|
Przedstawiam urządzenie, którego funkcją jest pomiar charakterystyk częstotliwościowych urządzeń i systemów audio. Charakterystyki częstotliwościowe to nic innego jak transmitancja, a mierzonym obiektem może być wszystko do czego można wpuścić sygnał liniowy i odebrać sygnał liniowy lub mikrofonowy.
Dlaczego to zrobiłem?
Urządzenie powstało jako moja praca magisterska. Zajęło całkiem sporo czasu i pochłonęło całkiem niezle koszty w sumie, ktore byłyby jeszcze większe gdyby nie możliwość zamawiania próbek od pewnych firm (;
Założenia
Założeniem było skonstruowanie urządzenia maksymalnie autonomicznego, dlatego też sprzęcik do działania wymaga jedynie zasilania sieciowego i niczego ponad to. Możliwe jest podpięcie urządzenia do komputera PC, dzięki czemu można na owego peceta wysłać wszystkie dane wygenerowane, zgromadzone i obliczone przez urządzenie (o tym jeszcze dalej).
Przykłady zastosowania:
- pomiar charakterystyki częstotliwościowej urządzenia przetwarzającego takiego jak equalizer, procesor dźwięku, procesor głośnikowy, mikser, ... ,
- pomiar charakterystyki częstotliwościowej głośnika (pomiar mikrofonem wzorcowym),
- pomiar charakterystyki częstotliwościowej systemu nagłosnieniowego (pomiar mikrofonem wzorcowym),
- ...
HARDWARE
Poniżej pare fotek złożonej całości.
 Analizator audio |  Analizator audio |  Analizator audio |
Urządzenie ma budowę dosyć modułową. Składa się z:
1. płytki na transformatory i przekazniczek:
 Analizator audio - psu 1 |  Analizator audio - psu 1 | |
2. płytki pod stabilizatory
 Analizator audio - psu 2 |  Analizator audio - psu 2 |  Analizator audio - psu 2 |
3. płytki przetworników analogowo-cyfrowych i cyfrowo-analogowych
 Analizator audio - codec |  Analizator audio - codec |  Analizator audio - codec |
 Analizator audio - codec | | |
4. płytki procesora głównego i wszelkich dziwnych interfejsów
 Analizator audio - cpu |  Analizator audio - cpu |  Analizator audio - cpu |
 Analizator audio - cpu |  Analizator audio - cpu | |
5. modułu karty graficznej, który przedstawiony jest w osobnym artykule
Ad. 1. Jak widać na płyteczce tej znajdują się jedynie dwa transformatorki i przekaźnik. Transformator 1x6V zasila część cyfrową urządzenia, natomiast transformator 2x12V - część analogową. Za pośrednictwem procesora głównego możliwe jest odcięcie napięcia siecowego od przekaźnika zasilającego część analogową.
Ad. 2. Nic specjalnego poza stabilizacją kilku napięć: 3.3V i 5V dla części cyfrowej oraz 5V, +/-12V dla części analogowej. Dodatkowo otwarty kolektor do załączania przekaźnika stanem logicznym z procesora. Po jednej stronie gniazda dla transformatorów, po drugiej wyprowadzenia dla pozostałych 3 modułów urządzenia (cyfrowka, analogowka, LCD).
Ad. 3. Moduł ten oparty jest o przetworniki sigma-delta AD1854 i AD1870. Pracują one z częstotliwością próbkowania 48kHz, a rozdzielczość próbkowania wynosi 16-bitów. Przetworniki z procesorem komunikują się przy pomocy magistrali I2S. Tor wyjściowy wyposażony jest w filtr rekonstrukcyjny trzeciego rzędu, zaczerpnięty z dokumentacji przetwornika. Tory wejściowe mają filtry antyaliasingowe drugiego rzędu. Tory wejściowe wyposażone są w układ regulacji wzmocnienia oparty o wzmacniacz nieodwracający oraz potencjometr cyfrowy (AD5231). Dodatkowo tor mikrofonowy wyposażony jest w scalony przedwzmacniacz (SSM2019) i zasilanie fantomowe (12V). Wejście do toru mikrofonowego jest symetryczne. Wykorzystane wzmacniacze operacyjne to układy AD8599.
Ad. 4. Całość 'zabawki' oparta została o procesor dsPIC33FJ256GP710. Na płytce tej znajduje się w zasadzie jedynie procek, RAM (512kB) i transceiver RS-232. Służy ona głównie jako host dla wszystkiego co jest w urządzeniu. Zawiera ona złącza dla 8 przycisków, 4 diodek sygnalizacyjnych, modułu przetworników (I2S, SPI, pare linii sterujących), modułu karty graficznej (SPI) oraz połączenia z PC (RS-232).
Ad. 5. wszystko zostało opisane w temacie podlinkowanym, więc dodam tylko, że konieczne okazało się dorobienie regulacji jasności podświetlenia, dlatego też na zdjęciach widać te prześliczne druciki [;
Całość zostałą upchnięta w obudowę Z-25 firmy Kradex.
Zdjęcia oczywiście nie są najnowsze. W finałowym urządzeniu znalazły się jeszcze diodki sygnalizacyjne (STANDBY, POWER, BUSY, ERROR) oraz opisy tych diodek i opisy przycisków.
SOFTWARE
Soft urządzenia powstał w większości w języku C, jednak krytyczne miejsca wzbogacone są dużą ilością assemblera. Całośc zajmuje około 18kB pamięci FLASH (w pamięci nie są przechowywane żadne stablicowane sygnały, wszystko jest wyliczane i przechowywane w zewnętrznej pamięci RAM).
Urządzenie posiada możliwość generowania 5 sygnałów, z czego tylko 4 wykorzystane są do pomiaru. Są to chirp (przestrajany sinus, możliwość wyboru zakresu), MLS, szum, impuls. Sygnałem dodatkowym, wykorzystywanym przy autoustawianiu jest po prostu sinus. Sygnały te mogą mieć długość od 256 do 2048 próbek, oczywiście długość tylko w postaci 2^n [; . Wygenerowany sygnał podawany jest na wyjście liniowe układu. Urządzenie odbiera sygnał poprzez wejście liniowe lub wejście mikrofonowe (wbudowany przedwzmacniacz i zasilanie fantomowe). Analogowy tor wejściowy posiada możliwość regulacji wzmocnienia od 1x do 100x.
Na fotce poniżej przedstawiono możliwe opcje konfiguracyjne pomiaru. Jak widać jest to poruszony już typ sygnału i jego długość oraz:
- zakres częstotliwości (w tym zakresie będzie prezentowany wynik na ekranie oraz w tym zakresie nastąpi przestrajanie funkcji chirp),
- ilość cykli uśredniania (1 do 9),
- wybór wejścia (liniowe bądź mikrofonowe),
- wzmocnienie wybranego toru wejściowego,
- opóźnienie wybranego toru wejściowego.
 Analizator audio - parametry
Wzmocnienie i opóźnienie nie są modyfikowalne bezpośrednio - możliwe jest jedynie automatyczne dostrojenie tych parametrów.
Pomiar opóźnienia odbywa się poprzez przepuszczenie przez badany system / urządzenie krótkiego sinusa (ok 4-5 okresów). Wyliczane jest położenie ekstremów dla sygnału odebranego i wygenerowanego, przesunięcie owych ekstremów jest opóźnieniem całego toru. Maksymalne opóźnienie wynosi około 43ms (2048 próbek).
Ustawienie odpowiedniego wzmocnienia opiera się na bezpośrednim wykorzystaniu wzoru opisującego wzmacniacz nieodwracający i realizowane jest iteracyjnie, aż do spełnienia warunku progowego lub bez tego, gdy przekroczona zostanie ustalona liczba cykli.
Po odebraniu ustalonej liczby cykli sygnału urządzenie przechodzi do przetwarzania. Polega ono na wyliczeniu ze wszystkich sygnałów transformat Fouriera (FFT), a następnie (jeśli trzeba) uśrednieniu ich dla kilku cykli odebranych. Na tej podstawie liczona jest transmitancja mierzonego 'czegoś' - F(odebranego)/F(wygenerowanego). Dane tej postaci następnie konwertowane są do skali log-log i przedstawiane na wyświetlaczu.
Cały cykl pomiaru zajmuje bardzo mało - najdłużej oczywiście akwizycja sygnału, bo tego przyspieszyć się nie da (; . Same obliczenia to jest kwestia ułamka sekundy.
Urządzenie pozwala wysłać do komputera PC następujące dane:
- parametry pomiaru,
- próbki sygnału wygenerowanego oraz zarejestrowanego (jednego lub kilku),
- wyliczone transformaty i transmitancję.
Jesli kogos to interesuje, to moge wrzucic taki pliczek, bo chwilowo niestety go nie mam nigdzie /;
Na koniec może przykładowe pomiary:
1. transmitancja miedzianego druta <:
2. transmitancja karty muzycznej komputerowej (wraz z odbiciem autora tematu i aparatu <: )
3. transmitancja systemu Technics składającego się z procesora dźwięku ST-CH707, wzmacniacza SE-CH505 oraz urządzenia głośnikowego SB-CH505, pomiar archaicznym mikrofonem dynamicznym Unitra Tonsil MDO 21. Włączone na maxa podbicie basów i tonów wysokich - zdjęcie dla ustawienia FLAT wyszło mi troszke nieostre, więc wrzuciłem to.
 Analizator audio - pomiary |  Analizator audio - pomiary |  Analizator audio - pomiary |
Jak mi się będzie kiedyś nudzić, to mogę zrobić aparatem filmik z pomiarów, aby można było usłyszeć i zobaczyć <:
Kodu i schematów nie udostępniam, ale jak ktoś chce sobie taką zabawkę zrobić, to odpowiem na wszelkie pytanka, które mu w tym pomogą.
Ponieważ o sprzęcie można by pisać bardzo bardzo dużo (w końcu napisałem o nim całą pracę magisterska - ponad 100 stron <: ) to skończę już... Czekam na pytania, na które będę mógł odpowiedzieć.
W tym miejscu pozdrowienia i podziękowania dla Promotora i Komisji!
Temat na forum elektrody |
