wartość drugiego opornika , u nmnie 4 ohm. Przełączamy JIG a w tryb IMPED CAL 4 OHM i wciskamy next. Program dokonuje pomiaru i przedstawia wynik. Wartość rezystora referencyjnego powinna znajdować się w okolicach 8 ohmów. Natomiast wartosć impedancji wyjściowej nie powinna przekroczyć w żadnym wypadku +- 500mOhm . Przy dobrym okablowaniu można spokojnie zejść poniżej 100mOhm :
Klikamy finish . Impedancji wejściowej karty nie mierzymy , pozostawiamy wartosć jaka jest domyślnie wpisana w programie. Będąc w tym w oknie właściwości mozemy wejść na zakładkę Measurements i ustawić częstotliwość graniczną pomiaru i ilość próbek. Ja mierzę na ustawieniach 44.1kHz / 65536 próbek. Każdy moze sobie oczywiście ustawić inaczej w zależności od potrzeby. Ilość próbek można zmniejszyc jezeli chcemy wykonywac szybko pomiary (na 65k troche to trwa) np. jeżeli mierzymy elementy RLC to wysoka rozdzielczość pomiaru nie jest tak przydatna.
Ok , przebrnęliśmy przez żmudny proces kalibracji JIG a. Czas sprawdzić czy jest ona dobrze zrobiona. W tym celu należy dokonać kilku pomiarów. Na początek można zmierzyc wartosci rezystorów referencyjnych znajdujacych się w samym JIG u. Ustawiamy tryb IMPED CAL 16 OHM. Otwieramy okno z nawszym wygnałem testowym i z menu Masure wybieramy passive component. :
To samo wykonujemy dla trybu IMPED CAL 4OHM :
Jeżeli wartość pomierzonych rezystorów są zgodne z tymi jakie podawaliśmy w procesie kalibracji to wszytko w porządku , można przejść do pomiarów elemnentów RLC .
Na koniec ważne pytanie : kiedy kalibrować ? Bezwzględnie jeżeli system był rozłączany. Wystarczy wyciaganąć i wsadzić jedną wtyczke a już wartość impedancji szeregowej będzie różna i będą nieco inne wyniki. Jeżeli montowaliśmy wszysko od nowa to wykonanie kalibracji jest koniecznością. Czasem nawet jeżeli nic nie ruszamy a wyłaczy się i właczy komputer wynik kalibracji może być nieznacznie różny , jest to jesdnak przypadek skrajny ,gdyż jeżeli nie miesza się wtyczkami to raczej parametry systemu nie ulegaja większym zmianom.
Jeżeli już raz ustaliliśmy optymaly poziom nagrywania i odtwarzania to go nie ruszamy , można sobie zapisać jakie są to wartości lub zrobić zrzut ekranu aby poźniej ustawiać tak samo. Przy każdych kolejnych kalibracjach można w zasadzie robić tylko test impedancji , chociaż pomiar różnicy kanałow też wypadałoby zrobić. Zresztą wiele czasu to nie kosztuje a zaowocuje poprawnymi wynikami pomairów.
5. Pomiar elementów biernych RLC ,pomiary impedancji.
Ten punkt jest również sprawdzeniem poprawnosci kalibracji układu.
Za pomocą SW można mierzyć elementy takie jak rezystory , kondensatory ,cewki. Wartości tych elementów powinny zawierać się w granicach ,które wykorzystuje się w technice głośńikowej. Dlatego np. zmierzenie rezystora kilka k ohm może zakończyć się fiaskiem. W gruncje rzeczy nie ma takiej potrzeby bo do takiego pomiaru służy miernik uniwersalny. Dużo trudniej jest zmierzyć miernikiem rezystor mający wartość kilku bądź nawet ułameka ohma. W SW nie ma z tym większego problemu.
Dużo bardziej przydatną rzeczą jest mozliwość pomiaru pojemnosci i indukcyjności . Fabryczne mostki pomiarowe są bardzo drogie. Tu za 20 zł (koszt wykonania JIG a) mamy możliwość bardzo dokładnego pomiaru tych elementów. Wartości pojemnosci powinny zawierać się w przedziale 0.1 ... 10 (może wiecej) uF . W tym przedziale mierzyłem i pomiar był wiarygodny. Większe pojemnosci , kulkudziesięciu uF obarczone sa zbyt duzym błędem. Cewki można mierzyć w granicach od kilkudziesięciu uH do kilku mH ,więc zakres w zupełności pokrywajacy się zwykorzystywanym przy budowie zwrotnic. Aby zmierzyć jakiś elemnet należy umieścić go w złaczu BP3 i BP4 . Ustawić JIG a w tryb IMPED meas . Otworzyć plik z sygnałem testowym i z menu Measure wybrać opcję Passive component. Po chwili w okienku mamy wynik pomiaru z identyfikacją rodzaju elementu. Przykładowy pomiar rezystora 1 ohm / 5W :
Przy pomiarze cewek czy kondensatorów podawana jest również rezystancja elementu :
Jeżeli po pomiarze mamy jakieś bzdury np. kondesator jest wykrywany jako inny element to jest kilka możliwości :
- element ma wartość poza zakresem pomairowym , dlatego do sprawdzenia kalibracji należy urzyć typowej wartości np. 2.2uF.
- może jest żle podłączony , czasem zaśniedziała nóżka elementu lub niedopatrzenie przy mocowaniu
- źle skalibrowany system pomiarowy
Pomiaru impedancji dokonujemy w analogiczny sposób. Tyle ,że z menu measure wymieramy impedance. Po pomiarze powstaje plik o nazwie sygnału , czyli np. testowy.impedance. Pomiary impedancji wykorzystuje się w przypadku pomiaru głośników ,całego zestawu , strojeniu portu bass reflex . Zwykle wtedy nie korzysta się z pliku testowego lecz z osobnego pliku głośnika ale o tym za chwile.
6. Pomiar parametrów głośnika.
Ta możliwość już daje sens zrobienia systemu pomiarowego. Często się zdarza ,że jest fajny głośnik lecz bez parametrów. Często też parametry producenta są mocno naciagane np. alphardy lub stx y. No i najczęściej jest tak ,że pomimo podawania przez producenta parametrów ,nawet tych uznanych firm , rzeczywiste parametry się różnią od katalogowych. Samodzielne pomierzenie daje możliwość precyzyjnego doboru obudowy co jest dosyć istotne przy obudowie bass relex.
Pomiar głośnika należy rozpocząć od jego przygotowania a konkretniej od tzw. wygrzania . Są rózne poglądy na ten temat. Niektórzy katują głośnik godzinami na niskich częstotliwościach i duzych mocach. Ja zwykle daje mu po prostu pograć jakiś czas z większą mocą ,tak żeby miał czas się ułożyć. Najlepiej byłoby mierzyć po dosyć długim urzytkowaniu kiedy już parametry głośnika są ustalone. Jendak nawet w takim przypadku należy przed pomiarem podgrzać głośnik ,gdyż nieurzywany głośnik ma inne parametry a dopiero w czasie pracy nabiera parametrów końcowych.
Zasadzniczo pomiar głośnika można wykonać dwiema metodami : dodanej masy (added mass) lub w zamkniejtej obudowie (sealed box). Moim zdaniem metoda dodanej masy jest lepszą metodą gdyż w metodzie z obudowa zamknietą należy dobrać wielkosć obudowy do wielkości głośnika. W dodatku trzba posiadać obudowe i to nie byle jaką skrzynke po jabłkach ale solidną taka jak do normalnej kolumny. Dużo prościej jest zdobyć małe odważniczki laboratoryjne lub precyzyjnie zważone kawałki plasteliny lub czegoś podobnego. Obie metody sprowadzaja się do jednej rzeczy : przesunięcia rezonansu głośnika. W obudowie zamkniętej wiadomo , rezonans się podwyższy a dodajac mase do membrany rezonans obniżamy. Z róznicy punktów rezosnansu głosnika na wolnym powietrzu i w obudowie lub z dodana masą program wylicza wartości parametrów. Mierząc głośnik wybieramy jedną metodę, można mierzyć dwiema i porównać wyniki ale wątpie aby komuś się chciało.
Aby dokonac pomiaru głośnika należy najpierw stworzyć go w programie. W lewym oknie klikamy prawym i tworzymy: New -> driver. Nadajemu mu nazwę i gotowe. Wystarczy tylko mierzyć. Podłączamu przewody głośnika do zasisków BP3 , BP4 JIG a. Następnie należy umocować głośnik. Idealnie jest wykonać wpierw deskę z otworem i do niej przykręcić głośnik a deskę sztwyno zamocować. Tylko komu by się chciało ,nie
? Można kosz głośnika zamocować pomiedzy dwoma fotelami lub postawić głosnik na stole i mocno go docisnać reką chwytajac za magnes. Metod jest wiele , ważne aby głośnik był sztywno zamocowany i nie miał wibracji oraz aby był swobodny przepływ powierza w okół membrany.Jeżeli głośnik jest podłączony i umocowany to otwieramy okno nowo utworzonego pliku z głośnikiem i z menu Measure wybieramy pomiar Impedance in free air. JIG oczywiście w trybie IMPED meas. W nowo powstałym pliku możemy już sobie zobaczyć wykres impedanji głośnika co powie nam o np. jego częstotlwiości rezonansowej. Następnie dokonujemy drugiego pomiaru. Wsadzamy głośnik w obudowe jak ktoś chce mierzyć metodą sealed box lub dokładamy membranie cieżarek metdowa added mass. Ciężarek należy dobrze umocować. Jeżeli jest to kawałek plastliny to nie ma problemu , jeżeli np. odważniczek laboratoryjny to można go przykleić na mały kawałeczek plateliny lub taśmą obustronnie klejąca. Wartość ciężarka należy dobrać do wielkości głośnika :
Mały głośnik do 10 cm : 5g (np. arn 116)
Średni do 16 cm : 10g
Duży 20-30 cm : 15-20 g
Dokonujemy drugiego pomiaru ,tym razem wybieramy jednak pozycje Impedance with added mass (oczywiscie tylko dla metody added mass).
Otwieramy wykres który powstał po pomarze. Po pierwsze na wykresie powinien być jeden pik rezonasowy ! Jeżeli są dwa to znaczy ,że cięzarek był źle umocowany i drgał. Należy wtedy go umocować solidniej i powtórzyć pomiar. Po drugie powinna być wyraźna zmiana częstotliwości piku rezonsnsowego. Jeżeli wykresy są zbyt blisko siebie to należy zwiększyć wartość masy ciężarka. Dobrze aby odstęp pomiędzy zmierzonymi rezonansami wynosił jakieś 10Hz.
Skoro wszystko jest ok to otwieramy okno głośnika i klikajac na nim prawym przyciskiem wchodzimy we właściwości. W zakładce Parameters wystarczy podać tylko powierzchnię membrany (uwaga na jednostki !). W zakładce data podajemy wykres impedancji w miejscu oznaczonym impedacne , później odznaczamy punkt ,że mierzyliśmy metodą dodanej masy oraz w okienku obok wpisujemy wartość masy ciężarka :
Klikamy ok , uaktywaniamu okno głośnika i z menu Driver wybieramy opcję Estimate Parameters. W oknie zaznaczamy ostatnią opcję (o ile nie była) ,czyli use range 10 .. 5000 Hz i potwierdzamy. W oknie głosnika pojawiają się parametry głośnika wyliczone na podstawie pomiarów. Poniżej mój pomiar 16 cm głośnika nieznanej mi firmy :
7. Strojenie układu bass reflex poprzez pomiar impedancji
Mając do dyspozycji tak wszeschstronne narzedzie jakim jest SW możemy zapomnieć i precyzyjnych wyliczankach rury bass relexu. Ba ! co więcej , mając do dsypozycji własnoręcznie pomierzone parametry głośnika z powątpiewającym uśmiechem na twarzy będziecie spoglądać na wysiłki innych próbujących dokładnie wyliczyć parametry portu.
Prawda niestety jest bolesna , wyliczenie w programie typu WinISD prawidłowych wymiarów portu jest rzeczą niemożliwą. Napotyka się bowiem takie przeszkody jak :
- inne parametry głośnika niż deklarowane przez producenta normalka
- Kto stosuje prostą rure ? Nikt , każdy gotowy bass reflex jest profilowany a co gorsza jeszcze się dziad zwęża ku końcowi ,jak to wyliczyć ? A kto to może wiedzieć , w SW nie trzeba się zajmować takimi drobnostkami
- Wypadałoby uwzględnić wytłumienie kolumny
Jak widać czynników niesprzyjających prawidłowemu zestrojeniu portu jest tyle ,że na 99% przypadków wyliczany port jest niezestrojony na tę częstotliwość na jaką chcemy.
Aby wyznaczyć strojenie tunelu wystarczy podłączyć kolumnę pod JIG a (złącza BP3 i 4) , ustawić go w tryb IMPED meas i dokonać pomiaru impedancji. Możemy zmierzyć starym sposobem korzystajac z sygnału testowego lub tworząc nowy głośnik nazywajac go np. Obudowa i dokonać pomiaru impedancji. W obu przypadkach wynik jest ten sam ale w drugim nie ma zbędnego bałaganu jak i do dalszych pomiarów plik z obudową będzie pomocny (pomiary nearfield , port response i onAxis) .
Otwieramy plik po pomiarze :
Dołek pomiędzy dwoma pikami rezonsowymi to strojenie portu. Jako ,że słabo to widać to wystarczy najechać myszka na wykres i zakręcić przwijakiem aby przeskalować oś X :
Teraz z dosyć dużą dokładnością mozna odczytać ,że port zestrojony jest na 45Hz. Banalne prawda ? :) .
Będąć w tym punkcie samo się nasuwa stwierdzenie ,że strojenie portu należy wykonywać poprzez jego skracanie. Wpierw orientacyjnie wyliczamy programem długość rury i ją przewymiarowujemy. Dokonujemy pomiaru i sukcesywnie ja skracamy do momentu uzyskania właściwego strojenia.
Co można jeszcze z tego wykresu odczytać poza strojeniem ? A no bardzo dużo ,tu jak na dłoni widać jak będzie się zachowywać układ rezonansowy. Podam kilka przykładów.
Na wykresie impedancji mamy dwa piki rezonansowe. Pierwszy na niższej częstotliwości to rezonans obudowy br. Drugi na wyższej to rezonans głośnika. Wiadomo już ,że minimum pomiędzy jest wypadkowym rezonansem układu głośnik obudowa.
Teraz należy się przyjżeć samym pikom rezonasowym :
Pierwszy jest mniejszy od drugiego. Oba są dosyć wąskie i wysokie oraz w miarę blisko siebie. Może opis nie jest zbyt precyzyjny jednak czytanie takiego wykresu opiera się głównie na doświadczeniu niż na konkretnych algorytmach. Co z tego wynika ? Po pierwsze widać ,że układ rezonansowy działa w miare optymalnie - nieco za słabo. Jeżeli pierwszy pik byłby minimalnie wyższy to strojenie obudowy byłoby idealne (jakby siędał tak 30 ohm na wykresie). Wniostek z tego taki ,że ch-ka częstotliwościowa koluny będzie nieco wcześniej opadać. Objętość obudowy mżna uznać za optymalną przy większej piki rezonansowe były szersze.
Przykład 2 :
Tu widać jak na dłoni ,że układ rezonasowy został zestrojony za wysoko. Pierwszy pik jest dużo wyższy od drugiego. Charakterystyka przetwarzania w tym paśmie zostanie zdominowana przez układ bass reflexu i nastąpi jej silne podbicie. Zbyt efektywnie działający układ br nie jest rzeczą dobrą. Nastąpi niepotrzebne wyeksponowanie niskich częstotliwości a sam bas nie będzie sięgał zbyt nisko. W połączeniu z bliskim sąsiedztwem ścian bas może być nawet męczący poprzez jego nadmierna ilość. Takie strojenie często spotyka się w tanich zestawach ,które maja robić wrażenie . No i robią przytłaczajac słuchacza ilością niebyt niskiego basu od którego wszystko w domu się trzęsie.
Przykład 3 :
W tym przypadku widać ,że strojenie układu jest zbyt niskie. Pierwszy pik jest bardzo niski. Układ bass reflex w takim przypadku działa mało efektywnie , czyli ilość wypromieniowanego przez niego basu będzie niska. Co prawda takim strojeniem można sięgnać częstotliwością niżej ale kosztem wyraźnej utraty energii basu na nieco wyższych częstotliwościach gdyż ch-ka będzie opadać dosyć wcześnie. Widać róznież ,że piki maja szeroką podstawę więc głośniki pracują w nieco większej obodowie. Ogólnie nie polecam. Zbyt zamulasty bas ,brak energi i kopa.
Jakie strojenie wybrać ? Ja jestem zwolennikiem strojenia czybyszewa z tendencją do nieco niższego tak aby ch-ka opadała nieco wcześniej. Jednak każdy może mieć inny gust.
Yoshi (2004)
