Как измерить ачх усилителя

Впервые требования к усилителям звуковой частоты были установлены стандартом ФРГ DIN 45500 в середине 60- годов. За­тем были утверждены рекомендации Международной электротехни­ческой комиссии МЭК 268-3, МЭК-581-6. Методы измерения и испытаний средства и условия измерений основных параметров усилителей установлены ГОСТ 23849-90 «Аппаратура радиоэлектронная бытовая. Методы измерения электрических параметров усилителей звуковой частоты», ГОСТ 24388 -88 ( СТ СЭВ 1079-78) « Усилители сигналов звуковой частоты бытовые. Общие технические требования»,ГОСТ 36033 -91 « Усилители измерительные постоянного тока и напряжения постоянного тока. Общие технические требования и методы испытаний», ГОСТ 12090-80 « Частоты для акустических измерений. Предпочтительные ряды».

Основные операции проводимые при измерении основных параметров усилителя следующие :

1 Определение динамического диапазона усилителя. Схема измерений (рисунок 1.93) состоит из генератора синусоидальных сигналов, вольтметра PV1 , с помощью которого контролируют напряжение на входе усилителя, эквивалента внутреннего сопротивления источника сигнала Rист ис­пытуемого усилителя.

На выходе усилителя подключается эквивалент нагрузки активной Rh или Сн.

Рисунок 1.93 – Схема соединения для определения основных параметров усилителя

Параллельно эквивалентной нагрузке на выходе усилителя вк­лючают вольтметр PV2, измеряющий напряжение на выходе усилителя. Для определения максимального выходного напряжения применяется осциллограф. По форме искажения сигнала определяется Uвых. макс. Для определения динамического диапазона усилителя, следует подать с выхода генератора сигнал с частотой 1000 Гц, на вход усилителя установки. На выходе генератора напряжения установить минимальное напряжение. Измерить напряжение на нагрузке. Строим амплитудную характеристику. (рисунок 1.94 )

По амплитудной характеристике определяем динамический диапазон усилителя

D = 20·lg Uвх макс / Uвх мин ; ( 1.94 )

Для определения номинальной мощности усилителя применяем амплитудную характеристику усилителя ( рисунок 1.94) и схему соединения приборов, приведенная на рисунке 1.95. Перегиб амплитудной характеристики (точка а) обычно отвечает номинальной мощности, а также коэффициенту гармоники выходного напряжения, который указывается в технических условиях.

где Uвх.макс.1000 — максимальное напряжение в токе а ;

Rн — сопротивление нагрузки.

3. Для определения диапазона воспроизводимых частот строят частотную характеристику усилителя.

Рисунок 1.95 – Схема соединения для определения диапазона воспроизводимых частот и полосы частот

Параллельно эквивалентной нагрузке на выходе усилителя вк­лючают вольтметр PV2, измеряющий напряжение на выходе усилителя. Для снятия частотной характеристики устанавливается частота генератора 1000 Гц и на вход испытуемого усилителя подается нап­ряжение, значение которого соответствует 0,3 от номинального значе­ния входного напряжения для данного усилителя. Такое входное напряжение выбирают для того, чтобы не выйти за пределы амплитудной характеристики, а следовательно, не исказить ре­зультаты измерений. Частотную характеристику усилителя измеряют при исходной мощности значительно более малой номинальный, что устраняет какие-либо перегрузки усилителя.

Если усилитель сравнительно простой и не имеет каких-либо регуляторов тембра, то регулятор громкости ставят на максимум и во время снятия частотной характеристики его положения не изменяют.

Измеряем напряжение на выходе усилителя, то есть на нагружающем сопротивлении Rн вольтметром PV2. Результаты измерения записываем в таблицу 1.1. Изменение частоты генератора от частоты 1000 Гц и вниз до 20 Гц. После опять устанавливаем частоту на генераторе 1000 Гц (для проверки стабильности частоты) и увеличиваем частоту до 20000 Гц.

Таблица 1.2. – Частотная характеристика усилителя.

Условия измерений Rн=_____________,Uвх =________

f, Гц
Uвих, В
Uf / U1000
Uf / U1000, дБ

Строим частотную характеристику усилителя ( рисунок 1.96).

Проводим горизонтальную прямую на уровне — 3 дБ, что отвечает общепринятому допуску на неравномерность частотной характеристики. И определяем полосу пропускания П усилителя.

4. Определение чувствительности усилителя.

Под параметром «чувствительность» принято понимать то напряжение НЧ сигнала, который необходимо подать на вход усилителя, чтобы получить на нагрузке номинальную исходную мощность. Чувствительность входа определяют на частоте 1000 Гц. Регулятор громкости (усиления ) при этом устанавливается в положение максимальной громкости и положение других регуляторов, соответствующем номинальным условиям.

5 Определяем пределы регулировки громкости измеряют при указанных выше условиях. Вначале измеряют напряжение на выходе усилителя. Поло­жение движка регулятора громкости изменяют в пределах плавной регулировки до тех пор, пока напряжение на входе усилителя не изме­нится скачком. Затем снова измеряют выходное напряжение.

Результаты измерения определяется значением пределы регулиро­вки громкости Dг, вычисленного в децибелах по формуле

где Uвых max— напряжение на выходе усилителя, когда регулятор громкости находится в положе­нии максимальной громкости;

Uвых min — напряжение на выходе усилителя, ког­да регулятор громкости находится в по­ложении минимальной громкости.

6. Определяем пределы регулятора тембра – по низшим и высшим частотам. Пределы регулировки тембра (см. рисунок 1.95) определяют на частотах указанных в технических условиях при входном напряжении, значение которого равня­ется 0,3 от номинального значения напряжения.

Частотные характеристики снимают в таких усилителях не менее три раз. Сначала оба регулятора тембра устанавливают в положения, которые отвечают наибольшему завалу крайних низших и высших частот. Полученная характеристика может иметь вид кривой, обозначенный на рисунку 1.97, цифрой 1. Потом ручка обоих регуляторов тембра возвращают в другое крайнее положение, которое отвечает максимальному низших и высших частот, а измерению делают при входном напряжении, что в десять раз (на 20 дБ) меньше номинального. Эта характеристика может иметь вид кривой 2, на рисунку 1.97. После этого ручки обоих регуляторов устанавливают в среднее положение и делают третье измерение. Если получена характеристика или отвечает близкая к кривой 3, то на этом измерению заканчивают. Если она значительно отличается от этой кривой, тогда путем проб находят такие положения ручек регуляторов, при котором характеристика выходит наиболее прямолинейной, и на ручках регуляторов делают соответствующие оценки.

Рисунок 1.97 — Частотная характеристика тембра

Из графика, рисунок 1.97 видно что для усилителя, имеющего такие характеристики, предел регулирования тембра на низких частотах fн = 70 Гц, а на высшей, равной fв = 7500 кГц. Регулировка тембра осуществляется в пределах +5 дБ до — 10 дБ.

Значение пределов регулировки тембра (подъёма и спада) D на частотах Fн и Fb определяют в децибелах по формуле

где Uвых — выходное напряжение соответственно на часто­тах Fh и Fb при заданных положениях регу­ляторов тембра (подъёма и спада); U1000— выходное напряжение на частоте 1000 Гц, при Рвых = Рном .

7. Коэффициент гармоник измеряют с помощью специальных при­боров — измерителей нелинейных искажений или анализаторов спек­тра (рисунок 1.95) Измерения производят на частотах, указанных техническими условиями. По шкале измерителя нелинейных искажений можно непосредственно определить коэффициент гармоник.

8. При определении коэффициента интермодуляционных искаже­ний необходимо использовать два измерительных генератора для установки частот, на которых производятся измерения. В зависимости от частотного диапазона усилителя значения этих частот указываются в нормативно-технической документации. Например, для низкочастотных усилителей, имеющих диапазон 40 Гц. 16 кГц, в соответствии с ГОСТ 23849-87 эти частоты составляют соответственно 250 Гц и 8 кГц.

Схема измерения (рисунок 1.98) состоит из генера­торов, сумматора гармоник, анализатора спектра и испытуемого усилителя.

Рисунок 1. 98 – Схема соединения приборов для измерения интермодуляционных искажений

На выходе первого генератора устанавливается напряжение, значение которого равняется 0,8 от номинального значения напряже­ния; а на выходе второго — 0,2 ·Uном. С помощью регулято­ра громкости в нагрузке устанавливают мощность равную номинальной. Анализатором спектра измеряют выходное напряжение при следующих комбинациях частот : (F2+F1), (F2 — Fl), (F2+2F1),(F2-2F1).

Результатом измерения является значение коэффициента интер­модуляционных искажений, вычисленное по формуле

Рассмотренная выше методика выполнения отдельных операций рекомендована ГОСТ 23849-87 " Аппаратура радиоэлектронная быто­вая, методы измерения электрических параметров усилителей звуковой частоты ".

Целью калибровки измерительных усилителей является определе­ние их пригодности в соответствии с заданными метрологическими характеристиками. Калибровка средств измерений, в том числе и из­мерительных усилителей, производится на основании действующей нормативно-технической документации, государственным стандартом Украины. Основополагающими документами в вопросах калибровки и испытания измерительных усилителей являются ДСТУ 3989-2000.Метрологія. Калібрування засобів вимірювальної техніки. Основні положення, організація, порядок проведення та оформлення результатів. Калибровка осущест­вляется периодически органами государственной или ведомствен­ных метрологических служб. ДСТУ 2708:2006. Метрологія. Повірка засобів вимірювальної техніки. Організація та порядок проведення. ДСТУ 3406:2006. Метрологія. Державні випробування засобів вимірювальної техніки. Основні положення, організація, порядок проведення і розгляду результатів.

Прежде чем приступить к калибровке, необходимо ознакомиться с технической документацией для данного усилителя и методикой его калибровки. После этого выбирают образцовые и вспомогательные средства измерений и решают вопрос о согласовании входных и вы­ходных параметров этих средств и испытуемого усилителя. Калибровка проводится с использованием более точных образцовых средств измерений. Минимально допустимым отношением погрешности об­разцовых и поверяемых средств считают 1:3. При выборе образцо­вого средства измерений учитывается не только его точность вооб­ще, но и оценивается степень достоверности определения погреш­ностей образцового и калиброванного средства измерений. В качестве средств измерений при калибровке измерительных усилителей исполь­зуются вольтметры, аттенюаторы, измерители нелинейных искаже­ний, анализаторы спектра, измерители частотных и переходных ха­рактеристик, измерительные генераторы. Кроме того, для калибровки усилителей выпускается установка типа К2-41, используемая в диапазоне частот 20 Гц. 200 кГц, которая позволяет устанавливать отношение напряжений от 10 до 10 6 с относительной погрешностью измерения 0,3 %.

Калибровка усилителей состоит из внешнего осмотра, опробова­ния (проверка работоспособности), определения метрологических характеристик и параметров. Основными операциями определения метрологических характеристик и параметров являются определе­ния: погрешности коэффициента усиления на частоте F (ее значе­ние указывается в стандарте или техническом описании прибора; для низкочастотных усилителей — 1 кГц); неравномерности час­тотной характеристики относительно частоты F; коэффициента гар­моник выходного напряжения; напряжения шумов усилителя, при­веденного ко входу. Погрешность установки коэффициента усиле­ния определяется методом замещения с помощью образцового ат­тенюатора или установки К2-41 путем непосредственного отсчета погрешности по шкале индикатора. Методика проведения других операций аналогична рассмотренным выше методам электрических измерений при испытании усилителей.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

В описаниях усилителей НЧ, публикуемых в журнале Радио и другой радиотехнической литературе, принято указывать их номинальную мощность, коэффициент нелинейных искажений, чувствительность и частотную характеристику. По этим четырем основным параметрам уже можно судить о качестве усилителя и пригодности его для тех или иных целей.

Что же представляют собой эти параметры усилителя НЧ Номинальная выходная мощность (Рном) — это мощность, выраженная в ваттах или милливаттах, отдаваемая усилителем в нагрузку, при которой нелинейные искажения соответствуют указанным в описании. При дальнейшем увеличении мощности искажения значительно возрастают. Мощность, при которой искажения достигают 10%, принято считать максимальной (Рмакс).

Нелинейные искажения. В процессе усиления любого, даже чисто синусоидального сигнала из-за нелинейности характеристик транзисторов, электронных ламп, трансформаторов и ряда других элементов аппаратуры в усиленном сигнале появляются гармоники — колебания, частоты которых в 2, 3 и более раз выше основной частоты. Это и есть нелинейные или гармонические искажения, которые растут по мере увеличения мощности, отдаваемой усилителем нагрузке. Они оцениваются коэффициентом гармонических искажений.

Коэффициент гармонических искажений (Кг), измеряемый при синусоидальном входном сигнале постоянной частоты, выражают процентным отношением суммарного напряжения всех гармоник Uг к выходному напряжению Uвых

Допустимый Кг устанавливается соответствующими нормами (ГОСТ). Например, для усилителей НЧ радиоприемников, радиол, магнитол, электрофонов он может быть 5—7%, для бытовых магнитофонов — 5%. Чем выше класс радиоаппаратуры, тем меньше должен быть ее Кг.

Чувствительность. Под термином чувствительность принято понимать то напряжение НЧ сигнала в милливольтах, которое необходимо подать на вход усилителя, чтобы получить на нагрузке номинальную выходную мощность. Чувствительность большинства усилителей для воспроизведения грамзаписи равна 100— 200 мВ, а чувствительность усилителей записи бытовых магнитофонов, измеренная с микрофонного входа, составляет 1—2 мВ.

Частотная характеристика усилителя — это зависимость напряжения выходного сигнала от частоты при неизменном входном напряжении Uвх. По ряду причин усилители НЧ неодинаково усиливают сигналы разных частот. Обычно хуже всего усиливаются самые низшие (fн) и самые высшие (fв), поэтому частотные характеристики усилителей неравномерны и имеют спады или завалы по краям. Крайние частоты, на которых) наблюдается спад усиления на 30% (—ЗдБ), считают границами полосы усиливаемых частот, их указывают в паспортных данных усилителя. Частотная характеристика или полоса усиливаемых частот усилителей НЧ сетевых радиоприемников может быть от 100 до 10 000 Гц, а усилителей малогабаритных транзисторных приемников — от 200 до 3500 Гц, Чем выше класс усилителя, тем шире полоса усиливаемых частот.

Кроме этих параметров, существуют и некоторые другие, однако они второстепенные или вытекающие из основных.

Но вот радиолюбитель смонтировал, испытал и наладил усилитель. Как измерить его основные параметры, чтобы сравнить их с заданными?

Измерения параметров усилителей НЧ производят обычно с помощью специальной измерительной аппаратуры высокой точности. Однако в любительских условиях это можно сделать, пользуясь простыми измерительными приборами, например, описанными в нашем журнале в 1971 и 1972 гг. под рубрикой Лаборатория радиолюбителя. Потребуются генератор НЧ, транзисторный милливольтметр переменного тока и выпрямители для раздельного питания этих приборов. Проверяемый усилитель обычно имеет свой источник питания. Нужен еще эквивалент нагрузки Rэ — проволочный резистор, сопротивление которого равно сопротивлению звуковой катушки громкоговорителя, используемого в усилителе, или специальное устройство, описанное в статье Универсальный эквивалент нагрузки, опубликованной в Радио № 12 за 1973 г.

В комплекте приборов Лаборатории радиолюбителя нет измерителя нелинейных искажений (ИНИ), поэтому измерения этого параметра усилителя придется вести по упрощенной методике, пользуясь дополнительно любым низкочастотным электронным осциллографом, например ЛО-70. В таком случае измерения начинают со снятия амплитудной характеристики усилителя — зависимости выходного напряжения Uвых усиливаемого сигнала от входного напряжения Uвх, измеренной на частоте 1000 Гц (1 кГц) при постоянной нагрузке Rн=Rэ.

Итак, приступаем к снятию амплитудной характеристики усилителя. Схема соединения измерительных приборов с проверяемым усилителем изображена на рис. 1, а (цепи питания не показаны). Сигнал частотой 1000 Гц с выхода генератора НЧ (ГНЧ) подаем на вход усилителя НЧ (УНЧ) экранированным двухжильным кабелем. Оплетку кабеля и одну из его жил заземляем на входе усилителя. Милливольтметр подключаем к гнездам Контроль выхода генератора. Плавно увеличиваем амплитуду сигнала генератора до напряжения 0,3 В. При этом действительное напряжение сигнала на входе усилителя будет 30 мВ, так как он снимается с аттенюатора генератора, ослабляющего сигнал в 10 раз (1 : 10). Измерив входное напряжение Uвх, милливольтметр переключаем на предел измерения 10 В и измеряем выходное напряжение Uвых на эквиваленте нагрузки Rэ (рис. 1, б). Предположим, напряжение Uвых равно 1,2 В. Составляем таблицу (табл. 1) и записываем в нее результаты измерений: Uвх=30 мВ, Uвых=1.2 В. Далее увеличиваем входное напряжение ступенями в 10 мВ, а результаты измерений записываем в таблицу. И так до тех пор, пока не нарушится пропорциональность прироста выходного напряжения Uвых. При этом на экране осциллографа должно наблюдаться заметное на глаз срезание верхушек синусоиды (рис. 1, в). Срезание происходит из-за симметричного ограничения амплитуды выходного сигнала и сопровождается ростом искажений примерно до 10%. Это означает достижение усилителем максимальной мощности (Рмакс). Затем немного уменьшаем Uвх до исчезновения искажений синусоиды (см. рис. 1, б) и считаем, что теперь усилитель отдает номинальную мощность Рном. Выходные напряжения, соответствующие Рмакс и Рном, например 4,1 и 3,6В в таблице выделяем.

Теперь, пользуясь данными табл. 1, строим, амплитудную характеристику усилителя (рис. 2). Для этого по горизонтальной оси вправо от нуля отмечаем входные напряжения Uвх в милливольтах, а по вертикальной оси вверх — выходные напряжения Uвых в вольтах. Все измеренные значения Uвых отмечаем на графике крестиками и через них проводим плавную линию. Эта линия до точки а прямолинейна, а затем заметно отклоняется вниз, что указывает на нарушение прямой зависимости Uвых/Uвх и резкое увеличение искажений.

Зная напряжение Uвых и сопротивление эквивалента нагрузки Rэ, можно подсчитать выходную мощность Рвых усилителя для различных напряжений Uвых.

Выходную мощность Рвых подсчитывают по формуле, вытекающей из закона Ома:

Например, при Рн = 6,5 Ом и Uвых=1,0 В

при Uвых, соответствующем 1,8 В, Рвых ≈ 0,5 Вт в т. д. На рис. 2 параллельно оси Uвых проведена вторая вертикальная ось, на которой отмечены расчетные выходные мощности Рвых.

Перегиб амплитудной характеристики обычно соответствует номинальной мощности Рном усилителя, в нашем примере 2 Вт (максимальная мощность Рмакс ≈ 2,5 Вт). Если перегиб характеристики не явно выражен, его уточняют по осциллографу повторными измерениями. Затем берут среднюю арифметическую величину Uвых, при которой искажения синусоиды на экране осциллографа становятся неразличимыми на глаз.

Численное значение коэффициента гармонических искажений Кг можно измерить с помощью заграждающего фильтра, настроенного на основную, частоту 1 кГц. Фильтр включают между выходом усилителя НЧ и милливольтметром (рис. 3). Сначала измеряют Uвых при первом положении переключателя В. Предположим, что оно равно 3,6 В (3600 мВ). Затем, установив переключатель во второе положение, чтобы включить фильтр, измеряют напряжение гармоник Uг. Допустим, оно равно 72 мВ. После этого подсчитывают коэффициент гармоник по ранее приведенной формуле:

Теперь, пользуясь амплитудной характеристикой, определяем чувствительность усилителя. Так как Uвх при Рном равно 90 мВ, следовательно, номинальная чувствительность усилителя также равна 90 мВ,

Частотную характеристику, усилителя измеряют при выходной мощности, значительно меньшей номинальной, что устраняет какие-либо перегрузки усилителя. Частотные характеристики усилителей промышленных приемников, например, измеряют при выходной мощности 50 и даже 5 мВт.

Если усилитель сравнительно простой и не имеет каких-либо регуляторов тембра, то регулятор громкости ставят на максимум и во время снятия частотной характеристики его положение не изменяют. При наличии тонкомпенсированного регулятора громкости частотную характеристику снимают при максимальной, минимальной и нескольких, по желанию конструктора, промежуточных положениях регулятора громкости.

Схема соединения приборов с усилителем для измерения частотной характеристики остается прежней (см. рис. 1). Исходная частота входного сигнала та же — 1000 Гц. Ручкой Амплитуда генератора устанавливаем напряжение Uвх, равное 20 мВ, которое в дальнейшем поддерживаем постоянным на всех частотах (это напряжение, которое почти в пять раз меньше номинальной чувствительности усилителя, выбрано для удобства отсчета результатов измерений по шкале стрелочного прибора авометра). Затем, переключив вольтметр на выход усилителя, измеряем напряжение на эквиваленте нагрузки Rэ. Результаты измерений записываем в табл. 2 в две строки: в первой — частоты f входного сигнала, во второй— выходные напряжения Uвых. В заголовке таблицы пишем название усилителя, сопротивление эквивалента нагрузки Rэ, входное напряжение Uвх, при котором производим измерения (в данном примере 20 мВ).

Записав результаты измерений на частоте 1000 Гц, переключаем генератор НЧ на частоту пустим, оно равно 72 мВ. После этого подсчитывают коэффициент гармоник по ранее приведенной формуле:

Теперь, пользуясь амплитудной характеристикой, определяем чувствительность усилителя. Так как Uвх при Рном равно 90 мВ, следовательно, номинальная чувствительность усилителя также равна 90 мВ.

Частотную характеристику, усилителя измеряют при выходной мощности, значительно меньшей номинальной, что устраняет какие-либо перегрузки усилителя. Частотные характеристики усилителей промышленных приемников, например, измеряют при выходной мощности 50 и даже 5 мВт.

Если усилитель сравнительно простой и не имеет каких-либо регуляторов тембра, то регулятор громкости ставят на максимум и во время снятия частотной характеристики его положение не изменяют. При наличии тонкомпенсированного регулятора громкости частотную характеристику снимают при максимальной, минимальной и нескольких, по желанию конструктора, промежуточных положениях регулятора громкости.

Схема соединения приборов с усилителем для измерения частотной характеристики остается прежней (см. рис. 1). Исходная частота входного сигнала та же — 1000 Гц. Ручкой Амплитуда генератора устанавливаем напряжение Uвх, равное 20 мВ, которое в дальнейшем поддерживаем постоянным на всех частотах (это напряжение, которое почти в пять раз меньше номинальной чувствительности усилителя, выбрано для удобства отсчета результатов измерений по шкале стрелочного прибора авометра). Затем, переключив вольтметр на выход усилителя, измеряем напряжение на эквиваленте нагрузки Rэ. Результаты измерений записываем в табл. 2 в две строки: в первой — частоты f входного сигнала, во второй — выходные напряжения Uвых. В заголовке таблицы пишем название усилителя, сопротивление эквивалента нагрузки Rэ, входное напряжение Uвх, при котором производим измерения (в данном примере 20 мВ).

Записав результаты измерений на частоте 1000 Гц, переключаем генератор НЧ на частоту 500 Гц. Проверяем вольтметром входное напряжение 20 мВ, затем возможно точнее измеряем выходное напряжение усилителя на эквиваленте нагрузки Rэ. Далее точно также производим измерения на частотах 250, 150, 100, 75, 50 Гц и записываем результаты измерений в таблицу (любительские усилители на частоте 25 Гц обычно не проверяют). После этого проводим повторное контрольное измерение на частоте 1000 Гц для проверки стабильности работы усилителя и измерительных приборов.

Затем измерения производим на повышенных частотах. После контрольной частоты 1000 Гц на вход усилителя подаем сигналы с частотами 2,5; 5; 7,5; 10; 15 кГц (измерения на частоте 20 кГц производят лишь при проверке усилителей высшего класса). Результаты измерений записываем в таблицу и по ним производим подсчет отношений выходных напряжений Uвх к напряжению контрольной частоты U1000. Полученные отношения записываем в соответствующей строке таблицы.

Например. На частотах 50 Гц и 15 кГц выходное напряжение Uвых = 300 мВ. Следовательно, отношения

На частотах 100 Гц и 10 кГц имеем отношения

а на частотах 150 Гц и 7,5 кГц

Далее, пользуясь вспомогательной табл. 3, эти соотношения напряжений пересчитываем в децибелы и вписываем в нижнюю строку табл. 2.

Теперь, имея все предварительные данные, приступаем к вычерчиванию частотной характеристики усилителя (рис. 4). Обычно для этой цели применяют специальную логарифмическую бумагу (слуховое восприятие звуков различной частоты и громкости подчиняется логарифмическому закону). Однако для построения частотной характеристики можно воспользоваться любой бумагой в клеточку или бумагой-миллиметровкой. Ее размечают так, как показано на рис. 4. Сначала по горизонтальной оси ординат наносим значения частот. На рис. 4 верхний ряд цифр соответствует фиксированным частотам генератора НЧ Лаборатории радиолюбителя. Нижний ряд цифр, выделенный цветом, соответствует частотам, рекомендуемым ГОСТ при снятии характеристик с помощью промышленной измерительной аппаратуры.

Затем по вертикальной оси, предварительно сделав на ней 8—10 равноотстоящих друг от друга отметок, — отношения Uf/U1000 в децибелах. Так как измеренный нами спад или завал частотной характеристики не превышает 6 дБ, то нулевую линию проводим на уровне 6-й отметки и слева ставим цифры 0, —1, —2. —6 дБ. Проводим также линию контрольной частоты 1000 Гц. Далее, пользуясь данными табл. 2, последовательно ставим отметки на измерительных частотах от 50 Гц до 15 кГц. Так как характеристика имеет по краям спады, то отметки в децибелах откладываем вниз от нулевой линии. Например, на частоте 50 Гц был спад в 6 дБ, следовательно, отметку ставим на уровне — 6 дБ. Для частоты 75 Гц отметку располагаем на уровне — 3 дБ и т. д. Плавная линия, проведенная через эти отметки, и будет частотной характеристикой. Горизонтальная линия на уровне —3 дБ, соответствующая общепринятому допуску на неравномерность частотной характеристики, пересекает эту характеристику на частотах 75 Гц и примерно 12 кГц. Следовательно, полоса усиливаемых частот, или полоса пропускания проверяемого усилителя, равна 75—12 000 Гц при неравномерности в 3 дБ.

Высококачественные усилители НЧ, кроме регуляторов громкости, имеют обычно два раздельных регулятора тембра — по низшим и высшим частотам. Частотные характеристики таких усилителей снимают не менее трех раз. Сначала оба регулятора тембра устанавливают в положения, соответствующие наибольшему завалу крайних низших и высших частот. Полученная характеристика Может иметь вид кривой, обозначенной на рис. 5 цифрой 1. Затем ручки обоих регуляторов тембра поворачивают в другое крайнее положение, соответствующее максимальному подъему низших и высших частот, а измерения производят при входном напряжении, которое в десять раз (на 20 дБ) меньше номинального. Эта характеристика может иметь вид кривой 2 (рис. 5).

После этого ручки обоих регуляторов устанавливают в средние положения и производят третье измерение. Если полученная характеристика соответствует или близка к кривой 3, то на этом измерения заканчивают. Если же она значительно отличается от этой кривой, тогда путем проб находят такие положения ручек регуляторов, при котором характеристика получается наиболее прямолинейной, и на ручках регуляторов делают соответствующие отметки.

Из графика рис. о ясно видно, что для усилителя НЧ, имеющего такие характеристики, предел регулировки тембра на низшей частоте 63 Гц (по ГОСТ) составляет +6 и —6 дБ, а на высшей, равной 12 кГц,— примерно от +5 до —10 дБ.

Основной целью тестирования качества усилителей мощности является определение качества продукта по выработанным критериям — по абсолютной шкале и сравнению с конкурентами. Успех усилителя мощности, как удачного продукта, зависит от совокупности многих факторов. Из них можно выделить следующие, наиболее важные для пользователя: внешний вид, эргономика, функциональность и качество звучания. Стоимость изделия также является важным фактором при покупке, однако наиболее актуален показатель цена/качество для своей ценовой категории, в сравнении с ближайшими конкурентами.

Для сравнения усилителей друг с другом, а также более четкого представления о каждом изделии, целесообразно исследовать и проводить сравнение продуктов по всем основным признакам, определяющим интегральную оценку качества.

Наиболее полезно прямое сравнение с конкурирующими продуктами, при наличии референсного тракта в качестве абсолютного эталона.

Измерительное оборудование

В оборудование для объективных замеров должен входить звуковой интерфейс с параметрами, превосходящими параметры тестируемого усилителя.

Среди звуковых интерфейсов можно отметить E-MU 1616m со следующими особенностями:

  • высокое качество преобразователей
  • Dr/Sn 118 дБ в собственном loop
  • THD 0,0008% в собственном loop
  • возможность точной аналоговой подстройки с предусилителем на входах A/B, что актуально для измерений усилителей для наушников
  • разъем для соединения с землей для уменьшения земляных петель между устройствами
  • внешний док позволяет использовать короткие провода — это дает меньше помех и наводок при замерах
  • Среди недостатков E-MU 1616m стоит отметить отсутствие ground-lift — полной развязкой по земле.

    В планах выложить отчет о погрешностях, вносимые звуковыми картами разных ценовых категорий.

    Измерения производятся специально разработанным программно-аппаратным комплексом RMAA. Дополнительно могут использоваться другие программы, для проведения дополнительных тестов, генерирования тестовых сигналов, редактирования и показа результата.

    Резистивная нагрузка комплектуется из резисторов. Нагрузочная способность резистивной батареи подбирается индивидуально и должна быть выше выходной мощности усилителя.

    При замере вольтметром снимается Uвх и рассчитывается выходная мощность. Полученный результат не является абсолютным. Это может быть вызвано отклонениями напряжения в сети — не все усилители имеют контроль и подстройку напряжения на входе. Для учета этой особенности уровень напряжения в сети указывается дополнительно.

    Трактовка объективных замеров

    Для большей точности, при анализе используются объективные параметры — основные существующие показатели, которые можно получить в результате измерений. Это неравномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), гармонические искажения в рабочей полосе частот, в зависимости от выходной мощности и нагрузки, скриншоты спектра на контрольных частотах.

    При тестировании устройства отчет может содержать результаты следующих тестов.

    Амплитудно-частотная характеристика

    АЧХ характеризует рабочий диапазон частот устройства и неравномерность передачи тембра. При наличии тембров или Lougness режима, показывается АЧХ в крайних положениях регуляторов тембра.

    Для большей точности, в полученной АЧХ вносится поправка погрешности АЧХ звукового интерфейса с помощью вычитания полученных результатов в RMAA (Подробности в описании работы с софтом).

    Возможно сравнение АЧХ, сделанные на разных нагрузках.

    Небольшой спад на краях частотного диапазона является нормой. Погрешность в области ВЧ при замере мультитоновым сигналом зависит от количества шумов и наводок полученных при записи тестового сигнала. Расхождения до 1 дБ в ряде случаев допустимо. Подробнее в разделе варианты корректно отображаемых результатов и ошибочных.

    Уровень гармонических искажений (THD)

    Уровень гармоник показывает слышимую составляющую гармонических искажений.

    Спектр гармонических искажений хорошо коррелирует со звучанием простых звуков, вроде клавишных, струнных и других инструментов воспроизводящие преимущественно однотонные сигналы с узким спектром частот для воспроизводимой ноты. В данном случае паразитные гармоники попадают в зону спектра, где они не заглушаются другим полезным сигналом. В тесте усилителя Behringer A500 очень показательна запись такого отрывка.

    При замерах обращается внимание на спектральное распределение и характер искажений. Психоакустически слышимость паразитных гармоник зависит от относительного уровня по отношению к тестовому сигналу, от порядка гармоники, от типа (четная/нечетная) а так же от того, на какой громкости прослушивается тестовый фрагмент.

    Максимальная измеряемая мощность фиксируется только в штатном режиме усилителя на допустимой нагрузке заявленной фирмой изготовителем и определением характера перехода в режим с искажениями. Усилитель может перейти в высокий уровень искажений как резко, так и плавно. Если усилитель в искажения уходит резко, то нет смысла привязываться к стандартным 1 и 10% искажений, либо суммарным КГИ, в зависимости от выходной мощности. Это к сожалению не всегда регистрируется большинством измерительных лабораторий.

    В примере показаны спектры усилителя при разной выходной мощности с незначительными различиями в процентном отношении гармонических искажений. Пользы замера при 1% и 10% в данном случае нет, т. к. произошел резкий переход в искажения всего на 0,3%.

    Вид синуса с искажениями 0,334% в данном случае.

    Для общей картины, спектры с искажениями на контрольных частотах приводятся при разном выходном уровне мощности. Это позволяет оценить зависимость величины и характера искажений от выходной мощности.

    При одинаковом спектральном распределении искажений для всех частот можно вывести зависимость КГИ от частоты, для определенной гармоники или общий КГИ+шум для оценки уровня искажений.

    В ряде случаев принципиальной разницы между выводом «только вторая гармоника» и «КГИ+шум» не будет, так как основной вклад вносит вторая, либо третья гармоника.

    График неискаженной мощности в зависимости от сопротивления показывает уровень искажений до резкого перехода в искажения при увеличении громкости (клиппинг), либо до уровня, при котором характер искажений остается постоянным.

    В подробном отчете значения при резком уходе спектра в клиппинг отмечаются как «Резкий переход в искажения — ДА», при изменении спектра искажений и плавным увеличении гармоник «Резкий переход в искажения — НЕТ».

    У ряда усилителей гармонические искажения зависят не только от выходной мощности, но и от общего коэффициента усиления (отношение уровней сигналов между входом и выходом, без привязки к схемотехнике устройства).

    При одной и той же выходной мощности, при разном уровне коэффициента усиления на выходе уровень гармонических искажений разный

    В данном тесте идет определение режима усилителя с наиболее качественным звучанием. На основе этих данных можно предположить, в каких условиях эксплуатация усилителя будет оптимальна.

    Интермодуляционные искажения (IMD)

    Интермодуляционные искажения при тонах 60 Гц и 7000 Гц

    Интермодуляционные искажения при тонах 19 кГц и 20 кГц

    Мультитон

    Мультитоновый сигнал состоит из 120 тонов, и является более приближенным к реальному звуковому сигналу. Аналогичный сигнал использует Audio Precision под названием FASTTEST.

    Уровень каждой из гармоник существенно ниже, чем в тесте THD, и не смотря на такое же амплитудное значение — средняя мощность мультитонового сигнала ниже.

    Если по THD можно представить звучание простых звуков, то мультитон показывает, какие искажения даст усилитель на более сложном музыкальном сигнале.

    Мультитон эмулирует «сложный» сигнал — спектр максимально приближен к реальному. В тестах приводится сравнение шумовой полки усилителя и спектром воспроизводимого сигнала. Вполне очевидно, что услышать искажения ниже собственных шумов усилителя крайне сложно. При этом видно, что уровень каждой гармоники находится примерно под -30

    40 дБ, что в свою очередь уменьшает и уровни паразитных гармоник. Но при этом сумма паразитных гармоник может превысить уровень шумов усилителя.

    На спектре можно увидеть подъем «шумовой полки». Хорошим результатом может считаться лишь незначительный подъем искажений над шумовой полкой усилителя.

    Мультитон — усилитель и тестирующее устройство

    Измерительное оборудование должно обеспечивать запас по уровню шума и искажений, это дополнительно может быть показано на спектре.

    Мультитон — усилитель и шумовой порог

    Отображение уровня шумовой полки условно и зависит от настроек спектроанализатора. В «цифрах» корректнее сравнивать RMS шума и RMS искажений, но на данный момент не найден корректный способ подсчета с вычетом полезного мультитонового сигнала.

    На данный момент приводится численное значение «Подъем искажений от шумовой полки / разница амплитуды между тестовым тоном и искажениями на контрольной частоте». Чем меньше значение «Подъем искажений от шумовой полки» — тем лучше.

    Дополнительно могут быть указаны параметры «Подъем искажений тестирующего устройства от шумовой полки тестируемого устройства» — в идеале значение должно быть отрицательным. Если значение положительно, то на такую величину увеличен параметр «Подъем искажений от шумовой полки» по вине тестирующего устройства, а не тестируемого усилителя.

    Следует понимать, что численные значения лишь помогают оценить масштаб картинки, и при построении спектра с другими параметрами окна будут другими.

    Референсные характеристики для 16-ти битного сигнала
    Подъем искажений от шумовой полки / разница амплитуды между тестовым тоном и искажениями на 200 Гц, дБ
    Подъем искажений от шумовой полки / разница амплитуды между тестовым тоном и искажениями на 1000 Гц, дБ
    Подъем искажений от шумовой полки / разница амплитуды между тестовым тоном и искажениями на 10000 Гц, дБ

    Не смотря на широкое распространение источников воспроизведения в «с качеством 24 битного сигнала» и высокими характеристиками сигнал/шум, далеко не все эти источники справляются с 16-ти битным сигналом при анализе искажений. По этому высококачественный усилитель в идеале должен дотягивать по параметрам хотя бы до 16 бит.

    TIMD

    Тест представляет собой комбинированный сигнал из низкочастотного тона 47 Гц и меандра с частотой 3 кГц, с ограниченной полосой в 20 кГц. Сигнал имитирует удар в барабан.

    Как и в других тестах, чем чище спектр, тем лучше.

    Шумовая полка

    Как правило параметр сигнал/шум не представляет особого интереса для усилителя. Дело в том, что шумовая полка формируется из двух составляющих, фоновых шумов не зависящих от входного сигнала воспроизводимого сигнала, и от входного сигнала, фактически повторяющего отношение сигнал/шум источника. В итоге максимальное отношение сигнал/шум получается как правило на максимальной мощности усилителя.

    Интерес представляет другой параметр, это характер шумов. Шум можно условно разделить на два типа «неслышимый» и на «слышимый раздражающий». Второй тип шума — это зудящий призвук, хорошо слышимый в паузах. Ярким примером являются с нежелательным характерным видом спектра являются M-Audio EX66. На виде волны в таких случаях можно увидеть излом, «заусенец» и т. п. артефакты.

    На спектрах как правило шумовая полка приводится для визуальной возможности отделения шумов от исследуемых искажений.

    Сравнивать шумовые полки, полученные в разное время нельзя, т. к. спектр шумов сильно зависит от внешнего оборудования, включая оборудование соседей.

    Взаимопроникновение каналов

    При большом взаимопроникновении каналов как правило ухудшается стереопанорама, четкость локализации источников. На основе психоакустики считается, что беспокоится не о чем, при взаимопроникновении каналов до 40 дБ. Однако усилитель не всегда единственное звено между звуковым интерфейсом и акустическими системами, и если цепочку добавить еще и микшер/пульт, то итоговое значение может стать выше допустимого.

    Связь объективных и субъективных отчетов, психоакустика и исследования зависимостей

    Сами по себе объективные отчеты дают немного информации о характере звучания. Еще сложнее сопоставлять объективные результаты, полученные в разных условиях. По этому важно проведение как субъективного, так и объективного теста. Со временем накапливается статистика, совершенствуются методики, и гораздо большее количество пользователей может по объективным данным дать адекватную оценку изделию. Что еще важнее — пользователь получает возможность проверить характеристики своего усилителя с усилителями такой же марки у других пользователей дистанционно. Ведь производители нередко меняют схемотехнику устройства без уведомления покупателей, прикрываясь пунктом с примерно такой формулировкой: «производитель имеет право вносить изменения с целью повышения качества изделия» и не уточняя, каких именно характеристик и насколько. Производитель вполне может улучшить один параметр и ухудшить другой.

    Сегодня посредством интернета можно легко и просто обмениваться информацией. Развитие тестового пакета RMAA жестко ударило по производителям звуковых карт, которые до этого мало следили за качеством продукции, надеясь, что пользователи не услышат каких-то проблем в звучании, или не смогут это подтвердить фактами. Сейчас компании, которые заботятся о своей репутации, с большим вниманием относятся к объективным тестам и более осторожны в расписывании характеристик своих устройств.

    Субъективные тесты, методика AES20, требования к экспертам и тестовое прослушивание

    Подход такой же, как и в описании методики тестирования акустических систем. Различия в деталях.

    При проведении субъективного теста, усилители скрываются визуально непроницаемым экраном, либо проводится ряд мер, по которым невозможно определить, какой именно усилитель в данный момент подключен к АС.

    На все усилители подается одинаковый сигнал с многоканального звукового интерфейса, либо идет переключение через роутер. Роутер может быть как на пассивных, так и активных элементах. Пассивные элементы (галетные переключатели или реле) предпочтительнее, так как меньше вносят искажений в сигнал.

    С выхода усилителей усиленный сигнал также попадает на роутер и после него на контрольные акустические системы.

    Целесообразно использовать контрольные акустические системы сопоставимой ценовой категории, либо той, на которую рассчитан усилитель (часть функциональных решений может сделать конкретную модель усилителя более дорогой). Дополнительно может проводится прослушивание на акустических системах более высокого класса.

    Особенности звучания каждой модели усилителя фиксируется в письменном отчете.

    Итоговая оценка складывается из следующих компонентов:

    1. качество звучания в абсолютной категории
    2. качество звучания в своем классе
    3. соотношение цены и качества звучания
    4. оценка применимости (сферы применения: музыка, домашний кинотеатр, профессиональная аудиоаппаратура)
    Оцените статью
    gidpotolok.ru
    Добавить комментарий