Przedstawiam urz?dzenie, którego funkcj? jest pomiar charakterystyk cz?stotliwo?ciowych urz?dze? i systemów audio. Charakterystyki cz?stotliwo?ciowe to nic innego jak transmitancja, a mierzonym obiektem mo?e by? wszystko do czego mo?na wpu?ci? sygna? liniowy i odebra? sygna? liniowy lub mikrofonowy.

Dlaczego to zrobi?em?

Urz?dzenie powsta?o jako moja praca magisterska. Zaj??o ca?kiem sporo czasu i poch?on??o ca?kiem niezle koszty w sumie, ktore by?yby jeszcze wi?ksze gdyby nie mo?liwo?? zamawiania próbek od pewnych firm (;

Za?o?enia

Za?o?eniem by?o skonstruowanie urz?dzenia maksymalnie autonomicznego, dlatego te? sprz?cik do dzia?ania wymaga jedynie zasilania sieciowego i niczego ponad to. Mo?liwe jest podpi?cie urz?dzenia do komputera PC, dzi?ki czemu mo?na na owego peceta wys?a? wszystkie dane wygenerowane, zgromadzone i obliczone przez urz?dzenie (o tym jeszcze dalej).

Przyk?ady zastosowania:

• pomiar charakterystyki cz?stotliwo?ciowej urz?dzenia przetwarzaj?cego takiego jak equalizer, procesor d?wi?ku, procesor g?o?nikowy, mikser, ... ,
• pomiar charakterystyki cz?stotliwo?ciowej g?o?nika (pomiar mikrofonem wzorcowym),
• pomiar charakterystyki cz?stotliwo?ciowej systemu nag?osnieniowego (pomiar mikrofonem wzorcowym),
• ...

Poni?ej pare fotek z?o?onej ca?o?ci.

Analizator audio

Analizator audio

Analizator audio

Urz?dzenie ma budow? dosy? modu?ow?. Sk?ada si? z:

1. p?ytki na transformatory i przekazniczek:

Analizator audio - psu 1

Analizator audio - psu 1

2. p?ytki pod stabilizatory

Analizator audio - psu 2

Analizator audio - psu 2

Analizator audio - psu 2

3. p?ytki przetworników analogowo-cyfrowych i cyfrowo-analogowych

Analizator audio - codec	Analizator audio - codec	Analizator audio - codec
Analizator audio - codec

4. p?ytki procesora g?ównego i wszelkich dziwnych interfejsów

Analizator audio - cpu	Analizator audio - cpu	Analizator audio - cpu
Analizator audio - cpu	Analizator audio - cpu

5. modu?u karty graficznej, który przedstawiony jest w osobnym artykule

Ad. 1. Jak wida? na p?yteczce tej znajduj? si? jedynie dwa transformatorki i przeka?nik. Transformator 1x6V zasila cz??? cyfrow? urz?dzenia, natomiast transformator 2x12V - cz??? analogow?. Za po?rednictwem procesora g?ównego mo?liwe jest odci?cie napi?cia siecowego od przeka?nika zasilaj?cego cz??? analogow?.

Ad. 2. Nic specjalnego poza stabilizacj? kilku napi??: 3.3V i 5V dla cz??ci cyfrowej oraz 5V, +/-12V dla cz??ci analogowej. Dodatkowo otwarty kolektor do za??czania przeka?nika stanem logicznym z procesora. Po jednej stronie gniazda dla transformatorów, po drugiej wyprowadzenia dla pozosta?ych 3 modu?ów urz?dzenia (cyfrowka, analogowka, LCD).

Ad. 3. Modu? ten oparty jest o przetworniki sigma-delta AD1854 i AD1870. Pracuj? one z cz?stotliwo?ci? próbkowania 48kHz, a rozdzielczo?? próbkowania wynosi 16-bitów. Przetworniki z procesorem komunikuj? si? przy pomocy magistrali I2S. Tor wyj?ciowy wyposa?ony jest w filtr rekonstrukcyjny trzeciego rz?du, zaczerpni?ty z dokumentacji przetwornika. Tory wej?ciowe maj? filtry antyaliasingowe drugiego rz?du. Tory wej?ciowe wyposa?one s? w uk?ad regulacji wzmocnienia oparty o wzmacniacz nieodwracaj?cy oraz potencjometr cyfrowy (AD5231). Dodatkowo tor mikrofonowy wyposa?ony jest w scalony przedwzmacniacz (SSM2019) i zasilanie fantomowe (12V). Wej?cie do toru mikrofonowego jest symetryczne. Wykorzystane wzmacniacze operacyjne to uk?ady AD8599.

Ad. 4. Ca?o?? 'zabawki' oparta zosta?a o procesor dsPIC33FJ256GP710. Na p?ytce tej znajduje si? w zasadzie jedynie procek, RAM (512kB) i transceiver RS-232. S?u?y ona g?ównie jako host dla wszystkiego co jest w urz?dzeniu. Zawiera ona z??cza dla 8 przycisków, 4 diodek sygnalizacyjnych, modu?u przetworników (I2S, SPI, pare linii steruj?cych), modu?u karty graficznej (SPI) oraz po??czenia z PC (RS-232).

Ad. 5. wszystko zosta?o opisane w temacie podlinkowanym, wi?c dodam tylko, ?e konieczne okaza?o si? dorobienie regulacji jasno?ci pod?wietlenia, dlatego te? na zdj?ciach wida? te prze?liczne druciki [;

Ca?o?? zosta?? upchni?ta w obudow? Z-25 firmy Kradex.

Zdj?cia oczywi?cie nie s? najnowsze. W fina?owym urz?dzeniu znalaz?y si? jeszcze diodki sygnalizacyjne (STANDBY, POWER, BUSY, ERROR) oraz opisy tych diodek i opisy przycisków.

SOFTWARE

Soft urz?dzenia powsta? w wi?kszo?ci w j?zyku C, jednak krytyczne miejsca wzbogacone s? du?? ilo?ci? assemblera. Ca?o?c zajmuje oko?o 18kB pami?ci FLASH (w pami?ci nie s? przechowywane ?adne stablicowane sygna?y, wszystko jest wyliczane i przechowywane w zewn?trznej pami?ci RAM).

Urz?dzenie posiada mo?liwo?? generowania 5 sygna?ów, z czego tylko 4 wykorzystane s? do pomiaru. S? to chirp (przestrajany sinus, mo?liwo?? wyboru zakresu), MLS, szum, impuls. Sygna?em dodatkowym, wykorzystywanym przy autoustawianiu jest po prostu sinus. Sygna?y te mog? mie? d?ugo?? od 256 do 2048 próbek, oczywi?cie d?ugo?? tylko w postaci 2^n [; . Wygenerowany sygna? podawany jest na wyj?cie liniowe uk?adu. Urz?dzenie odbiera sygna? poprzez wej?cie liniowe lub wej?cie mikrofonowe (wbudowany przedwzmacniacz i zasilanie fantomowe). Analogowy tor wej?ciowy posiada mo?liwo?? regulacji wzmocnienia od 1x do 100x.

Na fotce poni?ej przedstawiono mo?liwe opcje konfiguracyjne pomiaru. Jak wida? jest to poruszony ju? typ sygna?u i jego d?ugo?? oraz:

• zakres cz?stotliwo?ci (w tym zakresie b?dzie prezentowany wynik na ekranie oraz w tym zakresie nast?pi przestrajanie funkcji chirp),
• ilo?? cykli u?redniania (1 do 9),
• wybór wej?cia (liniowe b?d? mikrofonowe),
• wzmocnienie wybranego toru wej?ciowego,
• opó?nienie wybranego toru wej?ciowego.

Analizator audio - parametry

Wzmocnienie i opó?nienie nie s? modyfikowalne bezpo?rednio - mo?liwe jest jedynie automatyczne dostrojenie tych parametrów.

Pomiar opó?nienia odbywa si? poprzez przepuszczenie przez badany system / urz?dzenie krótkiego sinusa (ok 4-5 okresów). Wyliczane jest po?o?enie ekstremów dla sygna?u odebranego i wygenerowanego, przesuni?cie owych ekstremów jest opó?nieniem ca?ego toru. Maksymalne opó?nienie wynosi oko?o 43ms (2048 próbek).

Ustawienie odpowiedniego wzmocnienia opiera si? na bezpo?rednim wykorzystaniu wzoru opisuj?cego wzmacniacz nieodwracaj?cy i realizowane jest iteracyjnie, a? do spe?nienia warunku progowego lub bez tego, gdy przekroczona zostanie ustalona liczba cykli.

Po odebraniu ustalonej liczby cykli sygna?u urz?dzenie przechodzi do przetwarzania. Polega ono na wyliczeniu ze wszystkich sygna?ów transformat Fouriera (FFT), a nast?pnie (je?li trzeba) u?rednieniu ich dla kilku cykli odebranych. Na tej podstawie liczona jest transmitancja mierzonego 'czego?' - F(odebranego)/F(wygenerowanego). Dane tej postaci nast?pnie konwertowane s? do skali log-log i przedstawiane na wy?wietlaczu.

Ca?y cykl pomiaru zajmuje bardzo ma?o - najd?u?ej oczywi?cie akwizycja sygna?u, bo tego przyspieszy? si? nie da (; . Same obliczenia to jest kwestia u?amka sekundy.

Urz?dzenie pozwala wys?a? do komputera PC nast?puj?ce dane:

• parametry pomiaru,
• próbki sygna?u wygenerowanego oraz zarejestrowanego (jednego lub kilku),
• wyliczone transformaty i transmitancj?.

Jesli kogos to interesuje, to moge wrzucic taki pliczek, bo chwilowo niestety go nie mam nigdzie /;

Na koniec mo?e przyk?adowe pomiary:

1. transmitancja miedzianego druta <:

2. transmitancja karty muzycznej komputerowej (wraz z odbiciem autora tematu i aparatu <: )

3. transmitancja systemu Technics sk?adaj?cego si? z procesora d?wi?ku ST-CH707, wzmacniacza SE-CH505 oraz urz?dzenia g?o?nikowego SB-CH505, pomiar archaicznym mikrofonem dynamicznym Unitra Tonsil MDO 21. W??czone na maxa podbicie basów i tonów wysokich - zdj?cie dla ustawienia FLAT wysz?o mi troszke nieostre, wi?c wrzuci?em to.

Analizator audio - pomiary

Analizator audio - pomiary

Analizator audio - pomiary

Jak mi si? b?dzie kiedy? nudzi?, to mog? zrobi? aparatem filmik z pomiarów, aby mo?na by?o us?ysze? i zobaczy? <:

Kodu i schematów nie udost?pniam, ale jak kto? chce sobie tak? zabawk? zrobi?, to odpowiem na wszelkie pytanka, które mu w tym pomog?.

Poniewa? o sprz?cie mo?na by pisa? bardzo bardzo du?o (w ko?cu napisa?em o nim ca?? prac? magisterska - ponad 100 stron <: ) to sko?cz? ju?... Czekam na pytania, na które b?d? móg? odpowiedzie?.

W tym miejscu pozdrowienia i podzi?kowania dla Promotora i Komisji!

Temat na forum elektrody