Качество сигнала в измерительных системах Signal__Spectrum_Analyzers Full view

Качество сигнала в измерительных системах

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

 

Джейми Андерсон делится соображениями по требованиям к аудио-устройствам, применяемым в измерительных комплексах.

Как ни парадоксально, но требования к качеству сигнала, предъявляемые для проведения точных измерений системными анализирующими устройствами для 99,52367% (по грубой оценке) оборудования не так уж высоки, особенно по сравнению с требованиями для студийной звукозаписи или даже для обычного прослушивания.

На самом деле, эти требования очень скромны:

Частотная характеристика. Плоская (+/- 0,25 дБ), во всем измеряемом диапазоне. Эта характеристика должна быть легко достижима от 20Гц до 20кГц во всём применяемом оборудовании.

Главной проблемой здесь являются непредвиденные фильтры: НЧ-фильтры, возникающие из-за проблем с коммутацией или отсеканием фантомного напряжения, ВЧ-фильтры, появляющиеся из-за длинной коммутации и плохой работы фильтров сглаживания, а также произвольно возникающий EQ-фильтр (довольно расстраивающее явление, когда захват измерительного сигнала происходит с дополнительных выходов консоли или процессора).

Как правило, это можно проверить, просто изучив сильно усредненный спектр (RTA) от любого источника спектрально плоского розового шума. Любые серьезные отклонения в АЧХ будут быстро выявлены.

Согласованность каналов (по частотному разрешению и процессорной задержке). Требование, чтобы каналы измерительных сигналов имели практически одинаковый частотный отклик и латентность, является безусловной нормой, так как двухканальные измерения отклика системы, выполненные посредством сравнения двух сигнальных каналов, не должны быть искажены смещением какой-либо передаточной функции или разностью задержки между сигнальными каналами измерительного комплекса.

Быстрый способ выяснить это – подать одинаковый сигнал на входы обоих каналов и произвести сравнение измерений частотного диапазона и задержки. Частотный отклик должен быть плоским по амплитуде и фазе (подтверждая отсутствие проблем с задержкой), а значение задержки между каналами должно быть нулевым.

Возможно, что ваше измерение задержек будет показывать нулевое смещение по времени, но фазовый отклик покажет некоторое отклонение на самом верху ВЧ.  Это происходит, когда два канала не совпадают на 1/2 сэмпла из-за некорректного интерлейсинга в АЦП (если АЦП работает на частоте 96 кГц, то совмещает два сигнала с частотой 48 кГц – обычно драйвер должен исправлять это смещение на 1/2 сэмпла).

Отношение сигнал/шум и THD. Держите ваши шляпы — для большинства применений в стандартных измерительных комплексах нам действительно нужно отношение сигнал/шум >70 дБ, а THD <1%! Конечно, мы ожидаем, что эти параметры будут намного выше в электрической цепи наших приборов, но для основных требований по измерению спектра, частотному и импульсному откликам, которые мы обычно делаем, эти параметры не будут существенно влиять на наши данные.

Подумайте об этом так: нет ничего необычного в том, что отношение сигнал/шум для наших измерений акустической среды намного ниже 70 дБ (вспомним старую Spectrum Arena в Филадельфии). Ключевым моментом здесь является осознание ваших шумовых порогов (акустических и электрических), проведение измерений над ними и использование всех имеющихся в вашем распоряжении инструментов для защиты и улучшения качества данных (Amplitude and Coherence Thresholding, а также либеральное применение усреднения данных).

Обратите внимание, что это также объясняет, почему в очень немногих измерительных системах и ситуациях наблюдается заметное различие между использованием 16-битного и 24-битного АЦП.

Изоляция каналов. Убедитесь, что нет существенных перекрестных помех между вашими измерительными каналами (изолированность >70 дБ на 1 кГц). Есть несколько простых способов сделать это. Самый простой способ — подать синусоидальный сигнал на один канал, и посмотреть спектр на другом.

Другой способ состоит в том, чтобы провести измерения через электронный прибор с известной латентностью. Если есть значительное (с точки зрения нашего мира измерений) проникновение между каналами, то взгляд на импульсное измерение покажет импульс в нулевое время, а также известную задержку устройства.

Требования к качеству сигнала для измерительного тракта, описанные выше, вероятно, ужасны для инженера звукозаписи, аудиофила, или даже для вашего системного инженера. Но в целях получения действительных, стабильных и полезных измерений с нашими комплексами этого достаточно. И это хорошая новость для нас, потому что наши (для 99.52367 процентов из нас) измерительные комплексы не должны состоять из высококачественного, эзотерического, построенного по космическим технологиям оборудования.

Стандартное, профессионального качества оборудование в случае измерений работает для большинства из нас просто отлично. Если вы располагаетесь в остальных 0,48633 процентах — хорошо, большинство железа профессионального качества  будет работать и для вас.

Разумеется, существуют исключения, обусловленные требованиями ситуаций, например, измерение очень низкого уровня шума, и это те случаи, где вам нужно потратить дополнительные $$ на вашу сигнальную цепь.

coda

Переведено при помощи Кристины Рукавишниковой.

Оригинал материала.


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

Обсуждение