Thread Rating:
  • 0 Vote(s) - 0 Average
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
Merni lanac za DIY audio
#21
Tebi treba lock in amplifier, da bi izvukao signal iz suma.

Sto mu ne podignes ulazni signal, bice jasnije koliko je slabljenje,a sve iznad nivoa suski. I vaski...
Reply
#22
(07-01-2017, 03:41 PM)vladd Wrote: Tebi treba lock in amplifier, da bi izvukao signal iz suma.
Sto mu ne podignes ulazni signal, bice jasnije koliko je slabljenje,a sve iznad nivoa suski. I vaski...
Namerno nisam hteo da idem na aktivnu verziju filtera jer bi u tom slučaju u igri bio i THD+N njegove elektronike.
Nivo od 2Vrms je uobičajen za linijske izvore zvuka (CD, DVD) na RCA izlazu. Inače, pri merenjima koja imam u vidu moraću da idem na skoro upola nižu vrednost (+4dBu) jer je to standardni ulazni nivo profesionalne audio elektronike, u šta ubrajam i moj MOTU mikser.
Pored toga, Viktorov generator ne ide preko 3Vrms, odn. već pre toga mu blago rastu izobličenja.

Pozdrav
Reply
#23
Lock in iz tog slabog signala izvlaci originalan, on ne sluzi kao filter, naravno, potreban je pilot triger bazicnog signala, na koji se oslanja.

Cisto sammislio da definises precizno slabljenje filtera, a da se osciloskop ne gubi u sumu sa detektovanjem napona.
Dignes na 10V pa vidis da li je signal na 100mV ili na 80. Daleko si iznad margine suma, a imas jasnije potiskivanje filtera..

To ce isto raditi i sa 2V, sta te briga sto je signal zavejan sumom.
I bas te briga za izoblicenja signal generatora, kao da ce audio signal biti sinusoida..Smile
Reply
#24
Za merenje THD+N nije neophodno znati koliko je tačno potiskivanje osn. učestanosti jer se vrednosti harmonika mere u odnosu na nivo signala  na ulazu. Važno je da potiskivanje bude što je moguće veće da bi se rezidualni signal dovoljno izdigao iznad nižih bitova A/D konvertora i tako smanjila greška merenja.
S druge strane, izobličenja signal generatora su itekako bitna jer se superponiraju sa THD uredjaja koji ispitujemo i tada se postavlja pitanje šta je kokoš a šta jaje Confused .

Audio signal je u svakom datom trenutku suma velikog broja sinusoida, pa ako je uredjaj koji ispitujemo linearan, onda je u principu dovoljna jedna sinusoida da bismo znali kolika su mu izobličenja. Medjutim, pošto THD audio uredjaja u najvećem broju slučajeva zavisi i od frekvencije pobude, standardno merenje pri 1kHz se mora dopuniti i merenjem na kraju audio opsega, što se najlakše izvodi merenjem IMD na 18 i 19kHz.

Što se tiče šuma koji se vidi na osciloskopu, on predstavlja zbir pojedinačnih doprinosa oscilatora, filtera, niskošumnog pojačavača od 60dB iza filtera, i samog osciloskopa. Ako isključimo EMI, taj šum je približan frekventno ograničenom belom šumu i za njegovo odvajanje od korisnog signala se brine Monsieur Fourier Smile .
Za ilustraciju, evo šta se nalazi u šumu prikazanom par priloga ranije (akvizicija 24/48, FFT 524288 uzoraka, prozor Hann, 30 osrednjavanja tipa Welch, generator se napaja iz lab. ispravljača (v. prilog). Sa izuzetkom smetnji iz mreže (50 i 150Hz), sve ostale smetnje su bele kao mleko Smile . Pored potisnute osnovne frekvencije, vidi se još i slab drugi harmonik, koji verovatno potiče od audio interfejsa. To ću definitivno znati kada kada iz njega izbacim inferiorne opampove i zamenim ih vrhunskim.
Bez lažne skromnosti, ovo je jedan veoma čist preliminarni rezultat, pogotovo za DIY uredjaje.

Pozdrav
07-02-2017, 12:38 PM
   
Reply
#25
Rezultati preliminarnih merenja THD moja dva preampa iz LA Vol. 5.

Merenja su obavljena pod istim uslovima: pojačanje 0dB, pobudni signal 1Vrms, akvizicija 24/48, FFT 524288 uzoraka, prozor FlatTop -144dB, 35 osrednjavanja tipa Welch, generator se napaja iz lab. ispravljača). Rezulati su kvalitativni jer nisam kalibrisao nivoe, niti sam uzeo u obzir slabljenje filtera u propusnom opsegu.
U prvom spektru se vide izobličenja mog prvog preampa (regulacija jačine zvuka potenciometrom, kako je Putzeys zamislio, ali uz dodatak još jednog otpornika u cilju ograničavanja pojačanja na kraju hoda potenciometra).
U prethodnoj rečenici umesto "izobličenja" trebalo je koristiti jedninu, jer se vidi samo 2. harmonik na nivou od -100dB. Pri ranijim merenjima uz korišćenje analognog izlaza iz zvučne kao pobude video se uvek i 3. harmonik, i to na višem nivou nego drugi. Sada se može mirno reći da preamp nema izobličenja trećeg reda (kompresivna), već samo ona 2. reda (asimetrična), ali zato analogni izlaz iz MOTU kartice ima izobličenja 2. i 3. reda. To me ne čudi jer mu je DAC slabiji od A/D konvertora, a i izlazni opampovi su stvarno niža klasa.

U stvarnosti, zbog ranije prikazane krive slabljenja filtera taj 2. harmonik je jači za oko 10dB, a da bi se došlo do njegovog tačnog iznosa treba još uzeti u obzir i pojačanje rezidualnog signala od 60dB. To ću ubuduće raditi u Matlab-u, zašta još treba da napišem odg. program.
U spektru se jasno vide i harmonici mrežne frekvencije i tu će biti još posla oko identifikacije i otklanjanja uzroka.

Drugi priloženi spektar pokazuje rezultat postignut sa preampom opremljenim relejnim atenuatorom. Osim nižeg nivoa smetnji iz mreže, THD je ostao isti, iako je interno ožičenje, odn. priključivanje atenuatora na preamp izvršeno čeličnim koaksom RG179. Ohrabrujući, mada ne i potpuno neočekivani rezultat u svetlu onoga što su merenjem dobili Groner i Putzeys (LA Vol. 13). Oni su ustanovili da magnetični materijali (reed releji) u audio uredjajima generišu izobličenja tek kada kroz njih teče struja reda par mA, što ovde nije slučaj.
Primećuje se i niži nivo mrežnih smetnji - delimično objašnjenje je da se u prvom slučaju u kutiji preampa nalaze tri mrežna trafoa (preamp + poj. za slušalice), a u drugom dva (preamp + relejni atenuator).

Ohrabrujući rezultati, ali ima još posla...

Pozdrav
07-03-2017, 04:03 PM
    07-03-2017, 04:03 PM
   
Reply
#26
Posle sredjivanja uzemljenja i zamene par dugih kablova kraćim, evo rezultata kome sam se nadao.
Radi se o preampu LA Vol. 5 sa relejnim atenuatorom, izmerenom pod istim uslovima kao gore.

Nema potrebe za nekim dugim objašnjenjima - nešto bolje se teško može napraviti.
Očigledno je da ova verzija preampa nema unutrašnjih smetnji iznad 500Hz, a što se THD+N tiče nisu potrebni dalji komentari.
Što se laboratorije tiče, ovaj mali preamp može da počisti dobar deo HiFi tržišta bez obzira na cenu.

Pozdrav
07-03-2017, 09:20 PM
   
Reply
#27
Samo cu da se Smile
Reply
#28
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
08-12-2017, 08:45 PM
    08-12-2017, 08:52 PM
   
Reply
#29
Sjajno si to odradio Braco. Sjajno.
Reply
#30
Hvala Vlado.

Nego, obećao sam još nešto na temu greške merenja.

Najbolje bi bilo uporediti ove rezultate sa Brunovim merenjima na +18dBu, ali zbog ograničenog izlaznog napona iz Viktorovog oscilatora to nije moguće.
Medjutim, može se izvršiti analiza trenda THD sa porastom ulaznog napona u preamp, a onda regresijom pokušati ekstrapolaciju na nivo od +18dBu (što reče Čerčil - postoji laž, ogromna laž, i statistika Wink ).

U prilogu je spektar dobijen merenjem na +11dBu (max. mogući nivo oscilatora). Pored drugog harmonika sada se jasno vidi i treći, na nekih -10dB od drugog. Njihovi nivoi su -81,6 i -92,2dB, što posle korekcije slabljenja filtera daje apsolutne nivoe od -131 i -146dB.
Da ne ulazim u matematičke detalje, THD preampa u ovom slučaju iznosi -126dB.

Pošto imam samo dve tačke, nije moguća statistička regresija, već samo linearna ekstrapolacija (kao prva aproksimacija). Bez upotrebe kalkulatora, vidimo da se pri promeni ulaznog nivoa od +7dB (od +4 na +11dBu) THD povećao za nekih 9dB, pa ekstrapolacija daje za sledećih 7dB povećanja ulaznog nivoa rast THD od daljih 9dB, tj. sa -126 na -117dB (kalkulator daje -117.2dB).

Poredeći tu vrednost sa Fig. 28 iz Brunovog članka, vidimo da je on pri toj pobudi izmerio THD od -120dB. Uzimajući u obzir da je on merio pomoću AP uredjaja, ja sam ovim rezultatom prezadovoljan.

Biće još merenja na ovom preampu - živo me interesuje ima li razlike izmedju ovog modela (sa relejnim atenuatorom) i onog sa potenciometrom, itd.
Konačno dolazi trenutak da izmerim i BatoMM - imam ovde jedan kanal koji je izlemio BeliNinja, ali bih morao da ga završim, uključujući i ispravljač. Videćemo...

Pozdrav
08-13-2017, 12:01 PM
   
Reply


Forum Jump:


Users browsing this thread: 1 Guest(s)