-->
Поиск:
Методика тестирования

26.07.2007 00:05

Методика тестирования акустических систем

Z-характеристика. Методика измерения и трактовка 

Наверняка даже самый неопытный читатель знает, что любая динамическая головка, а, следовательно, и акустическая система в целом обладает постоянным сопротивлением. Данное сопротивление может расцениваться как сопротивление постоянному току. Для бытовой аппаратуры наиболее привычны цифры 4 и 8 Ом. В автомобильной технике зачастую встречаются динамики с сопротивлением 2 Ом. Сопротивление хороших мониторных наушников может достигать сотен Ом. С точки зрения физики данное сопротивление обусловлено свойствами проводника, из которого намотана катушка. Однако динамики, как и наушники, предназначены для работы с переменным током звуковой частоты. Ясно, что с изменением частоты изменяется и комплексное сопротивление. Зависимость, характеризующая это изменение, называется Z-характеристикой.   Z-характеристика довольно важна для изучения, т.к. именно с помощью нее можно сделать однозначные выводы о правильности согласования динамика и усилителя, правильности расчета фильтра, и т.д. Для снятия данной зависимости мы используем программный пакет LSPCad 5.25, а точнее - измерительный модуль JustMLS. Его возможности таковы: 

  • Размер MLS (Maximum-Length Sequence): 32764,16384,8192 и 4096
  • Размер FFT (Fast Fourier Transform): 8192, 1024 и 256 точек, используемых в различных полосах частот
  • Частота дискретизации: 96000, 88200, 64000, 48000, 44100, 32000, 22050, 16000, 1025,     8000 Гц и выбираемая пользователем Custom (Выбрать).
  • Сглаживание: Нет, 1/24, 1/12, 1/6, 1/3, 1/2 и 1 октавное.
  • Окно: Половинное смещение
  • Внутреннее представление: От 5 Гц до 50000 Гц, 1000 частотных точек с логарифмической периодичностью.

Для измерения необходимо собрать простенькую схему: последовательно с динамиков включается эталонный резистор (в нашем случае С2-29В-1), и сигнал с данного делителя подается на вход звуковой платы. Вся система (динамик/АС+резистор) подключается через усилитель мощности ЗЧ к выходу той же звуковой карты. Мы используем для этих целей интерфейс ESI Juli@. Программа очень удобна тем, что не требует тщательной и долгой настройки. Достаточно откалибровать звуковые уровни и нажать кнопку "Измерить". Через доли секунды мы видим готовый график. Далее происходит его анализ, в каждом конкретном случае мы преследуем разные цели. Так, при изучении низкочастотного динамика нас интересует резонансная частота для проверки правильности выбора акустического оформления. Знание резонансной частоты высокочастотной головки позволяет проанализировать правильность решения разделительного фильтра. В случае пассивной акустики нас интересует характеристика в целом: она должна быть максимально линейной, без резких пиков и провалов. Так, например, акустика, импеданс которой проседает ниже 2 Ом, придется "не по вкусу" практически любому усилителю. Такие вещи следует знать и учитывать.  

Нелинейные искажения. Методика измерения и трактовка 

Нелинейные искажения (Total Harmonic Distortion, THD) являются важнейшим фактором при оценке акустических систем, усилителей, и т.д. Данный фактор обусловлен нелинейностью тракта, вследствие чего в спектре сигнала появляются дополнительные гармоники.  Коэффициент нелинейных искажений (КНИ) рассчитывается как отношение квадрата основной гармоники к корню квадратному из суммы квадратов дополнительных гармоник. Как правило, при расчетах учитывается только вторая и третья гармоника, хотя точность можно повысить, учтя все дополнительные гармоники. Для современных акустических систем коэффициент нелинейных искажений нормируется в нескольких полосах частот. Например, для нулевой группы сложности по ГОСТ 23262—88, требования которого значительно превышают минимальные требования МЭК  класса Hi-Fi, коэффициент не должен превышать 1.5% в полосе частот 250-2000 Гц и 1% в полосе  2-6.3 кГц. Сухие цифры, конечно, характеризуют систему в целом, однако фраза "КНИ=1%" еще мало о чем говорит. Яркий пример: ламповый усилитель с коэффициентом нелинейных искажений порядка 10% может звучать намного лучше транзисторного усилителя с тем же коэффициентом менее 1%. Дело в том, что искажения лампы в основном обусловлены теми гармониками, которые экранируются слуховыми порогами адаптации. Поэтому очень важно анализировать спектр сигнала в целом, описывая значения тех или иных гармоник.

Так выглядит спектр сигнала конкретной акустики на контрольной частоте 5 кГц 

В принципе посмотреть распределение гармоник по спектру можно любым анализатором,   как хардварным, так и софтовым. Без проблем это делают те же программы RMAA или TrueRTA. Как правило, мы используем первую. Тестовый сигнал генерируется с помощью простейшего генератора, используется несколько контрольных точек. Так, например, возросшие на высоких частотах нелинейные искажения значительно уменьшают микродинамику музыкального образа, а система с высокими искажениями в целом может просто-напросто сильно искажать тембральный баланс, хрипеть, иметь посторонние призвуки, и т.д.  Также данные измерения позволяют более детально оценить акустику в комплексе с другими измерениями, проверить правильность расчета разделительных фильтров, ведь нелинейные искажения динамика сильно возрастают вне его рабочего диапазона.  

Структура статьи 

Здесь мы опишем структуру статьи по акустическим системам. Несмотря на то, что мы стараемся сделать прочтение максимально приятным и не втискиваем себя в определенные рамки, статьи составляются с учетом данного плана, для того чтобы структура была четкой и понятной.  

1.     Введение 

Здесь пишется общая информация о компании (если мы впервые знакомимся с ней), общая информация о линейке продукции (если впервые берем на тест), даем очерк состояния рынка на текущий момент. Если предыдущие варианты не подходят – пишем о тенденциях на рынке акустики, в дизайне и т.д. – чтобы было написано 2-3 тысячи символов (в дальнейшем – к). Указывается тип акустики (стерео, объемного звучания, трифоник, 5.1 и т.д.) и позиционирование на рынке – как мультимедиа-игровая  для компьютера, универсальная, для прослушивания музыки для домашнего театра начального уровня, пассивная для домашнего театра и т.д.  

2.     ТТХ 

Тактико-технические характеристики, сведенные в таблицу. Перед таблицей с ТТХ делаем небольшое вступление (например "от акустики стоимостью ХХХ мы вправе ожидать серьезных параметров YYY"). Вид таблицы и набор параметров следующий: 

Для систем 2.0 

Параметр

Значение

Выходная мощность, Вт (RMS)

 

КНИ при номинальной мощности, %

 

Внешние размеры колонок, ШхДхВ, мм

 

Вес брутто, кг

 

Вес нетто, кг

 

Диаметр динамиков, мм

 

Сопротивление динамиков, Ом

 

Магнитное экранирование, наличие

 

Напряжение питания, В

 

Частотный диапазон, Гц

 

Неравномерность АЧХ в рабочем диапазоне, +/- дБ

 

Регулировка высоких частот, дБ

 

Регулировка низких частот, дБ

 

Перекрестные помехи, дБ

 

Отношение сигнал/шум, дБ

 

Комплектность

 

Средняя розничная цена, $

 

Для систем 2.1 

Параметр

Значение

Выходная мощность сателлитов, Вт (RMS)

 

Выходная мощность сабвуфера, Вт (RMS)

 

Выходная мощность суммарная, Вт (RMS)

 

КНИ при номинальной мощности, %

 

Внешние размеры сателлитов, ШхДхВ, мм

 

Внешние размеры сабвуфера, ШхДхВ, мм

 

Вес брутто, кг

 

Вес нетто сателлитов, кг

 

Вес нетто сабвуфера, кг

 

Диаметр динамиков, мм

 

Сопротивление динамиков, Ом

 

Магнитное экранирование, наличие

 

Напряжение питания, В

 

Частотный диапазон сателлитов, Гц

 

Частотный диапазон сабвуфера, Гц

 

Неравномерность АЧХ в полном рабочем диапазоне, +/- дБ

 

Регулировка высоких частот, дБ

 

Регулировка низких частот, дБ

 

Перекрестные помехи, дБ

 

Отношение сигнал/шум, дБ

 

Комплектность

 

Средняя розничная цена, $

 

Для систем 5.1 

Параметр

Значение

Выходная мощность фронтальных сателлитов, Вт (RMS)

 

Выходная мощность тыловых сателлитов, Вт (RMS)

 

Выходная мощность центрального канала, Вт (RMS)

 

Выходная мощность сабвуфера, Вт (RMS)

 

Выходная мощность суммарная, Вт (RMS)

 

КНИ при номинальной мощности, %

 

Внешние размеры фронтальных сателлитов, ШхДхВ, мм

 

Внешние размеры тыловых сателлитов, ШхДхВ, мм

 

Внешние размеры центрального канала, ШхДхВ, мм

 

Внешние размеры сабвуфера, ШхДхВ, мм

 

Вес брутто, кг

 

Вес нетто фронтальных сателлитов, кг

 

Вес нетто тыловых сателлитов, кг

 

Вес нетто центрального канала, кг

 

Вес нетто сабвуфера, кг

 

Диаметр динамиков, мм

 

Сопротивление динамиков, Ом

 

Магнитное экранирование, наличие

 

Напряжение питания, В

 

Частотный диапазон сателлитов, Гц

 

Частотный диапазон сабвуфера, Гц

 

Неравномерность АЧХ в полном рабочем диапазоне, +/- дБ

 

Регулировка высоких частот, дБ

 

Регулировка низких частот, дБ

 

Перекрестные помехи, дБ

 

Отношение сигнал/шум, дБ

 

Комплектность

 

Средняя розничная цена, $

 

За основу мы берем приведенные таблицы, при наличии дополнительных данных делаем еще графы, графы для которых данных нет, просто убираем. После таблицы с ТТХ небольшие предварительные выводы.  

3.     Упаковка и комплектация  

Описываем комплект поставки и коробку, минимум две фотографии. Тут оцениваем полноту комплекта, описываем характер входящих в комплект кабелей, по возможности оцениваем их сечение/диаметр. Делаем вывод о соответствии комплекта ценовой категории, удобстве и дизайне упаковки. Отмечаем наличие русскоязычного руководства по эксплуатации, его полноту.  

4.     Дизайн, эргономика и функциональность 

Описываем первое впечатление от дизайна. Отмечаем характер материалов, их толщину, добротность. Оцениваем дизайнерские решения с точки зрения потенциального влияния на звук (не забывая добавлять слово "предположительно"). Оцениваем качество изготовления, наличие ножек/шипов, гриля/акустической ткани перед диффузорами. Ищем крепления, возможность установки на стойку/полку/стену.  

Описывается эргономика и впечатления от работы с акустикой (исключая прослушивание). Отмечается наличие щелчка при включении, достаточна ли длина проводов, удобно ли пользоваться всеми органами управления. Реализация органов управления (аналоговые ползунки или "крутелки", цифровые валкодеры, тумблеры и т.д.) Несколько фотографий органов управления, ПДУ если есть, фото колонок в обстановке или в сравнении с обычными предметами. Удобство и скорость коммутации, необходимость проверки фазировки, помогает ли инструкция и т.д. Отмечаем эффективность магнитного экранирования (на ЭЛТ-мониторе или телевизоре). Обращаем внимание на дополнительные входы, режимы работы (псевдо-сюрраунд звучание, встроенный FM-тюнер и т.р.), сервисные возможности.  

5.     Конструкция 

Разбираем колонки, если есть сабвуфер – то ещё и его. Отмечаем следующие конструктивные особенности:  

  • Тип акустического оформления (открытое, закрытий ящик, фазоинвертор, пассивный излучать, трансмиссионная линия и т.д.) + общее фото внутреннего строения;
  • Размеры и внутренний объем корпуса, предположить сочетаемость АО с ГГ;
  • Расположение головок громкоговорителя (ГГ), способ крепления к акустическому оформлению;
  • Качество внутреннего монтажа, сборки, крепления + 1-2 фото с деталями внутреннего монтажа;
  • Наличие механического демпфирования, качество его исполнения и примененные материалы + фото;
  • Форма и размеры фазоинвертора (если есть), его расположение (предположительное влияние на звук) и вероятные приспособления изготовителя для устранения струйных шумов + фото;
  • Качество внутренней проводки, наличие защиты от перегрузки, предложения по модернизации;
  • Используемые ГГ – тип, материал изготовления (бумага, пропитанный шелк, алюминий, пластик и т.д.), характер поверхности диффузора (конический, экспоненциальная поверхность, гофрированный, с "ребрами жесткости" и т.д.) и защитного колпачка (плоский, "акустическая пуля" и т.д.), подвес (резиновый, бумажный и т.д.), степень жесткости подвеса), диаметр катушки, охлаждение у твиттера, маркировка, сопротивление + фото каждой ГГ;
  • Тип крепления провода к колонкам (безразъемное, винтовые зажимы, пружинные зажимы, под "банан" и т.л.) + фото;
  • Разъемы для сигнального кабеля – типы, количество, качество исполнения. 

Схемами и графиками мы иллюстрируем следующие вещи: 

  • Усилительная микросхема(ы) – таблица с ключевыми характеристиками, их анализ на соответствие ТТХ и динамикам, если есть возможность – привести график зависимости мощности от КНИ и фото, можно фото радиатора;
  • Трансформатор питания – таблица с токами, тип трансформатора (тор, на Ш-образных пластинах и т.д.) с указанием общей мощности в ВА, выводы о наличии запаса мощности по питанию, наличие фильтра питания и т.д. + фото;
  • Разделительный фильтр – зарисовываем схему, указываем порядок фильтра (и соответственно ослабление сигнала), делаем вывод об оправданности; применения (при наличии соответствующих измерений), делаем расчет частоты среза в случае если в дальнейшем измеряем резонанс и/или Z-характеристику;
  • Делаем расчет резонансной частоты фазоинвертора, приводим формулу и обосновываем ее использование.  

6.     Измерения 

Делаем следующие измерения и приводим анализ по каждому из них, делаем предположения по характеру звучания.

  • Осевая АЧХ колонки с подробным анализом;
  • АЧХ колонок по углами 30 и 45 градусов, анализ характера дисперсии динамика;
  • АЧХ сабвуфера (если есть) + суммарная АЧХ систем, анализ качества; согласования трифоника, влияние резонанса фазоинвертора;
  • Осевая АЧХ в зависимости от регулировок тембра (если есть);
  • АЧХ у фазоинвертора, анализ;
  • Спектр гармонических искажений;
  • АЧХ динамиков по отдельности (например НЧ и ВЧ), если в этом есть необходимость. 

7.     Прослушивание 

Вначале даем первую субъективную оценку характеру звучания, указываем, достаточна ли громкость для различных режимов воспроизведения. Отмечаем особенности работы акустики в каждом из типичных применений – кино (для 5.1 систем делаем упор на качество позиционирования), музыка и игры. Указываем тип помещения для прослушивания, его площадь и объем, а  также степень требовательности данной акустики к помещению. Далее мы разбираем звучание колонок, используя описанный выше список характеристик и терминологию. Стараемся избегать субъективных замечаний и при каждой возможности делаем сноску на результат измерений, подтвердивший ту или иную особенность звучания. Вообще весь анализ звучания делается в ключе увязки с измерениями. Обязательно обращается внимание на следующие параметры: 

  • Характер работы акустики в каждом из ключевых диапазонов частот, насколько тот или иной диапазон акцентируется;
  • Характер и качество стереоэффекта (ширины сцены, позиционирования на ней источников звука и инструментов), для акустики 5.1 отдельно дается оценка пространственного позиционирования. Не забываем правильно расставить акустику (угол на фронтальную пару 45 градусов, расстояние чуть больше стереобазы, тыловая пара вдвое ближе к слушателю, чем фронтальная, все колонки на уровне ушей);
  • Детальность, прозрачность звучания, "зернистость" (послеимпульсная активность на средних и высоких частотах);
  • Наличие окраски и её характер в разных диапазонах, тембральный баланс и естественность звучания;
  • Четкость звуковой атаки (импульсная характеристика) и отдельно – работа сабвуфера (если есть);
  • Насыщенность сигнала гармониками (теплота или холодность звучания);
  • Микро- и макродинамика звучания, детальность фоновых звуков, "открытость" или "зажатость" звучания (ширина динамического диапазона, качество переходной характеристики ГГ);
  • Наличие искажений (хрип) и паразитных резонансов (гул, свист) – на какой громкости;
  • Оптимальные значения регулировок тембра. 

8.     Выводы 

Здесь дается общая оценка акустике, в первую очередь, соответствие примененных в ней решений конечному результату и ценовой категории. Оценивается, насколько акустика удачна, перспектива, подходит в качестве "заготовки" для модификаций. Дается список плюсов и минусов системы.  

Заключение 

Усидчивый читатель, завершив чтение этой статьи, наверняка вынес что-то новое и интересное для себя. Мы не пытались объять необъятное и осветить все возможные аспекты анализа акустических систем и, тем более, теории звука, оставим это профильным изданиям, у каждого из которых свой взгляд на ту грань, где кончается физика и начинается шаманство. Зато теперь все аспекты тестирования акустики авторами нашего портала должны быть предельно ясны. Мы не устаем повторять, что звук – дело субъективное, и руководствоваться при выборе акустики одними тестами нельзя, однако надеемся, что наши обзоры значительно помогут вам. Хорошего вам звука, уважаемые читатели!

Методика


       Опубликовать в twitter.com   Опубликовать в своем блоге livejournal.com           

Рекомендуем прочитать