Измерение искажений усилителя с помощью звуковой карты компьютера.

[Alto]

Столкнулся с необходимостью улучшить разрешающую способность измерения гармонических искажений усилителя с помощью звуковой карты. Ее собственные искажения, в зависимости от уровней и частоты, составляют от 0,0003% до 0,001%. Чтоб обмерить качественный усилитель этого недостаточно. Подскажите пожалуйста, как улучшить чувствительность, возможно кто-то делал фильтры для улучшения разрешающей способности при таких измерениях?

---------- Сообщение добавлено 23:28 ---------- Предыдущее сообщение было 23:23 ----------

Двойной т мост похоже не подходит. Он режекторный, мы им вырезаем к примеру 1 кгц, ставим его между выходом усилителя и входом звуковой. Например карта выдала 1% второй гармоники, усилитель усилит, получим 10% и режектор на выходе свободно эту гармонику пропустит. Измерить собственные искажения усилителя таким образом не получится.

[minimalman]

Offтопик:

Я об этом и говорю, вы читать не умеете?

Видимо, нет. Скажите ещё раз, помедленнее.

С децибелами вам нужно разбираться самостоятельно.

Попросили бы вежливо - разжевал бы Вам Ваши ошибки... а так сами.

[Alto]

minimalman,
Мы говорим об одном и том же. Только ваши первые слова в этой теме были о том, как я плохо разбираюсь в том, что делаю.
При измерении уровня гармоник на входе измерителя есть сигнал основного тона к примеру 1кгц максимальной, но не перегружающей вход амплитуды и слабый, на уровне шумов, сигнал четных и нечетных гармоник. Если двойным т мостом вырезать основной тон, 1кгц, то можно будет усилить весь оставшийся сигнал, гармоники станут большей амплитуды, что позволит их измерить точнее. Но в этом нет смысла, поскольку наша задача измерить не гармоники как таковые, а выяснить насколько сильно усилитель искажает входной синусоидальный сигнал, тем самым порождая эти гармоники. Следующий вариант предложенный мной и вами, с помощью фильтра очистить выходной сигнал источника от гармоник и уже чистый сигнал подавать на усилитель. Это позволит лучше понять сколько искажений вносит именно он. Но проблема похоже в том, что основные искажения во всю цепочку измерений вносит входной АЦП, на что толсто намекнул Alex, предложив качественный АЦП и похоже именно он прав. Никакие фильтры не помогут, если гармоники порождает сам измеритель.

[maxssau]

а что вы собрались измерять? эти разговоры есть смысл вести если DUT что то вроде mola mola и прочего от Бруно, у всего остального измеряется без танцев с бубном.

Арx555b измеряет 0.0001% THD+N и ~125дб SNR и это с режекторами и прочими хитростями, которые дийеры в 90% случаев вообще не используют.

Методику измерения 130 дб SNR я пару раз выкладывал, она есть в описании evolution платы CDB43198 от Cirrus Logic. Но они опять же использут Apx555 и дополнительную малошумящую плату усиления.

Для начала начните оценивать и что то измерять, а дальше поняно станет, что, как и чем нужно пользоваться.

[Juzzy]

Режектор нужен. Для измерения цап точно. Вот тут то, что у меня.

[Alto]

а что вы собрались измерять? эти разговоры есть смысл вести если DUT что то вроде mola mola и прочего от Бруно, у всего остального измеряется без танцев с бубном.

Я из чистого упрямства пытаюсь доделать вот этот усилитель -
https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=86771&page=14
Понятно, что схема не лучшая, однако из чисто спортивного интереса продолжаю ее дорабатывать. Сделал печатную плату со сплошной фольгой на верхнем слое, развел согласно рекомендациям, взял хороший ОУ opa1611. Измеряю искажения карточкой Asus xsonar D1 и уже не могу отличить искажения измерителя от искажений усилителя. Сейчас что напрямую с выхода на вход карточки, что с подключенным усилителем показывает от 0,0005 до 0,001% искажений.

[maxssau]

Для измерения цап точно.

сколько ЦАП даёт искажений на полной шкале? и какой ЦАП?

[Alex]

Это позволит лучше понять сколько искажений вносит именно он. Но проблема похоже в том, что основные искажения во всю цепочку измерений вносит входной АЦП,

Есть 2 проблемы, почему иногда требуется режектор на входе АЦП:
1) когда сам АЦП не самый лучший. Т.е. его собстенные искажения велики. При прямых измерениях устройцств с малыми искажениями, гармоники, порождаемые самим АЦП могут быть больше гармоник исследуемого устройства.
При исползовании режектора на основную частоту, в сочетании с низкоискажающим усиливающим каскадом, можно от этого избавиться.

2) Даже у самых лучших АЦП, есть зависимость собственных гармоник от величины сигнала, типа такой:

Т.е. если силнал больше чем -20-30dBFs, то для испытумых дейвайсов с очень малыми искаениями - мы опять будем видеть скажения АЦП.
Эти "-20-30дБ" - цифры разные для разных АЦП, это может быть и -30 и -10, но сам эффект наблюдается почти у всех т заставляет уменьшать амплитуду входного сигнала. Т.е не исползовать весь динамический диапазон АЦП!

Поэтому ставят режектор, тут можно даже не сильно глубокий, -20-40дБ уже достаточно (лишь бы его самого искаженич были малы)., и даже не нужен (хотя и желателен) дополнительный малоискажающий усиитель.

[maxssau]

если нужно измерить 0.000000000000000000000000000000 % искажений, можно воспользоваться вычитанием, у Виктора Корсакова была методика такого измерения, кажется здесь, но могу ошибаться

[Alto]

Alex,
maxssau,
Juzzy,
Спасибо за информацию!

[maxssau]

ИМХО:

дальше 0.0001% не вижу особого смысла выжимать, только спортивный интерес. Да и -120 дБ SNR, THD и т.д. это уже грань с тепловым шумом и прочими шумами и наводками, дальше уже не совсем разумно и не дёшево.

---------- Сообщение добавлено 16:05 ---------- Предыдущее сообщение было 14:27 ----------

https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=90110

а здесь есть хорошая программа генератора с компенсацией искажений ЗК

[Alex]

Это позволит лучше понять сколько искажений вносит именно он. Но проблема похоже в том, что основные искажения во всю цепочку измерений вносит входной АЦП,

Есть 2 проблемы, почему иногда требуется режектор на входе АЦП:
1) когда сам АЦП не самый лучший. Т.е. его собстенные искажения велики. При прямых измерениях устройцств с малыми искажениями, гармоники, порождаемые самим АЦП могут быть больше гармоник исследуемого устройства.
При использовании режектора на основную частоту, в сочетании с низкоискажающим усиливающим каскадом, можно от этого избавиться.

Поскольку давно уже полно достаточно хорших АЦП, дальше этот аспект я вообще обсудать не буду.

2) Даже у самых лучших АЦП, есть зависимость собственных гармоник от величины сигнала, типа такой:


Т.е. если сигнал больше чем -20-30dBFs, то для испытумых девайсов с очень малыми искажениями - мы опять будем видеть скажения АЦП.

Эти "-20-30дБ" - цифры разные для разных АЦП, это может быть и -30 и -10, но сам эффект наблюдается почти у всех, и заставляет уменьшать амплитуду входного сигнала. Т.е не использовать весь динамический диапазон АЦП!
Получается немного замкнутый круг - мы уходим от гармоник АЦП но упираемся в его SNR.

Поэтому ставят режектор, тут можно даже не сильно глубокий, -20-40дБ уже достаточно (лишь бы его собственные искажения были малы), и даже не нужен (хотя и желателен) дополнительный малоискажающий усиитель. Очень глубокий режектор тут скорее даже вреден, так как требует при этом очень высокую добротность (в смысле - очень узкую полосу подавленя), чтобы не затрагивать (или поменьше затрагивать) 2-. гармонику. Хотя, если и затрагивает - это можно компенсировать коррекцией (программной).

Ну, это все был мед, теперь о дегте:
1) режектор позволяет все это мерять на одной частоте. Если надо мерять на нескольких, то нужно или несколько режекторов на разные частоты, или один, но перестраиваемый.

Я не знаю как в АРх555 он устроен, но мне сделать зороший перестраиваемый редектор пока не удалось (правда, я пару лет как это бросил и больше не прбовал).
Да, я получил нужное подавление, приемлимую добротность, перестройку (электрически управляемую из контроллера) практически во всем звуковом диапазоне от 20гц до 20кгц.
Но собственные шумы и искажения этого режектора получались великоваты. Есть несколко путей их снидения но весьма затратных.

2) Опять-же - из-за того, что режектор позволяет все это мерять на одной частоте, можно измерять КНИ но ИМД уже не все будет видно.

3) визуализация измерний и расчет КНИ.
Поскольку режектор давит основной тон, то без специальных мер, спектрограмма будет не привычной - с пониженным уровнем основного тона, и вычисления КНИ не правильнми, если программа рсчета ничего не знает о режекторе и усилении дополнитлеьного усилителяч (если он есть).
Если программа "знает", то на может учесть характеристик резектора и вычислять КНИ правильно, и даже "дорисовать" основной тон на спектрограмме.
Или к примеру, АР оцифровывает отдельным АЦП (тут крутой АЦП не нужен) сигнал до режектора, затем выделяет программно основной он и смешивет его с сигналом того АЦП, что стоит после режектора.
Я в одном устройстве делал чуть по другому- в сингал основного АЦП, что после режектора, подмешивал програмно синтезированный (DDS) основной тон, частоту и амплитуду которого измерял самым простеньким АЦП (тем, что внутри микроконтроллера).
Все эти "фокусы" позволяют видеть картинки и цифры в реалтайме, что не так важно при измерении готовых устройств, но весма полезно при экспериментах и разработках (крутишь что-то, и сразу видишь результат).

[minimalman]

Только ваши первые слова в этой теме были о том, как я плохо разбираюсь в том, что делаю.

Я про уменьшение искажений источника и приёмника. Вы как будто не понимаете, зачем оно нужно, каким целям служит.

Но в этом нет смысла, поскольку наша задача измерить не гармоники как таковые, а выяснить насколько сильно усилитель искажает входной синусоидальный сигнал, тем самым порождая эти гармоники.

Не понял. Мы расширяем ДД измерителя на порядки. Если же сам источник и DUT шумят - то это уже не проблема измерителя.

Но проблема похоже в том, что основные искажения во всю цепочку измерений вносит входной АЦП, на что толсто намекнул Alex, предложив качественный АЦП и похоже именно он прав.

Вы опять не понимаете, что делаете. Если на АЦП подать 0дБфс 1кГц и -140дБфс гармоники - это плохо. Если подать -60дБ и -140дБ - это уже всё хорошо по гармоникам.

[Оллема]

ОУ с искажениями 0,0003% заметно чище, чем ОУ с 0,004% - даже на малой громкости (порядка 50мВт, любые искажения ниже уровня шума) и на мп3. Не ожидал такого, честно говоря.

Меня вот всегда забавляют такие заявления, поддерживаемые населением форума в виде двойных стандартов. В одном случае, когда кто то утверждает, что слышит изменения в звуке при замене цвета обертки конденсатора, надписи на элементе, цвета провода и т.п., то начинается гневные требования закрыть глаза и предоставить отсчет прослушивания, когда соблюдены должны быть все железные правила слепого прослушивания. А в другом случае, когда утверждается, что слышна разница в звуке при отличии в 0,0037% искажений, зарегистрированных инструментально, то все понимающе кивают и хлопают в ладошки как восторженные дети. Может дело то как раз в выделенном жирным шрифтом?

[stan marsh]

...то все понимающе кивают и хлопают в ладошки как восторженные дети.

Я столько раз убеждался в отсутствии корреляций измеряемого и слышимого, что хлопаю и восторгаюсь как удачной шутке.

[minimalman]

Возможно, уровень гармоник+им в реальном сигнале не 0,0003%, а на порядка 2-3 выше, что уже вполне согласуется со стандартными данными по заметности.

[maxssau]

гармоник+им в реальном сигнале не 0,0003%

вот тут есть сомнения в достоверности цифр.

берем спеку от свеженького APx555b



и видим что характеристики зависят от теста и для 60+7к это 0.001%, а для 19к+20к это 0.00018%. Это остаточные искажения, т.е. искажения самой станции. К слову от System One последняя станция не далеко ушла, по крайней мере не на порядок. ИМХО думаю связано с тем, что по шумам APx555b конечно шагнула вперёд, поэтому и проще стало выделять |F1-F2| из синала.

Поэтому возникает резонный вопрос, как и чем измеряли. Ну и полезно взглянуть вообще на методику измерения IMD, в той книжке, которую я прикладывал в начале темы это довольно хорошо описано. Как это показывают на вегалабе - мягко сказать не совсем так как должно быть.

[minimalman]

и видим что характеристики зависят от теста и для 60+7к это 0.001%, а для 19к+20к это 0.00018%.

Странные цифры, неужели линейность так сильно падает в зв. диапазоне?

вот тут есть сомнения в достоверности цифр.

На 1кГц измерить гораздо проще, чем в 20..20к, на разных уровнях, с разными условиями, без разных улучшшайзеров типа режекторов (уверен, они есть в комплекте и позволяют улучшить цифры на несколько порядков), всё напрямую.

[maxssau]

Странные цифры, неужели линейность так сильно падает в зв. диапазоне?

просто методика измерения предполагает сложные манипуляции с сигналом после DUT, в книге всё есть

[Alto]

Ребят спасибо огромное! Отдельное спасибо Aleks, Juzzy, maxssau.
Получил от Co_balt собранный генератор Александра, качество отменное. Вот в этой теме обсуждается
https://forum.vegalab.ru/showthread....56#post2934656
Гармоники минимальны если не выкручивать размах выходного сигнала на максимум на моей звуковухе их не показывает вообще.
Собрал режекторный фильтр по схеме Juzzy, изменив номиналы под имеющиеся у меня конденсаторы
https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=86922
Все получилось.
Вот шумовая полка карточки

Вот генератор Александра с максимальными гармониками которых удалось из него добыть и максимальным размахом на выходе. И все равно моя измерительная система их оценивает в 0,0001% или ниже.

Вот с подключенным режекторным фильтром, основной тон ослаблен на 60дб, гармоники ослаблены на 18дб

С фильтром их видно значительно лучше. Неудобно, что гармоники тоже ослабляются за счет неидеальной характеристики фильтра.

Offтопик:
По программке расчета фильтров на уо от Техас инструментс, вот ссылка на загрузку
https://filterpro.software.informer....d/#downloading
Рассчитал немного другой фильтр, по топологии Селлена-Кей изменена точка подключения конденсатора, фильтр стал активным, номиналы элементов программа рассчитала точь в точь как у меня. Глубина режекции стала несколько хуже, порядка -40дб, практически выпрямилась ачх на других участках. Но по моему, активный фильтр неравномерно жрет гармоники, синус пропускает, гармоники давит непонятно как, для измерений не годится. КМК. С пассивным фильтром все прозрачно, если подать 2кгц, то видно на сколько он на этой частоте ослабляет, на столько же ослабит и гармонику с частотой 2кгц, с активным у меня так не получается.

[Alex]

Рассчитал немного другой фильтр, по топологии Селлена-Кей изменена точка подключения конденсатора, фильтр стал активным,

Если уж активный фильтр, то лучше State-Variable - да, оперов в нем побольше, зато хорошо работает и проще в настройке (частота, добротность - отдельно регулируется).

Кстати, искажение нотчем уровня гармоник можно учесть - большинство программ понимает корректировку АЧХ (файлы калибрации микрофонов, например).