Kada smo počeli da se petljamo sa audio pojačala, da li su iz jeftini ventili, tranzistori ili klasa DPrije ili kasnije, dođe vrijeme da izmjerimo više od pukog "glasnog" zvuka pojačala. Želimo znati da li pojačalo prekida zvuk, kako se ponaša s različitim frekvencijama, kakvu distorziju generira ili proizvodi li čudan šum zbog izvora, ožičenja ili okolne radio frekvencije.
Zbog svega toga, a Osciloskop kombinovan sa generatorom signala (Fizički ili softverski) postaje savršen alat za vašu kućnu mini-laboratoriju. Problem je što nam često nedostaju jasne smjernice, terminologija zvuči kao besmislica i na kraju gledamo u talasne oblike bez da zaista znamo šta vidimo. Ovdje ćemo organizovati sve te ideje, spajajući praktičnu teoriju, savjete za radionice i dostupna rješenja, uključujući besplatni softver.
Osnovni koncepti prije mjerenja pojačala osciloskopom
Prije nego što uključimo osciloskop u prvi konektor koji pronađemo, važno je razjasniti nekoliko stvari. osnovni električni koncepti koji će se stalno pojavljivati: impedancija, izobličenje, frekvencijski odziv, harmonici, zasićenje itd. Ne morate biti inženjer, ali morate znati šta pokušavate izmjeriti.
U bilo kojem testu audio pojačala osciloskopom, uvijek razlikujemo dio niskofrekventni signali (audio) i, u nekim postavkama, radiofrekventnu (RF) komponentu. Ova posljednja tačka je ključna, na primjer, kada koristimo RF pojačalo oko 1 MHzDodajemo DC blokator i završavamo s opterećenjem od 50 Ω. Poznavanje svakog elementa sprječava skupe greške.
Tipičan RF lanac bi izgledao ovako: RF pojačalo → DC blokator → RF terminator (obično opterećenje od 50 Ω). Ovo postavlja pitanje: mogu li spojiti osciloskop na tu liniju i vidjeti signal kakav jeste ili mi je potreban atenuator za "zaštitu" mjerne opreme i podešavanje nivoa?
S druge strane, kod čistog zvuka, diskusija se mijenja. Tamo se više fokusiramo na stvari poput ulazna impedansa, izlazna impedansa, ukupno harmonijsko izobličenje (THD), zasićenje sa sinusoidnim signalima, pozadinskom bukom, brujanjem, oscilacijama i svime što može uticati na percipiranu kvalitetu zvuka, iako na kraju "uho vlada".
Osnovna ideja je uspostavljanje svojevrsnog kućna mini-laboratorija Pomoću fizičkih instrumenata i besplatnog softvera: osciloskopa (fizičkog ili softverskog), generatora funkcija ili zvučnih kartica, programa za analizu spektra i harmonika itd. Sa vrlo malo novca možete dobiti mnogo korisnih informacija o pojačalu.
Osnovni testovi audio pojačala: šta vrijedi mjeriti
Ako želite ići dalje od "meni zvuči dobro", prvi testovi koje vrijedi razmotriti na pojačalu, posebno ako je u pitanju ventili ili visoka vjernostPrilično su standardni. Isti su kao oni koji se koriste u profesionalnim audio laboratorijama, ali prilagođeni nečemu što svatko može postaviti kod kuće uz vrijeme i strpljenje.
Dobar početni popis testova (ne iscrpnog, ali vrlo potpunog) uključuje ulazna impedansa, izlazna impedancija, međustepena impedancija, harmonijsko izobličenje sa i bez povratne sprege, zasićenje sinusoidnog talasa, mjerenja istosmjerne struje i analiza šuma i frekvencijskog odziva.
Detaljno, za cijevno ili poluprovodničko pojačalo, zanimljivi testovi oni su obično:
- Ulazna impedansa: pogledajte kakvo opterećenje pojačalo predstavlja za izvor (pretpojačalo, DAC, itd.).
- Izlazna impedancijaKljučno je znati kako interaguje sa zvučnikom i razumjeti faktor prigušenja.
- Međustepena impedancijaPosebno korisno u cijevnim pojačalima s više stupnjeva pojačanja i katodnim pratiocima.
- Totalno harmonijsko izobličenje (THD)sa i bez povratne informacije da se vidi koliko petlja ispravlja.
- Zasićenost sinusoidnim: koliko visoko možemo podići ulaz prije nego što se pojavi kliping i kako se talasni oblik izobličuje.
Pored toga, tu je i analiza buka, brujanje, radiofrekvencija i moguće oscilacijeMnogo puta mislimo da je pojačalo u redu, dok u stvarnosti ono oscilira na ultrazvučnim frekvencijama ili emituje RF koje se ne mogu čuti, ali koje mogu zagrijati komponente ili ometati drugu opremu u blizini.
Analize frekvencijski odziv i spektriProvjerite EQ krivulju, linearnost, ponašanje na niskim frekvencijama (zbog izlaznog transformatora, ako je prisutan) i ponašanje na visokim frekvencijama (ograničenja stepena pojačanja, parazitske kapacitivnosti, itd.). Za one koji rade sa elektronkama, karakteristične krive ventila a upotreba trasera može biti uključena i u paket.
Ljepota svega ovoga je u tome što se tome može pristupiti sa besplatni softver plus osciloskopili čak sa softverskim osciloskopom koji koristi zvučnu karticu računara, sve dok pazimo na nivoe i zaštite.
Korištenje osciloskopa u RF testiranju: DC blokator, terminator i atenuator
Kada pojačalo nije samo za audio, već i RF pojačalo (npr. na 1 MHz)Tipičan sklop uključuje komponente koje nisu toliko uobičajene u čistom audio sistemu: DC blokatore i RF terminatore. Uobičajena konfiguracija može biti:
RF pojačalo → DC blokator → RF terminator od 50 Ω
DC blokator se koristi za uklonite DC komponentu signala, čime se štiti i oprema nizvodno i samo opterećenje. RF terminator, obično otpornik od 50 Ω, služi za uskladite impedanciju linije, izbjegavajući refleksije i nestabilnosti.
Veliko pitanje koje se postavlja u ovom kontekstu je: mogu li osciloskop direktno spojiti na izlaz pojačala (ili na tu liniju) i vidjeti signal ili mi je potreban RF atenuatorOdgovor zavisi od nekoliko faktora: opsega napona koji pojačalo podržava, izlazne impedanse, maksimalne osjetljivosti osciloskopskog kanala i da li je oprema dizajnirana za ulaz od 50 Ω ili za visoku impedansu.
U praksi je često moguće direktno spojiti osciloskop, koristeći 10:1 sonda koji već funkcionira kao atenuator i predstavlja manje invazivno opterećenje. Međutim, u čisto RF primjenama, prilično je uobičajeno umetnuti specifični RF atenuator za:
- Smanjite amplitudu signala u siguran raspon za osciloskop.
- Održavajte usklađivanje impedanse (50 Ω) kroz cijelu liniju.
- Spriječite vlastiti ulaz osciloskopa značajno mijenja mjerenje.
Ako radite na 1 MHz sa jeftino pojačalo Za upotrebu sa skupljom opremom, bitno je da budete vrlo jasni u vezi maksimalnog izlaznog napona koji pojačalo može isporučiti i prihvatljivog raspona vašeg osciloskopa. Ova kombinacija podataka će odrediti da li se možete direktno spojiti, da li je dovoljna sonda atenuatora 10:1 ili vam je zaista potreban RF atenuator u liniji.
Mjerna cijevna pojačala: tipični testovi i šta oni znače
U svijetu cijevnih pojačala postoji mješavina strast, zanatstvo i naukaMnogi entuzijasti sami grade ili modificiraju komercijalno dostupna pojačala, a zatim žele ići dalje od pukog slušanja kako bi vidjeli je li rezultat "cool" ili ne. Ovdje standardizirano testiranje postaje zaista zanimljivo.
Koristan prvi test je utvrditi ulazna impedansaOvo nam govori kakvo opterećenje prima izvor signala (na primjer, cijevno pretpojačalo, pedala ili DAC). Ako je prenisko, moguće je da opterećujemo prethodni stepen, mijenjajući njegov frekvencijski odziv ili generirajući neželjenu distorziju. Ako je previsoko, uglavnom je ugodno za izvor, ali može učiniti kolo osjetljivijim na šum.
La izlazna impedancija Ovo je ključno kada pojačalo povezujemo sa pravim zvučnikom. Kod cijevnih pojačala, izlazni transformator igra fundamentalnu ulogu, a konačna izlazna impedansa utiče na kretanje zvučnika, prigušenje njegovog membranskog zvuka i stvarni frekvencijski odziv sistema. Ovo je porijeklo onoga što se naziva faktor prigušenja (faktor prigušenja), često naveden u hi-fi opremi.
Pored ulazno-izlaznih impedancija, vrijedi pogledati i međustepena impedancija unutar samog pojačala. Ovo utiče na to kako se cijevi međusobno spajaju, kako se međusobno opterećuju i kako se mijenjaju frekvencijski odziv i ukupno pojačanje.
Još jedan fundamentalni gradivni blok je harmonijsko izobličenje (THD)Sa i bez povratne sprege. Negativna povratna sprega obično drastično smanjuje distorziju, ali također mijenja način na koji se harmonici distribuiraju i može utjecati na subjektivni "osjećaj" zvuka. Mjerenjem generatorom sinusnih valova i analizom spektra možete vidjeti koji harmonici prevladavaju (parni, neparni, viši red itd.).
Konačno, postoje dokazi o zasićenost i odsijecanje sa sinusnim talasom. Amplituda ulaznog signala se postepeno povećava sve dok pojačalo ne počne da "odsijeca" vrh talasa. Osciloskop to pokazuje vrlo jasno: prelazi iz čistog sinusnog talasa u oblik "splosnat" na vrhu i dnu. Posmatranje kako se ovo odsijecanje dešava (simetrično, asimetrično, glatko, oštro) otkriva mnogo o karakteru pojačala.
Frekvencijski odziv i testiranje pomoću besplatnog softvera
Jedan od najisplativijih testova za provođenje, čak i sa skromnim sredstvima, je Frekvencijski odziv pojačalaU suštini, radi se o tome da se vidi kako se pojačanje pojačala mijenja u frekventnom opsegu koji nas zanima (na primjer, od 20 Hz do 20 kHz u audio signalu).
para izvrši ovaj test možete koristiti:
- Generator fizičkog signala koji može mijenjati frekvencije.
- Besplatni softver na računaru koji generira niz frekvencija i šalje ga kroz zvučnu karticu.
- WAV datoteke s ružičastim šumom, bijelim šumom ili unaprijed dizajniranim zamahima.
Mjerenje se može izvršiti direktno pomoću osciloskop na izlazu pojačalapoređenje amplituda za različite frekvencije. Mnogi praktičnije preferiraju korištenje zvučna kartica kao mjerni instrument, s programima koji na ekranu prikazuju grafikon magnitude (a ponekad i faze) frekvencijskog odziva.
Postoje dobro poznate besplatne aplikacije za audio mjerenja (analiza spektra, mjerenje THD-a, frekvencijski odziv itd.) koje koriste linijski ulaz računara. Samo pazite da ne preopterećujete ulaz i koristite atenuatore ili razdjelnike napona kada je to potrebno. Na taj način, kombinacija softver + zvučna kartica Postaje neka vrsta jeftinog "audio analizatora".
Ključ ove vrste testa je da, uz pomoć jednostavnog grafikona, možete vidjeti značajne padove u performansama. ograničenja izlaznog transformatora, gubici na visokim frekvencijama zbog unutrašnjih kapacitivnosti, neželjene rezonancije ili čak utjecaja povratne sprege na ravnost krivulje.
Harmonici, FFT-ovi i ono što zapravo čujete
Još jedna veoma zanimljiva porodica testova se vrti oko harmonici i spektralni sadržaj izlaznog signala. Ovdje je tipičan pristup primijeniti čisti sinusni val na ulaz pojačala i promatrati, korištenjem Fourierove analize (FFT), koji se harmonici pojavljuju i s kojom amplitudom u odnosu na osnovni ton.
Osciloskop, ako ima ugrađenu FFT funkciju, već vam omogućava da vidite frekvencijski spektar To je sasvim jasno. Ako ne, možete ponovo koristiti besplatni softver koji, koristeći zvučnu karticu, crta spektar dolaznog signala. U oba slučaja, važno je razlikovati harmonike. parni i neparni, nivoi distorzije niskog reda u odnosu na nivoe višeg reda i prisustvo audio komponenti izvan opsega.
U praksi, mnogi entuzijasti su otkrili da signal koji izgleda "ružno" na osciloskopu ponekad ne mora uvijek značiti loš zvuk, posebno kada govorimo o jeftina pojačalaTipičan primjer je vrlo jeftino pojačalo klase D (kupljeno za oko 10 dolara na AliExpressu) koje, gledano iz stroge perspektive talasnog oblika, može pokazati dosta visokofrekventne modulacije, šuma i malih artefakata.
Međutim, u komparativnim testovima gdje je pravi zvuk pojačala (Slušajući muziku kroz prave zvučnike), primijećeno je da rezultat može biti iznenađujuće pristojan za cijenu, iako snimanje talasnog oblika osciloskopom zahtijeva vrlo kritičan pristup. Ovo nas podsjeća da ljudsko uho filtrira mnoge nesavršenosti i da korelacija između "savršenog talasnog oblika" i "ugodnog zvuka" nije uvijek jednostavna.
Naravno, sa skupom ili ozbiljno visokokvalitetnom opremom očekuju se odlična mjerenja i najčišći mogući talasni oblik. Ali za jeftina pojačala, za DIY projekte ili početnikeVažno je staviti mjerenja u kontekst i ne biti opsjednut svakim malim vrhom u spektru.
Buka, brujanje, radiofrekvencija i neželjene oscilacije
Pored harmonijskog izobličenja, jedno područje u kojem je osciloskop posebno koristan je detekcija buke i oscilacija koje možda nije lako primijetiti sluhom ili koje se mogu pomiješati s drugim problemima.
Među pojave Oni koje vrijedi potražiti uključuju:
- Termalna i pozadinska buka komponenti, što na ekranu izgleda kao neka vrsta "oblaka".
- 50/60 Hz Hum i njegovi harmonici, tipično za loše filtrirane izvore ili uzemljene petlje.
- Parazitna radiofrekvencija koji se spaja zrakom ili kablovima, često kroz vrlo osjetljive stupnjeve pojačanja.
- Visokofrekventne oscilacije uzrokovane loše kompenziranom povratnom spregom ili neispravnim ožičenjem.
Ovi testovi se mogu izvesti sa kratko spojenim ulazom pojačala (na masu) i izlazom spojenim na odgovarajuće opterećenje, uz posmatranje izlaza osciloskopom na različitim vremenskim skalama. Promjena vremenske baze olakšava otkrivanje oba niskofrekventno zujanje kao što su oscilacije u kHz ili čak MHz opsegu.
Za one koji grade cijevna pojačala, ovo je posebno relevantno, jer dugi kablovi, loše raspoređena uzemljenja i blizina transformatora mogu lako uzrokovati probleme. Problemi sa brujanjem, spajanjem i RF-omPosmatranje problema na osciloskopu pomaže u određivanju gdje se u kolu pojavljuje i koje modifikacije ožičenja ili filtriranja ga smanjuju.
Kombinujući ova zapažanja sa softver za analizu spektraNadalje, dobija se vrlo jasan prikaz frekvencija na kojima je šum koncentriran. To omogućava da se utvrdi da li je problem prvenstveno u električnoj mreži, aktivnim komponentama, dizajnu PCB-a ili vanjskim smetnjama.
Sa svim ovim alatima možete sastaviti kućna mini-laboratorija Iznenađujuće moćan: osciloskop (fizički ili softverski), generator signala, zvučna kartica, besplatni softver za mjerenje FFT-a i THD-a, te nekoliko opterećenja i atenuatora. Odatle možete fino podesiti pojačala, od najjednostavnijih i najjeftinijih do ambicioznijih projekata s cijevima, uvijek ciljajući na prave specifikacije, imajući na uhu na umu da je uho konačni sudija.
Rad s osciloskopom na audio pojačalima, bilo da se radi o mjerenju frekvencijski odziv, distorzija, šum ili oscilacijeOmogućava vam da zaista shvatite šta se dešava unutar vaše opreme i zašto zvuči onako kako zvuči. Neka mjerenja će potvrditi da nešto što ste čuli ima objektivno objašnjenje; druga će otkriti nedostatke koje vaše uho možda nije primijetilo. I, prilično često, otkrit ćete da jeftino pojačalo koje izgleda užasno na ekranu zapravo savršeno dobro funkcioniše za vašu namjeravanu upotrebu, dok će pažljivije dizajnirano pojačalo na grafikonima pokazati razliku koja opravdava uloženo vrijeme i novac.
