08-12-2017, 08:54 PM
U prethodnom prilogu prikazan je spektar na izlazu iz preampa LA Vol. 5, izmeren pre nekih mesec dana. U medjuvremenu sam modifikovao moj Motu interfejs, čime je merni lanac skoro potpuno zaokružen, pa je sada vreme i da se pokažu kvantitativni rezultati.
U principu, spektar dobijen direktnim merenjem (pobuda - DUT - D/A konvertor - FFT) daje posmatraču dovoljno informacija za proračun THD (prikazano na predavanju u Kg). Medjutim, u ovom mernom lancu postoji još i eliminacioni ("notch") filter i niskošumni pojačavač (LNA) iza njega, pa direktan proračun na osnovu spektra više nije moguć jer se karakteristike ova dva elementa moraju uzeti u obzir.
Počećemo od blok šeme mernog lanca (prilog će biti nešto duži jer imam utisak da sam u Kg ostao dužan nešto detaljnijih objašnjenja procedure proračuna, pa se nadam da ću to ovoga puta nadoknaditi).
Na početku je pobudni generator koji mora biti maksimalno čist i niskog šuma (v. šemu u prvom prilogu). Na diyAudio.com se Viktorov oscilator etablirao kao referenca sa THD boljim od -130dB, što je za moje svrhe sasvim dovoljno.
Oscilator napaja preamp LA Vol. 5 sa +4dBu (1,228Vrms) jer je to referentni nivo za profesionalne uredjaje. Bruno je merio na +18dBu, što predstavlja "worst case" kod profesionalaca, ali to u našem slučaju nije potrebno, a u mom nije ni moguće jer Viktorov oscilator ide do max. +11dBu ako napaja samo jedan ulaz u preamp. Nivo ulaznog signala je proveren merenjem sa dva rms voltmetra (Sanwa PC5000a i Philips/Fluke PM2525).
Iza ispitivanog preampa nalazi se eliminacioni filter o kome je već bilo reči i koji u aktuelnoj verziji omogućava potiskivanje pobudnog signala od bar 100dB. Ovo se radi zato da taj signal, koji nas interesuje jedino zbog nivoa, ne bi opterećivao DAC, odn. da slabi harmonici ne bi bili diskretizovani samo sa nekoliko bita rezolucije, što bi bilo praćeno velikim relativnim greškama.
Ovde još treba zapaziti da konkretan filter ima izlaznu impedansu od 120K koja na njegovom izlazu stvara termalni šum od 44nV/rt(Hz). Taj šum nema uticaja sve dok su mereni signali iznad njega. Dodatak šuma je na šemi simbolično prikazan na izlazu iz filtera, što odgovara realnosti.
Uloga LNA je da signal na izlazu iz filtera (ostatak pobude + harmonici + šum) pojača za 60dB i tako ga premesti u deo opsega D/A konvertora gde su greške zmatno manje nego u njegovom donjem opsegu. Koristio sam dva LNA, Wurcer-ov sa sopstv. šumom od 1nv/rt(Hz) i Gronerov (0,4nV/rt(Hz)), i rezultati se nisu mnogo razlikovali. To ne čudi jer je njihov sopstveni šum neznatan u odnosu na šum izlaznog otpora filtera.
Rezultat konkretnog merenja je prikazan u drugom prilogu. Nivo šuma na ulazu u Motu je -112dB i u njemu dominira šum izlazne impedanse filtera, a u spektru se vidi samo drugi harmonik pobude na -97dB. Podsećam da Motu sa +9dBu na ulazu u svom spektru ima četiri vidljiva harmonika, čija je tačnost po amplitudi problematična.
Proračun THD je sada prilično jednostavan: LNA podiže osetljivost Motu ulaza za 60dB, odn. sa 5Vrms na 5mVrms, pri čemu eliminacioni filter slabi drugi harmonik za 10dB, tako da je njegova stvarna vrednost -87dB, čemu pri novoj FS osetljivosti Motu ulaza od 5mVrms odgovara napon od 223nVrms.
Pošto je to jedini vidljivi harmonik, THD preampa pri pobudi od +4dBu (1,228Vrms) je 20*log(223E-9/1.228) = -134.8dB! Skoro neverovatno, ali greška nije velika, što ću pokazati u nekom narednom prilogu.
Klasično merenje THD istom zvučnom karticom daje pri istovetnoj pobudi THD od -123dB, što u suštini predstavlja THD same kartice.
Pojačanjem rezidualnog signala posle filtriranja, prag osetljivosti se pomera naniže, pa ta izobličenja više nisu odlučujuća.
Nije bilo baš lako doći do ovih rezultata, pogotovo u kućnim uslovima. Eliminacija petlji uzemljenja se podrazumeva, dobar kvalitet kablova i konektora takodje, vodjenje mernih kablova i kablova napajanja su samo neki od faktora. Zbog neophodnog osrednjavanja, vreme akvizicije jedne merne tačke ide i do 30 minuta, pa ako neko u komšiluku za to vreme uključi neki veći potrošač ume da se ukaže špic i od nekih 30dB u odnosu na mereni nivo. U proseku sam imao od 3 do 6 takvih špiceva, koje sam naknadno uklanjao audio editorom, što nema uticaja na tačnost merenja.
Po istom principu funkcionišu i profesionalni analizatori, a ovde vidimo da se dobra tačnost može dostići i u DIY uslovima.
Pozdrav
U principu, spektar dobijen direktnim merenjem (pobuda - DUT - D/A konvertor - FFT) daje posmatraču dovoljno informacija za proračun THD (prikazano na predavanju u Kg). Medjutim, u ovom mernom lancu postoji još i eliminacioni ("notch") filter i niskošumni pojačavač (LNA) iza njega, pa direktan proračun na osnovu spektra više nije moguć jer se karakteristike ova dva elementa moraju uzeti u obzir.
Počećemo od blok šeme mernog lanca (prilog će biti nešto duži jer imam utisak da sam u Kg ostao dužan nešto detaljnijih objašnjenja procedure proračuna, pa se nadam da ću to ovoga puta nadoknaditi).
Na početku je pobudni generator koji mora biti maksimalno čist i niskog šuma (v. šemu u prvom prilogu). Na diyAudio.com se Viktorov oscilator etablirao kao referenca sa THD boljim od -130dB, što je za moje svrhe sasvim dovoljno.
Oscilator napaja preamp LA Vol. 5 sa +4dBu (1,228Vrms) jer je to referentni nivo za profesionalne uredjaje. Bruno je merio na +18dBu, što predstavlja "worst case" kod profesionalaca, ali to u našem slučaju nije potrebno, a u mom nije ni moguće jer Viktorov oscilator ide do max. +11dBu ako napaja samo jedan ulaz u preamp. Nivo ulaznog signala je proveren merenjem sa dva rms voltmetra (Sanwa PC5000a i Philips/Fluke PM2525).
Iza ispitivanog preampa nalazi se eliminacioni filter o kome je već bilo reči i koji u aktuelnoj verziji omogućava potiskivanje pobudnog signala od bar 100dB. Ovo se radi zato da taj signal, koji nas interesuje jedino zbog nivoa, ne bi opterećivao DAC, odn. da slabi harmonici ne bi bili diskretizovani samo sa nekoliko bita rezolucije, što bi bilo praćeno velikim relativnim greškama.
Ovde još treba zapaziti da konkretan filter ima izlaznu impedansu od 120K koja na njegovom izlazu stvara termalni šum od 44nV/rt(Hz). Taj šum nema uticaja sve dok su mereni signali iznad njega. Dodatak šuma je na šemi simbolično prikazan na izlazu iz filtera, što odgovara realnosti.
Uloga LNA je da signal na izlazu iz filtera (ostatak pobude + harmonici + šum) pojača za 60dB i tako ga premesti u deo opsega D/A konvertora gde su greške zmatno manje nego u njegovom donjem opsegu. Koristio sam dva LNA, Wurcer-ov sa sopstv. šumom od 1nv/rt(Hz) i Gronerov (0,4nV/rt(Hz)), i rezultati se nisu mnogo razlikovali. To ne čudi jer je njihov sopstveni šum neznatan u odnosu na šum izlaznog otpora filtera.
Rezultat konkretnog merenja je prikazan u drugom prilogu. Nivo šuma na ulazu u Motu je -112dB i u njemu dominira šum izlazne impedanse filtera, a u spektru se vidi samo drugi harmonik pobude na -97dB. Podsećam da Motu sa +9dBu na ulazu u svom spektru ima četiri vidljiva harmonika, čija je tačnost po amplitudi problematična.
Proračun THD je sada prilično jednostavan: LNA podiže osetljivost Motu ulaza za 60dB, odn. sa 5Vrms na 5mVrms, pri čemu eliminacioni filter slabi drugi harmonik za 10dB, tako da je njegova stvarna vrednost -87dB, čemu pri novoj FS osetljivosti Motu ulaza od 5mVrms odgovara napon od 223nVrms.
Pošto je to jedini vidljivi harmonik, THD preampa pri pobudi od +4dBu (1,228Vrms) je 20*log(223E-9/1.228) = -134.8dB! Skoro neverovatno, ali greška nije velika, što ću pokazati u nekom narednom prilogu.
Klasično merenje THD istom zvučnom karticom daje pri istovetnoj pobudi THD od -123dB, što u suštini predstavlja THD same kartice.
Pojačanjem rezidualnog signala posle filtriranja, prag osetljivosti se pomera naniže, pa ta izobličenja više nisu odlučujuća.
Nije bilo baš lako doći do ovih rezultata, pogotovo u kućnim uslovima. Eliminacija petlji uzemljenja se podrazumeva, dobar kvalitet kablova i konektora takodje, vodjenje mernih kablova i kablova napajanja su samo neki od faktora. Zbog neophodnog osrednjavanja, vreme akvizicije jedne merne tačke ide i do 30 minuta, pa ako neko u komšiluku za to vreme uključi neki veći potrošač ume da se ukaže špic i od nekih 30dB u odnosu na mereni nivo. U proseku sam imao od 3 do 6 takvih špiceva, koje sam naknadno uklanjao audio editorom, što nema uticaja na tačnost merenja.
Po istom principu funkcionišu i profesionalni analizatori, a ovde vidimo da se dobra tačnost može dostići i u DIY uslovima.
Pozdrav