Анатомия измерительного комплекса OmniMic_jpg Full view

Анатомия измерительного комплекса

  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

 

Джейми Андерсон

Основной задачей измерительного оборудования является получение электрических и акустических сигналов и передача их в процессор, где они могут анализироваться, сравниваться, обрезаться, складываться, вычитаться и изменяться, производя разноцветные диаграммы, графики и эти очень важные волнистые линии.

«Но моя программа может и так производить красивые волнистые линии, сама собой, без всех этих надоедливых проводов, предусилителей и микрофонов. Разве этого мало?»

Может быть. Это зависит от того, что вы хотите — просто получать деньги за картинки, или обеспечить результат.

Будем считать, что вы попали в последнюю категорию и, следовательно, причина, по которой вы применяете анализатор для измерений вашей системы – узнать что-то о сигналах, приходящих на него, и в свою очередь, понять, что ваша система делает с этими сигналами, когда они проходят через неё.

Ваша задача решить, что вы хотите измерить и исходя из этого, определить, какие измерения сигналов вам необходимы.

Дело в том, что эффективность анализатора непосредственно связана с его способностью получать сигнал для измерения таким, как вам нужно, то есть — эти сигналы должны быть пригодного качества и формата.

Учитывая эту базовую функциональность, мы должны разделить нашу измерительную систему на три основных части: получение сигнала (микрофон или датчик), передача сигнала (предусилитель и AD-конвертер), и анализ сигнала (процессор).

Получение сигнала

Проще говоря, наши зонды (звучит так научно) должны находиться там, где мы хотим захватить материал для измерения сигналов. Мы можем разделить их на два типа: электрические и акустические.

Электрические Зонды

Meas_DiagramКак только мы определили место в системе потока сигнала, которое мы хотим использовать в качестве измерительной точки, то доступ к этой точке, как правило, осуществляется посредством патча в выходном устройстве или путем разделения пути прохождения сигнала.

Вот почему у звукоинженеров, которые работают с измерениями, обычно имеется комплект проводов с разнообразными  адаптерами, Y-кабели, приборы согласования импеданса и другие «безделушки».

Важно отметить, что при захвате электрических сигналов  стандартные методы разделения пути сигнала и маршрутизации его далее, в предусилитель измерительного тракта,  обычно не вызывают проблем с шумом. В худшем случае, если шум возникает в цепи сигнала, следует воспользоваться изолирующим трансформатором (хорошая идея – иметь пару трансформаторов в своем мешке с примочками).

Акустические Зонды

ОК, микрофоны.

Measurement_Mic_1-LRМикрофоны являются важной частью нашего измерительного набора. Они — окно наших анализаторов для акустической среды и для сигналов, которые прибывают в нашу аудиторию, в наши собственные уши и уши артистов.

Эти крошечные преобразователи являются наиболее вариативным компонентом наших измерительных комплексов; они отличаются от микрофона  микрофону.

В идеальном мире наши микрофоны будут действовать как абсолютно нейтральные акустические зонды — совершенно всенаправленные, с плоской частотной характеристикой, частотным диапазоном от постоянного тока до света и динамическим диапазоном 200 дБ.

В мире, в котором мы живем и работаем это, к сожалению, не так. Это только тот идеал, к которому стремятся наши микрофоны. Итак, давайте поговорим о наших измерительных микрофонах.

Коротко говоря об измерительных микрофонах, которые мы используем для наших измерений — нам нужно быть честными в том, насколько нам действительно нужен «идеальный» микрофон.

Есть относительно простое (и недорогое) предположение: в наше время нужен микрофон с хорошим свободным полем, всенаправленный, с очень плоской АЧХ от 50 Гц до 5 кГц (и достаточно плоской от 20 Гц до 18 КГц), и с динамическим диапазоном (который обычно используется для измерений) между 30 дБ и 130 дБ (SPL).

Для большинства применений в реальном мире это может быть всё, что вам нужно для вашего измерительного комплекса (и вы можете сэкономить деньги, чтобы тратить их на другие интересные вещи).

Стоимость микрофона начинает возрастать, когда:

— требуется расширить плоский частотный отклик (в частности, для точного выравнивания ВЧ-отклика);

— нужно расширить динамический диапазон, либо повысить максимальный SPL, либо снизить собственные шумы;

— требуется более узкий диапазон чувствительности (несколько микрофонов);

— требуются точно согласованные отклики;

— требуются отдельные измерительные графики для каждого микрофона;

— нужно увеличить надежность и экологические запросы.

Все это означает, что вы всегда можете потратить огромные деньги на измерительный микрофон, если захотите, но вам может и не понадобиться такой дорогой для каждого отдельного применения.

Предусилители (передача сигнала)

Этот раздел на самом деле должен был называться «Предусилители, кабели и аудио-интерфейсы», но не все эти части были обозначены на нашей симпатичной схеме выше.

Так как понятие «передача сигнала» включает в себя все соединительные кабели в вашем измерительном комплексе, мы будем для целей этой статьи предполагать, что они имеют профессиональное качество и функционируют должным образом (но не доверяйте этому допущению на практике — проверяйте их), и сосредоточимся на предусилителях и компьютерном аудио входе/выходе (интерфейсе).

Часто эти две функции (предусилитель и аудио-интерфейс) объединяются в одном устройстве, но не всегда. Здесь мы рассмотрим эти функции отдельно. (Также, пожалуйста, прочитайте  материал Качество сигнала в измерительных системах).

Измерительным комплексам требуются предусилители для выполнения четырех важных задач:

  1. Обеспечить настройку входных измерительных сигналов на соответствующих уровнях для вашего компьютерного аудио-интерфейса. При определении выбора предусилителя мы должны определиться, с какому типом и уровнем сигналов мы будем работать (микрофонный, инструментальный, коммерческий линейный уровень, профессиональный линейный уровень) и какие типы разъемов нам понадобятся (XLR, 1/4-дюймовый джек, RCA, BNC).
  2. Обеспечить настройку соответствующих уровней измерительных сигналов для наших целей. На протяжении всего стандартного процесса измерений желательно иметь возможность точно регулировать уровни множественных измерительных сигналов относительно друг друга/
  3. Обеспечить выбор измерительного сигнала и маршрутизацию. Во многих случаях вы можете использовать несколько микрофонных и линейных сигналов, которые вам нужно выбрать в течение сеанса ваших измерений. Хотя можно использовать старый дедовский метод простого переключения кабелей «на лету», несколько маршрутизируемых предусилителей (микшер, коммутатор) упрощают работу и уменьшают вероятность ошибки.
  4. Обеспечить фантомное питание для измерительного микрофона.

Существует много способов удовлетворить эти требования к предусилителю. В турах и стационарно установленных системах можно закрыть эти требования уже существующими предусилителями системы и схемой маршрутизации (то есть — непосредственно микшерным пультом или системными процессорами).

Важно, однако, помнить требования 1 и 2, и убедиться, что «встроенный» измерительный сигнал имеет свой собственный, отдельно настраиваемый уровень, независимый от основного системного управления, — мы не можем разгонять или уменьшать выходной сигнал микшера во время исполнения, чтобы наш измерительный комплекс был счастлив.

Компьютерный аудио-интерфейс

Как только у нас появятся наши измерительные сигналы, последний шаг на пути передачи сигнала — это аналого-цифровое преобразование (A/D) и поездка в компьютерный процессор (звучит как приглашение на прогулку в тематический парк).

Большой вопрос: «Как мы туда доберемся?». Самый простой путь — использовать AD-конвертеры, встроенные в компьютер, их стерео-входы линейного уровня, однако за последние 10 лет большинство PC-ноутбуков потеряли этот вход в пользу простого моно-микрофонного входа (ноутбуки Mac всё еще имеют этот стандарт).

Если вам это доступно, это, безусловно, является жизнеспособным вариантом, так как эти входы обычно соответствуют/превосходят нашим скромным требованиям (опять же — см. Качество сигнала в измерительных системах).

В широко распространенном случае, когда ваш ноутбук не оснащен стерео линейным входом или когда вашему измерительному комплексу требуется более двух входных каналов, стандартным решением является внешний аудио-интерфейс.

За те же самые последние 10 лет (явно не случайно) на рынке появилось множество компьютерных аудио-интерфейсов, которые удовлетворяют нашим требованиям — в большинстве из которых имеются, в том числе, и необходимые нам предварительные усилители.

При выборе аудио-интерфейса для измерительного комплекса, в первую очередь (помимо требований к предусилителю), обращаем внимание на:

— Физический формат соединения. USB, USB 2, FireWire (IEEE1394) 400, FireWire 800, PCMCIA-карта? Вопрос в том, что для вас является самым простым, любой из них будет нести количество сигналов, в которых вы нуждаетесь. USB (1 и 2) являются наиболее распространенными соединениями, встроенными в ноутбуки и, как правило, предпочтительным типом соединения для простого двухканального (стерео) входа. Соединения USB 2 и FireWire необходимы для многоканального входа (3 и более каналов).

— Формат аудио драйвера. Просто потому, что сигналы попадают на ваш компьютер, ещё не значит, что ваше программное обеспечение может их использовать. Очень важно определить, какие форматы драйверов могут иметь доступ к вашей программе (т.е. wav/wmd/mme, ASIO, coreaudio). Эта проблема еще более усугубляется проблемами версий ОС и является источником серьезных головных болей и для пользователей и для разработчиков.

— Режим питания. Питание от шины или от внешнего источника питания? Простые стерео USB-устройства часто используют мощность шины, доступную через USB-соединение (макс. 500 мВт). Это чрезвычайно удобно, так как это добавляет мобильности (нет необходимости подключаться к розеткам и таскать ещё один блок питания) и легкости в настройке. Это также отличная возможность путешествовать между странами, которые используют разные стандарты напряжения переменного тока, поскольку аудио-интерфейс получает питание от компьютера, в котором обычно используются блоки питания с автоматическим выбором диапазона. Когда вы используете многоканальные входы/выходы, это в значительной степени гарантирует, что мощности шины не хватит, и нужно будет подключаться к местному источнику переменного тока.

— Форм-фактор. Проще говоря: какой тип аудио-разъёмов он имеет и насколько он большой? Для тех из вас, кто нуждается в компактном, переносном измерительном комплексе, аудио-интерфейс для монтажа в рэк, скорее всего, великоват для ваших потребностей. Следствием этого вопроса является прочность и надежность: да, он портативный по размеру, но действительно ли он выдержит дорожные условия, как ожидается?

Правильный выбор аудио-интерфейса и предусилителей действительно определяется предполагаемым использованием измерительного комплекса — какие системы будут измеряться, при каких условиях и будет ли (и каким образом) комплекс транспортироваться. Для каждого пользователя и варианта использования не существует единого решения.

Часто предпочтительнее иметь базовый набор стереофонических предусилителей и входов/выходов, а затем расширять их дополнительными предусилителями и сигнальными маршрутизаторами (микшеры, коммутаторы), когда требуются сложные системные измерения.

coda

Оригинал материала.


  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Обсуждение