“Konserve” GOST'a (16122-78) göre, herhangi bir türdeki akustik sistem, hassasiyet, çoğaltılan frekans aralığı ve bu aralıktaki genlik-frekans tepkisinin (AFC) eşitsizliği gibi göstergelerle karakterize edilir. İlk önce neye dikkat etmelisiniz? Ve her şey cebirle doğrulanabilir mi?

Duyarlılık, mikrofon 1 m uzaklıktayken akustik sisteme belirli bir frekansta 1 V genlikli sinüzoidal bir voltaj uygulanarak ölçülür. Daha sonra geliştirilen ses basıncı tüm boyunca adım adım sırayla ölçülür. işitilebilir frekans aralığı (varsayılan olarak 20–20000 Hz), hassasiyete göre Frekans yanıtını elde ederiz.

Yeniden üretilen frekansların aralığı, elde edilen frekans tepkisine göre belirlenir. Örneğin, düşük frekans bölgesinde küresel azalma 100 Hz'de başlıyorsa ve örneğin 60 Hz'de –40 dB'ye ulaşıyorsa, o zaman çalışma aralığının alt sınırı, Standart tarafından belirtilen belirli bir azalmaya dayanmaktadır. Belirli bir ülkede kabul edilen kurallar. Dolayısıyla örneğimizde talihsiz aralığın alt sınırı kuralların gerektirdiği şekilde 80 Hz, belki 70 Hz olabilir.

Frekans tepkisinin eşitsizliği matematiksel istatistiklerdeki standart sapmaya benzer şekilde hesaplanır, yani önce frekans aralığı içindeki ortalama genlik değeri tahmin edilir, ardından frekans tepkisi eğrisinin elde edilen ortalama etrafındaki inişli çıkışlılığı tahmin edilir. Eşitsizlik ne kadar büyük olursa o kadar kötü olur. İdeal durumda frekans tepkisi eğimi olmayan düz bir çizgidir ancak gerçek dünyada ideal olan hiçbir şey yoktur.

Hassasiyetle ölçülen frekans tepkisinin kullanılması, eşitsizliğin değerlendirilmesi için uygundur, ancak frekansa bağlı olan farklı elektriksel dirence sahip akustik sistemleri karşılaştırırken tamamen kabul edilemez. Farklı direncin bir sonucu olarak, hoparlör sistemleri eşit voltaj uygularken farklı güç tüketir (güç, direnç, akım ve voltaj arasındaki ilişki bir fizik ders kitabında bulunabilir). Yani bu tür akustik sistemler için “hassasiyet açısından” ortalama genlik değeri, en hafif tabirle “bir kısmı ahşap için, bir kısmı ahşap için” olacaktır. Bu nedenle, frekans tepkisini ölçerken Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC), voltaj yerine 1 W'a eşit elektrik gücünün sağlanmasını şart koşmaktadır. Akustik sistem, farklı frekanslardaki "kişisel" verime uygun olarak, kabaca söylemek gerekirse, farklı bir (ses) gücü yayacaktır.

“Denizaşırı” duyarlılık kavramının SSCB zamanlarından miras aldığımızdan biraz farklı olduğunu belirteyim. "Onların hassasiyeti" desibel (dB) cinsinden, "bizim hassasiyetimiz" ise paskal (N/m2) cinsinden ölçülür. Nispeten standart sıfır ses basıncı seviyemizden (210–5 Pa) yeniden hesaplama yapmak zor değildir.

Özel olarak belirtmek gerekirse, optimal frekans çözünürlüğünü veya basitçe söylemek gerekirse, frekans tepkisinin ölçülen noktaları arasındaki adımı gerektirir. Zaman zaman tozlanan, standart yönetimli frekans tepkisinin son derece uzmanlaşmış ölçümleri analog bir taban üzerinde yapılır ve frekans aralığı arttıkça frekans arttıkça artan bir hızda geçer. Böylece logaritmik frekansa yakın bir bağımlılık elde edilir. "Analog" frekans yanıtlarında, düşük frekanslarda çözünürlük iyidir, yüksek frekanslarda ise zayıftır (oradaki ilerleme hızı, kayıt cihazının mikrofondan gelen sinyalin genliğini titizlikle kaydedebilmesi için çok yüksektir). Hız çizelgesi, onaylanmış kurallara ve elbette analog ekipmanın dinamik yeteneklerine göre belirlenir. Günümüzde gelişmiş frekans yanıtları, hem yüksek hassasiyetli dijital hem de düşük gürültülü analogun bir arada bulunduğu özel ses analizörleri kullanılarak hesaplanmaktadır. Tüm uluslararası ölçüm gereksinimlerini karşılayan yüksek kaliteli ses analizörleri akıllara durgunluk verecek derecede pahalıdır. Her Rus şirketi, yepyeni bir yabancı otomobille aynı tutarı ödeyen bir ölçüm analizörüne para ayıramaz. Resmi tamamlamak için, ön amplifikatörlü bir ölçüm mikrofonunun (analizör paketine dahil değildir) fiyatından bahsedeceğim: hala iki bin yaprak dökmeyen miktarın karşılanması gerekiyor. Ancak ustaca ölçüm metodolojisi çoğu durumda akustik olarak zayıflatılmış bir kamera olmadan yapmayı mümkün kılar, çünkü akustik sistemlerin frekans tepkisini ölçmek için ikincisinin maliyeti tam anlamıyla yıkıcıdır. Bu tür analizörlerin frekans çözünürlüğü mevcut kuralların gerektirdiğini aşmaktadır, ancak araştırma amacıyla deyim yerindeyse varyasyon olasılığı sağlanmaktadır. Bu arada, frekans doğrusal olarak değişir (!), bu da birçok avantaj sağlar ve daha sonra analizör, standartlaştırılmış bir grafikte görüntülemek için biriken diziyi logaritmik bir ölçekte yeniden hesaplar.

Bir bilgisayardaki yazılımda frekans tepkisini simüle ederken (bir ses kartı kullanarak), ana osilatör sinyalinin yerini dijital olarak simüle edilmiş bir sinyal alır. Kural olarak, tüm ses frekanslarında sorunsuz bir şekilde ilerleyen bir tarama tonu kullanılır. Simüle edilen sinyalde ses frekansı, klasik frekans tepkisi ölçerle hemen hemen aynı şekilde artar. Bu dijital sinyal gerçek zamanlı olarak (duraklama olmadan) oynatılır ve ses kartının DAC'si hoparlörlere gönderilen (bir amplifikatör aracılığıyla) analog bir sinyal üretir; Daha sonra hoparlörlerden yayılan ses, ön yükselticili bir mikrofon aracılığıyla algılanıyor ve aynı ses kartının ADC'si kullanılarak kaydediliyor. Ses ve kaydın aynı anda (aslında gecikmeli olarak) yapılabilmesi için kartın gerçekten tam çift yönlü olması gerektiği açıktır. Her dönüştürücü, amplifikatör ve mikrofonun (aynı zamanda akustik rezonatör olarak odanın) kendi frekans tepkisi vardır, bu nedenle hoparlörlerin doğru özelliklerini elde etmek için ya tüm dönüştürücülerin frekans tepkisi ideal olmalı ya da tüm sapmalar olmalıdır. dikkate alınmalıdır. Dijital olarak kaydedilen sinyal, kaydedilen sinyalin tepe büyüklüğünde veya RMS gücünde zaman içinde bir değişiklik üretebilen bir program tarafından derhal işlenir. Ve bu sinyaldeki frekansın nasıl değiştiği önceden bilindiğinden, frekans tepkisi zaten cebinizdeymiş gibi görünüyor. Ancak hem tepe büyüklüğü hem de rms gücünü doğru bir şekilde belirlemek için bunların hesaplanacağı zaman aralığını ayarlamanız gerekir. Küçük bir aralık ayarlarsanız, gerçeğe yakın, ancak her türlü kötü düzensizlik nedeniyle bozulan bir frekans yanıtı elde edersiniz. Geniş bir aralık ayarlarsanız, gerçek frekansla hiçbir ortak yanı olmayan, ancak pürüzsüz, bir çaydanlık tarafından bile kolayca yorumlanabilen bir frekans yanıtı elde edersiniz. Ayrıca sabit aralık olması durumunda tarama ve tesviyeden kaynaklanan en büyük hata frekansın logaritmik olarak artmasıyla ortaya çıkacaktır. Frekans çözünürlüğünü iyileştirmek için simüle edilen sinyalin uzatılması gerekeceği açıktır ve bu, frekans yanıtını ölçmek için "yönetilen" kuralların ihlaline yol açacaktır.

Bir incelik daha var. Herhangi bir fiziksel cihazın yanıtında bir zaman gecikmesi vardır. Özellikle hoparlör konisi bozulmalara anında tepki veremez. Difüzörün kütlesi ne kadar büyükse ve süspansiyonu ne kadar sertse, reaksiyon da o kadar kötü olabilir. Mikrofonun zaman içindeki tepkisine, örneğin darbeye "büyüteç altında" bakın; çok karmaşık bir geçici süreç göreceksiniz. Belirtilen sorunlara rağmen, yazılım simülasyonu frekans cevabının standarda oldukça yakın hesaplanmasına olanak sağlar, ancak şimdi başka bir şeyden bahsediyoruz. Standardın geçerliliğini yitirmiş gibi görünüyor! Elbette, tarih öncesi donanım frekans tepki ölçerlerini programlı olarak giderek daha iyi simüle etmeye devam edebilirsiniz, ancak gelin köküne bakalım. Frekans çözünürlüğünü artırarak, çok sayıda frekans tepkisi yorumlayıcısının onlarca yıldır anlamaya çalıştığı şeyin net bir açıklamasına sahip olursunuz.

En zor ve sinsi şey burada yatıyor. Bilindiği gibi frekans ve zamanı aynı anda doğru bir şekilde belirlemek prensip olarak imkansızdır (Heisenberg belirsizliği olarak da bilinir). Yani frekans değerini belirlemek için sinyalin yeterli bir süre gözlemlenmesi gerekir. Bu boşluk ne kadar büyük olursa, frekans o kadar doğru bir şekilde belirlenebilir ve bunun tersi de geçerlidir. Ve test tarama sinyalindeki frekans sürekli değiştiğinden, frekans arttıkça hata daha küçük olacaktır. Frekans değerindeki değişikliklerin grafiği, bir test sinyali veya ses dosyası oluşturmaya yönelik yazılım prosedürüne dahil edildiğinden kesin olarak bilinmektedir. İkincisi kafa karıştırıcıdır. Mikrofon tarafından kaydedilen sinyaldeki frekanslar, çok sayıda ara dönüşüm nedeniyle simüle edilen ve seslendirilen sinyale göre dalgalanacaktır. Böylece yine tarama sinyalindeki frekans değişimini yavaşlatma ihtiyacına geliyoruz.

Kayan tonlu test sinyali yerine sıklıkla beyaz gürültü kullanılır. Hem konuşmacılar için daha güvenli hem de işleme açısından daha kolay. Ama... Burada yine bazı “amalar” var. Hızlı Fourier Dönüşümü (FFT) prosedürü, kaydedilen sinyali bir spektruma ayrıştırmak için kullanılır. Rastgele nitelikteki hataları en aza indirmek için farklı zamanlarda elde edilen FFT sonuçlarının ortalamasının alınması gerekir. Spektrumun ortalaması ne kadar fazla olursa, frekans tepkisinin hesaplanmasındaki hata o kadar küçük olur. Frekans çözünürlüğünü iyileştirmek için FFT'ye yönelik zaman penceresinin uzunluğu artırılır, yani örnek boyutu artırılır. Düşük frekanslarda yüksek çözünürlük elde etmek amacıyla örnek boyutu 65536'ya yükseltilir. Ancak düşük frekanslarda hoparlörler, azaltılmış akustik güce sahip beyaz gürültü bileşenlerini seslendirir. Bu da böyle bir frekans tepkisinin alt frekanslarında inanılmaz tıkanmalara yol açıyor.

Son olarak frekans tepkisi, bir delta darbesi oluşturularak ve kaydedilen transfer fonksiyonundan karmaşık FFT'nin büyüklüğü hesaplanarak elde edilebilir. Burada spektrumun ortalamasını alarak hataları en aza indirmek için darbe tekrarlama aralığını seçmeniz gerekecektir. Bir dizi nedenden dolayı bu yöntem, hoparlör sistemlerinden ziyade ADC'ler için daha uygundur.

Yukarıda listelenen üç özelliğin durağan tahminler olduğunu, yani akustik sistemin dinamiklerini hesaba katmadığını tahmin etmek kolaydır. "Köpeğin karıştırdığı yer orası!" Uzmanlar (hem kendi kendini yetiştirmiş yetenekli insanlar hem de zengin müzik severlerden gelen kibirli züppeler) genellikle diğer insanların kopya sayfalarına bakarak ve kendi işitsel duyumları tarafından yönlendirilerek frekans tepkisinin zikzaklarını açık bir şekilde yorumlamaya çalışırlar. Yorumlama nankör bir iştir, çünkü iki akustik sistemin frekans tepkisi ikiz gibi birbirine benzeyebilir ve bu sistemler farklı ses çıkarır. Ve her durumda aynı sesi veren hoparlörlerin, bir kabuktaki iki bezelye gibi bir frekans tepkisine sahip olacağı da bir gerçek değil. Ne yazık ki, burada kesin bir kesinlik yok. Sonra kimsenin ölçülen frekans tepkisine ihtiyacı olmadığı ve hiçbir şey söylemediği ortaya çıktı. Hayır, bu doğru değil. Sadece standart frekans tepkisinin, gerçekliğin koşullu basitleştirilmiş bir yansıması olduğunu (bir bakıma, kaba bir kalıp dilimi) olduğunu hatırlamanız gerekir, ancak kesinlikle belirli kurallara göre gerçekleştirilmesine rağmen, aynı zamanda koşullu olduğunu da unutmayın. Bazen elde edilen frekans tepkisinin gerçek frekans tepkisine yakınlığı çok iyidir, bazen de ne yazık ki çok kötüdür. Şunu açıklığa kavuşturalım: Her ne kadar frekans tepkisi objektif değerlendirme ve ölçümlerin sonucu olsa da yorumlanması subjektif bir konudur. “Kanun, ne çeki demiri” gibi. Nereye dönsem, orası ortaya çıkıyordu." Başka bir deyişle, misafir frekans yanıtının grafiği mevcut Windows tarafından yayınlanan hata mesajlarına benzer: yalnızca deneyimli bir uzman bunun yanlış bir mesaj olup olmadığını, tamamen saçmalık mı yoksa rastgele bir gerçek ve yalan karışımı mı olduğunu belirleyebilir.

Hoparlör üreticileri, hoparlörlerinde neyi ve nasıl iyileştireceklerini anlamak ve anlamak için dinamik özellikleri (örneğin, dalgacık dönüşümüne dayalı) sessizce kullanırlar. Alıcılara eski usulde yalnızca durağan özellikler, yani zamanda donmuş olarak gösteriliyor. Dahası, genellikle çok bakımlı ve taranmışlar, böylece belirli sütunların sırları konusunda bilgi sahibi olmayan kişilerin gereksiz soruları olmaz.

Aktif hoparlör sistemlerine gelince, pasif olanlardan farklı olarak, yerleşik amplifikatörün dinamikleri hoparlörlerin dinamiklerine (zaman davranışı) eklendiğinden görev daha karmaşık hale gelir. Ve ikincisi, herhangi bir ölçümsüz amplifikatör gibi, farklı frekanslarda ve güç seviyelerinde farklı bir doğrusal olmayan bozulma katsayısına sahiptir.

AFC kısaltması genlik-frekans tepkisi anlamına gelir. İngilizce'de bu terim, kelimenin tam anlamıyla "frekans tepkisi" anlamına gelen "frekans tepkisi" gibi ses çıkarır. Devrenin genlik-frekans karakteristiği, belirli bir cihazın çıkışındaki seviyenin, bu cihazın girişindeki sinüzoidal sinyalin sabit bir genliğinde iletilen sinyalin frekansına bağımlılığını gösterir. Frekans tepkisi analitik olarak formüller aracılığıyla veya deneysel olarak belirlenebilir. Herhangi bir cihaz, elektrik sinyallerini iletmek (veya yükseltmek) için tasarlanmıştır. Cihazın frekans tepkisi bağımlılıkla belirlenir. iletim katsayısı(veya kazanç).

İletim katsayısı

İletim katsayısı nedir? İletim katsayısı devrenin çıkışının girişindeki gerilime oranıdır. Veya formül:

Nerede

Sen dışarıdasın– devre çıkış voltajı

Sen içeridesin– devre girişindeki voltaj

Güçlendirme cihazlarında iletim katsayısı birlikten daha büyüktür. Cihaz iletilen sinyalin zayıflamasına neden oluyorsa, iletim katsayısı birden az olur.

İletim katsayısı şu şekilde ifade edilebilir:

Proteus programında RC devrelerinin frekans tepkisini oluşturuyoruz

Frekans tepkisinin ne olduğunu tam olarak anlayabilmek için aşağıdaki şekle bakalım.

Yani girişine sinüzoidal bir sinyal vereceğimiz bir "kara kutumuz" var ve kara kutunun çıkışında sinyali kaldıracağız. Koşul yerine getirilmelidir: giriş sinüzoidal sinyalinin frekansını değiştirmeniz gerekir, ancak genliği devamlı.

Bir sonraki adımda ne yapmalıyız? İlgimizi çeken giriş sinyali frekans değerlerinde kara kutudan sonra çıkış sinyalinin genliğini ölçmemiz gerekiyor. Yani, giriş sinyalinin frekansını 0 Hertz'den (doğru akım) hedeflerimizi karşılayacak nihai bir değere değiştirmeli ve karşılık gelen giriş değerlerinde çıkışta sinyalin genliğinin ne olacağını görmeliyiz.

Bütün bunlara bir örnekle bakalım. Radyoelementlerin zaten bilinen değerlerine sahip en basitini kara kutuda alalım.

Daha önce de söylediğim gibi frekans tepkisi deneysel olarak oluşturulabileceği gibi simülatör programları kullanılarak da oluşturulabilir. Bana göre yeni başlayanlar için en basit ve en güçlü simülatör Proteus'tur. Onunla başlayalım.

Bu devreyi Proteus programının çalışma alanında kuruyoruz

Devrenin girişine sinüzoidal bir sinyal uygulamak için “Jeneratörler” butonuna tıklayıp SINE seçeneğini seçip devremizin girişine bağlıyoruz.

Çıkış sinyalini ölçmek için “V” harfli simgeye tıklamanız ve açılan simgeyi devremizin çıkışına bağlamanız yeterlidir:

Estetik açısından, giriş ve çıkışın adını zaten günah ve çıkış olarak değiştirdim. Bunun gibi bir şeye benzemeli:

İşin yarısı zaten tamamlandı.

Şimdi geriye kalan tek şey önemli bir araç eklemek. Daha önce de söylediğim gibi, kelimenin tam anlamıyla İngilizce'den çevrilmiş - "frekans yanıtı" olarak adlandırılan buna "frekans yanıtı" denir. Bunu yapmak için “Diyagram” düğmesine tıklayın ve listeden “frekans” seçeneğini seçin.

Ekranda buna benzer bir şey görünecek:

LMB'ye iki kez tıklıyoruz ve bunun gibi bir pencere açılıyor; burada giriş sinyali olarak sinüs üretecimizi (sin) seçiyoruz, bu artık girişteki frekansı ayarlıyor.

Burada devremizin girişine süreceğimiz frekans aralığını seçiyoruz. Bu durumda bu, 1 Hz ile 1 MHz arasındaki aralıktır. Başlangıç ​​frekansını 0 Hertz olarak ayarlarken Proteus hata veriyor. Bu nedenle başlangıç ​​frekansını sıfıra yakın bir değere ayarlayın.

ve sonuç olarak çıktımızı içeren bir pencere görünmelidir

Boşluk çubuğuna basın ve sonucun tadını çıkarın

Peki frekans tepkimize bakarsanız ne gibi ilginç şeyler bulabilirsiniz? Fark etmiş olabileceğiniz gibi, frekans arttıkça devrenin çıkışındaki genlik azalır. Bu, RC devremizin bir çeşit frekans filtresi olduğu anlamına gelir. Böyle bir filtre, bizim durumumuzda 100 Hertz'e kadar olan düşük frekansları geçirir ve ardından artan frekansla onları "ezmeye" başlar. Frekans ne kadar yüksek olursa, çıkış sinyalinin genliği de o kadar zayıflar. Dolayısıyla bu durumda RC devremiz en basit olanıdır. Fİltrom N izköy H frekans (alçak geçiren filtre).

Bant genişliği

Sadece radyo amatörleri arasında değil, aynı zamanda böyle bir terim de var. Bant genişliği– Bu, bir radyo devresinin veya cihazının frekans tepkisinin, şekli önemli ölçüde bozulmadan sinyal iletimini sağlayacak kadar tekdüze olduğu frekans aralığıdır.

Bant genişliği nasıl belirlenir? Bunu yapmak oldukça kolaydır. Frekans yanıtı grafiğinde frekans yanıtının maksimum değerinden -3 dB düzeyini bulmak ve doğrunun grafikle kesiştiği noktayı bulmak yeterlidir. Bizim durumumuzda bu, buharda pişirilmiş şalgamlardan daha hafif yapılabilir. Diyagramımızı tam ekrana genişletmemiz ve yerleşik işaretleyiciyi kullanarak frekans tepki grafiğimizle kesiştiği noktada -3 dB düzeyindeki frekansa bakmamız yeterlidir. Gördüğümüz gibi 159 Hertz'e eşittir.

-3 dB düzeyinde elde edilen frekansa denir. kesme frekansı. Bir RC devresi için aşağıdaki formül kullanılarak bulunabilir:

Bizim durumumuz için hesaplanan frekansın 159,2 Hz olduğu ortaya çıktı ve bu da Proteus tarafından onaylandı.

Desibel ile uğraşmak istemeyenler çıkış sinyalinin maksimum genliğinden 0,707 düzeyinde bir çizgi çizip grafikle kesişimine bakabilirler. Bu örnekte netlik sağlamak amacıyla maksimum genliği %100 düzeyi olarak aldım.

Pratikte frekans tepkisi nasıl oluşturulur?

Cephaneliğinizde bulundurarak pratikte frekans tepkisini nasıl oluşturabilirsiniz?

O zaman hadi gidelim. Zincirimizi gerçek hayatta oluşturalım:

Şimdi devrenin girişine bir frekans üreteci takıyoruz ve bir osiloskop yardımıyla çıkış sinyalinin genliğini izliyoruz ve ayrıca giriş sinyalinin genliğini de izleyeceğiz, böylece kesinlikle emin olacağız. RC devresinin girişine sabit genlikli sinüs dalgası sağlanır.

Frekans tepkisini deneysel olarak incelemek için basit bir devre kurmamız gerekir:

Görevimiz jeneratörün frekansını değiştirmek ve osiloskopun devre çıkışında ne gösterdiğini gözlemlemektir. Devremizi en düşükten başlayarak frekanslar üzerinden çalıştıracağız. Daha önce de söylediğim gibi sarı kanal, deneyi dürüst bir şekilde yürüttüğümüzün görsel kontrolüne yöneliktir.

Bu devreden geçen doğru akım çıkışta giriş sinyalinin genlik değerini üretecektir, yani giriş sinyalimizin genliği 4 Volt olduğundan ilk nokta (0;4) koordinatlarına sahip olacaktır.

Osilogramda aşağıdaki değere bakıyoruz:

Frekans 15 Hertz, çıkış genliği 4 Volt. Yani ikinci nokta (15:4)

Üçüncü nokta (72;3.6). Kırmızı çıkış sinyalinin genliğine dikkat edin. Sarkmaya başlıyor.

Dördüncü nokta (109;3.2)

Beşinci nokta (159;2.8)

Altıncı nokta (201;2.4)

Yedinci nokta (273;2)

Sekizinci nokta (361;1.6)

Dokuzuncu nokta (542;1.2)

Onuncu nokta (900;0,8)

Peki, son onbirinci nokta (1907;0.4)

Ölçümler sonucunda bir plaka elde ettik:

Elde edilen değerlere göre bir grafik oluşturuyoruz ve deneysel frekans yanıtımızı alıyoruz;-)

Teknik literatürden farklı çıktı. X ölçeği grafiğimdeki gibi doğrusal değil, logaritmik bir ölçekte alındığından bu anlaşılabilir bir durumdur. Gördüğünüz gibi frekans arttıkça çıkış sinyalinin genliği azalmaya devam edecektir. Frekans yanıtımızı daha da doğru bir şekilde oluşturabilmek için mümkün olduğu kadar çok noktayı dikkate almamız gerekiyor.

Bu dalga formuna geri dönelim:

Burada kesme frekansında çıkış sinyalinin genliği tam olarak 2,8 Volt olarak ortaya çıktı ve bu da tam olarak 0,707 seviyesinde. Bizim durumumuzda %100 4 Volttur. 4x0,707=2,82 Volt.

Bant geçiren filtre frekans yanıtı

Frekans tepkisi tepe veya çukur gibi görünen devreler de vardır. Bir örneğe bakalım. Frekans tepkisi tepe şeklinde olan bant geçiren filtre olarak adlandırılan filtreyi ele alacağız.

Aslında şemanın kendisi:

Ve işte frekans tepkisi:

Bu tür filtrelerin özelliği, iki kesme frekansına sahip olmalarıdır. Ayrıca iletim katsayısının maksimum değerinden -3 dB seviyesinde veya 0,707 seviyesinde, daha doğrusu K u max /√2 seviyesinde belirlenirler.

Grafiğe dB cinsinden bakmak sakıncalı olduğundan, işareti kaldırarak onu Y ekseni boyunca doğrusal moda geçireceğim

Yeniden yapılanma sonucunda aşağıdaki frekans yanıtı elde edildi:

Maksimum çıkış değeri, 10 Volt giriş sinyali genliğiyle 498 mV idi. Hımmm, fena bir “amplifikatör değil”) Yani frekans değerini 0,707x498=352mV seviyesinde buluyoruz. Sonuç, iki kesme frekansıdır - 786 Hz ve 320 KHz frekansı. Dolayısıyla bu filtrenin bant genişliği 786Hz ila 320KHz arasındadır.

Uygulamada, frekans tepkisini elde etmek için, frekans tepkisini incelemek amacıyla karakteristik eğri analizörleri adı verilen cihazlar kullanılır. Sovyetler Birliği'nin örneklerinden biri böyle görünüyor

PFC, faz-frekans karakteristiği, faz yanıtı - faz yanıtı anlamına gelir. Faz frekansı karakteristiği, cihazın girişindeki ve çıkışındaki sinüzoidal sinyaller arasındaki faz kaymasının giriş salınımının frekansına bağımlılığıdır.

Faz farkı

Sanırım şu ifadeyi birden fazla duymuşsunuzdur: “faz kayması yaşadı.” Bu tabir son zamanlarda sözlüğümüze girdi ve kişinin aklını biraz oynattığı anlamına geliyor. Yani, her şey yolundaydı ve sonra tekrar! Ve hepsi bu :-). Ve bu genellikle elektronikte olur) Elektronikteki sinyallerin fazları arasındaki farka denir. Faz farkı. Görünüşe göre girişe bir miktar sinyal "sürüyoruz" ve görünürde hiçbir neden yokken çıkış sinyali giriş sinyaline göre zaman içinde hareket etti.

Faz farkını belirlemek için aşağıdaki koşulun karşılanması gerekir: sinyal frekansları eşit olmalıdır. Bir sinyalin genliği Kilovolt, diğeri ise milivolt olsa bile. Önemli değil! Eşit frekanslar korunduğu sürece. Eşitlik şartı sağlanmasaydı sinyaller arasındaki faz kayması sürekli değişirdi.

Faz kaymasını belirlemek için iki kanallı bir osiloskop kullanılır. Faz farkı çoğunlukla φ harfiyle gösterilir ve osilogramda şöyle görünür:

Proteus'ta bir RC devresinin faz tepkisini oluşturma

Test devremiz için

Bunu Proteus'ta görüntülemek için tekrar "frekans yanıtı" fonksiyonunu açıyoruz

Hala jeneratörümüzü seçiyoruz

Test edilen frekans aralığını belirtmeyi unutmayın:

Uzun süre düşünmeden ilk pencereden çıkışımızı seçiyoruz

Ve şimdi temel fark: "Eksen" sütununda işaretçiyi "Sağ" üzerine koyun

Boşluk tuşuna basın ve işte!

Tam ekrana genişletebilirsiniz

İstenirse bu iki özellik tek grafikte birleştirilebilir

Kesme frekansında giriş ve çıkış sinyali arasındaki faz kaymasının 45 derece veya radyan p/4 cinsinden olduğuna dikkat edin (büyütmek için tıklayın)

Bu deneyde 100 KHz'in üzerindeki frekansta faz farkı 90 derecelik bir değere (π/2 radyan cinsinden) ulaşır ve değişmez.

FCHH'yi pratikte geliştiriyoruz

Pratikte faz tepkisi, frekans tepkisiyle aynı şekilde, yalnızca faz farkını gözlemleyerek ve okumaları bir tablete kaydederek ölçülebilir. Bu deneyde, kesme frekansında giriş ve çıkış sinyalleri arasında gerçekte 45 derece veya radyan cinsinden π/4 faz farkına sahip olduğumuzdan emin olacağız.

Böylece bu dalga biçimini 159,2 Hz kesme frekansında elde ettim.

Bu iki sinyal arasındaki faz farkını bulmamız gerekiyor

Tüm periyot 2p'dir, yani periyodun yarısı π'dir. Yarım döngü başına yaklaşık 15,5 bölümümüz var. İki sinyal arasında 4 bölüm fark vardır. Orantı kuralım:

Dolayısıyla x=0,258p veya neredeyse 1/4p diyebiliriz. Dolayısıyla bu iki sinyal arasındaki faz farkı n/4'e eşit oluyor ve bu da Proteus'ta hesaplanan değerlerle neredeyse birebir örtüşüyor.

Özet

Genlik-frekans yanıtı devre, belirli bir cihazın çıkışındaki seviyenin, bu cihazın girişindeki sinüzoidal sinyalin sabit genliğinde iletilen sinyalin frekansına bağımlılığını gösterir.

Faz frekansı yanıtı cihazın girişindeki ve çıkışındaki sinüzoidal sinyaller arasındaki faz kaymasının giriş salınımının frekansına bağımlılığıdır.

İletim katsayısı devrenin çıkışının girişindeki gerilime oranıdır. İletim katsayısı birden büyükse, elektrik devresi giriş sinyalini güçlendirir; birden küçükse zayıflatır.

Bant genişliği– Bu, bir radyo devresinin veya cihazının frekans tepkisinin, şekli önemli ölçüde bozulmadan sinyal iletimini sağlayacak kadar tekdüze olduğu frekans aralığıdır. Frekans yanıtının maksimum değerinden 0,707 düzeyine göre belirlenir.

İncelemeye geçmeden önce dışarıda oynamak için kombinasyonlar Asıl meseleyi çözmek istiyorum. Duyduğumuz ses nasıl oluşur?
Oluşum sürecinde ses yaklaşık olarak şu şekilde ilerler:

Alma veya mikrofon --->
ön amplifikatör --->
ekolayzer/efekt seti --->
güç amplifikatörü --->
akustik sistem.

Çıkışta akustik sistemimiz (hoparlör) bulunmaktadır. Ve hoparlör resimde çok az yer kaplamasına rağmen sesi oluşturur ve dolayısıyla çok şey belirler.

Başka bir deyişle: Hoparlör sistemi kötüyse, PA'dan ne kadar yüksek kaliteli sinyal gelirse gelsin, konuşmacının neyi iletmeye karar verdiğini duyacağız. Bazen taşınabilir amplifikatör üreticilerinin bunu unutup, tasarımlarına tamamen vasat hoparlörler taktıklarını, yüksek kaliteli ses üretemeyen ve çaldığınız şeyi iyi iletemediğini belirtmekte fayda var. Birçok kombinasyon bu dezavantajdan muzdariptir.
Fakat:

AKUSTİK ÖNCE SİSTEMİN SESİNİ BELİRLİYOR!
Ve onun en önemli bileşenidir.
Genel olarak, müzik ortamında ahşap ve gitarlar, efekt setleri vb. Hakkında çok fazla konuşma yapılması gariptir. amplifikatörler ve güç amplifikatörleri, kablolar, ancak hoparlörler ve hoparlör sistemlerinden çok az bahsediliyor.
Benim için bu soru, her şeyden önce, taşınabilir ekipmanın zayıf sesiyle ilgili sorunları çözmeye başladığımda ortaya çıktı. Asıl sorun küçük, duyulmayan, ucuz ve duyarlılığı zayıf hoparlörlerdir.

90'lı yılların başında, Hi-End Rusya'da ilk kez ortaya çıkmaya başladığında, kaynakların dağıtımı konusunda harika bir ampirik formül vardı. Şuna benzer bir şeye benziyordu: %50 - akustik, %10 - tüm kablolar, %40 - kaynak ve amplifikatör.
Ve bu genellikle doğrudur, çünkü... Sisteminizi üzerine kurabileceğiniz ve yüksek kaliteli ses elde edebileceğiniz temel temel, doğru seçilmiş akustiktir.

Ve böylece, hadi Gelelim konuşmacılara:

Hoparlörün ana parçaları mıknatıs, bobin, membran (difüzör), çerçeve (sepet, difüzör tutucusu) şeklindedir. Sesi, parametreleri, konfigürasyonu - amacı etkileyen ana bileşenler ilk üçüdür.
Ayrıca hoparlörlerde belirtilen ve bunların seçilebileceği parametrelerden de hemen bahsetmek istiyorum. (Ve her birinin özünü ve konuşmacının her bir parçasının onu nasıl etkilediğini biraz sonra inceleyeceğiz.)

HOPARLÖR PARAMETRELERİ:

"Duyarlılık"- bu, hoparlörün geliştirdiği standart ses basıncıdır (SPL). Sabit bir frekansta (hoparlör belgelerinde aksi belirtilmediği sürece genellikle 1 kHz) 1 Watt giriş gücüyle 1 metre mesafeden ölçülür.
Hoparlör sisteminin hassasiyeti ne kadar yüksek olursa, belirli bir güç girişi için üretebileceği ses de o kadar yüksek olur. Yüksek hassasiyete sahip hoparlörlere sahip olduğunuzda, çok güçlü olmayan bir amplifikatöre sahip olabilirsiniz ve tam tersine, düşük hassasiyete sahip hoparlörleri "sürmek" için daha yüksek güçlü bir amplifikatöre ihtiyacınız olacaktır.
Sayısal bir hassasiyet değeri, örneğin 90 dB/W/m, bu hoparlörün, 1 W giriş gücüyle hoparlörden 1 m uzaklıkta 90 dB'lik bir ses basıncı oluşturabildiği anlamına gelir. Geleneksel hoparlörlerin hassasiyeti 84 ila 102 dB arasındadır. Geleneksel olarak, 84-88 dB duyarlılığı düşük, 89-92 dB - orta, 94-102 dB - yüksek olarak adlandırılabilir. Ölçümler normal bir odada yapılırsa, duvarlardan yansıyan ses, hoparlörlerin doğrudan radyasyonuyla karışarak ses basıncı seviyesini artırır. Bu nedenle, bazı şirketler hoparlörleri için yankısız bir odada ölçülen "yankısız" hassasiyeti belirtir. Yankısız duyarlılığın daha “dürüst” bir özellik olduğu açıktır.

"Tekrarlanabilir frekans aralığı" ses basıncındaki sapmanın belirli sınırları aşmadığı frekans sınırlarını belirtir. Genellikle bu sınırlar “frekans tepkisinin eşitsizliği” gibi bir özellikte belirtilir.

Frekans tepkisi - hoparlörün genlik-frekans karakteristiği.
Yeniden üretilen frekansa bağlı olarak hoparlörün ses basıncı seviyesini gösterir. Genellikle grafik şeklinde sunulur. İşte Celestion Vintage 30 hoparlörünün frekans yanıtının bir örneği:

“Frekans tepkisinin düzensizliği”- çoğaltılan frekans aralığında düzensiz genlik gösterir. Tipik olarak 10 ila 18 dB arasındadır.

(Ayar - evet, ± 3 dB - bu, belirtilen aralıkta daha "dürüst" sinyal üretimi için gerekli olan hoparlör özelliğidir.)

"Empedans" (DİRENÇ)- hoparlörün toplam elektrik empedansı, genellikle 4 veya 8 ohm. Bazı hoparlörlerin empedansı 16 ohm'dur, bazıları ise standart değerler değildir. 2, 6, 10, 12 Ohm.

"Nominal elektrik gücü" RMS (Nominal Maksimum Sinüsoidal) - sabit uzun vadeli güç girişi. Bir hoparlörün, koni çevresine zarar vermeden, ses bobinini aşırı ısıtmadan veya başka sorunlar yaşamadan uzun bir süre boyunca dayanabileceği güç miktarını ifade eder.

"En yüksek elektrik gücü"- maksimum giriş gücü. Hoparlörün hasar riski olmadan kısa bir süre (1-2 saniye) dayanabileceği gücü belirtir.

Artık hoparlörün her bir parçasının hoparlörün parametrelerini ve bir bütün olarak sesi nasıl etkilediğini düşünebilirsiniz. :) Ancak bunun hakkında daha fazla bilgiyi aşağıdaki makalelerde bulacaksınız.

Hoparlörün diğer parametreleri membranın boyutu ve malzemesi gibi. Ve bunların özellikler ve ses üzerindeki etkileri. Başka bir yazıda buna bakalım.

Kirill Trufanov
Gitar atölyesi.

Motorola Pulse Escape Bluetooth kulaklık satın aldım. Genel olarak sesi beğendim ama bir şey belirsiz kaldı. Talimatlara göre bir ekolayzır anahtarı var. Muhtemelen, kulaklıkların bir daire içinde değişen birkaç yerleşik ayarı vardır. Ne yazık ki hangi ayarların olduğunu ve kaç tane olduğunu kulakla belirleyemediğim için ölçerek bulmaya karar verdim.

Bu nedenle, kulaklıkların genlik-frekans tepkisini (AFC) ölçmek istiyoruz - bu, hangi frekansların daha yüksek sesle, hangilerinin daha sessiz üretildiğini gösteren bir grafiktir. Bu tür ölçümlerin özel ekipman olmadan "diz üzerinde" yapılabileceği ortaya çıktı.

Windows'lu bir bilgisayara (dizüstü bilgisayar kullandım), bir mikrofona ve ayrıca bir ses kaynağına - bluetooth'lu bir tür oynatıcıya (bir akıllı telefon aldım) ihtiyacımız olacak. Elbette kulaklıkların kendisi.

(Kesiğin altında çok sayıda resim var).

Hazırlık

Tabii ki, böyle bir mikrofonun kendi frekans tepkisi vardır (ve ileriye bakıldığında yön modeli), bu nedenle ölçüm sonuçlarını büyük ölçüde bozar, ancak eldeki göreve uygundur çünkü mutlak olanla pek ilgilenmiyoruz. kulaklıkların özellikleri, ancak ekolayzır açıldığında nasıl değiştikleri.

Dizüstü bilgisayarda yalnızca bir birleşik ses girişi vardı. Mikrofonumuzu oraya bağlıyoruz:

Böylece tek ses konektörü meşgul olur ve bu nedenle ek bir ses kaynağına ihtiyaç duyulur. Akıllı telefona pembe gürültü adı verilen özel bir test ses sinyali indiriyoruz. Pembe gürültü, tüm frekans spektrumunu içeren ve tüm aralıkta eşit güce sahip bir sestir. (Beyaz gürültü ile karıştırmayın! Beyaz gürültü farklı bir güç dağılımına sahip olduğundan hoparlörlere zarar verebileceği için ölçümlerde kullanılamaz).

Mikrofon hassasiyet düzeyini ayarlayın. Windows'ta hoparlör simgesine sağ tıklayın ve kayıt cihazlarını ayarla'yı seçin:

Ölçüm programını dizüstü bilgisayara yüklüyoruz. TrueRTA'yı tek ekranda birçok grafiği aynı anda görebilme yeteneği nedeniyle seviyorum. (RTA - İngilizce frekans yanıtı). Ücretsiz demo sürümünde program, frekans tepkisini oktav adımlarıyla ölçer (yani bitişik ölçüm noktalarının frekansı 2 kat farklılık gösterir). Bu elbette çok kaba bir yaklaşım ama bizim amaçlarımız açısından işe yarayacak.

Bant kullanarak mikrofonu masanın kenarına yakın bir yere sabitleyin, böylece bir kulaklıkla kapatılabilir:

Ölçümler

Ölçüm sınırını 20 Hz'ye ve ölçüm sayısını örneğin 100'e ayarladık. Program, belirtilen sayıda ölçümü arka arkaya otomatik olarak yapacak ve sonucun ortalamasını alacaktır; bu bir gürültü sinyali için gereklidir. Çubuk grafiklerin görüntülenmesini kapatın, bunun yerine grafiklerin çizilmesine izin verin (üstteki çubuk görüntüsünün bulunduğu düğme bir sonraki ekran görüntüsünde işaretlenmiştir).

Ayarları yaptıktan sonra ilk ölçümü yapıyoruz - bu sessizliğin ölçümü olacak. Pencereleri ve kapıları kapatıyoruz, çocuklardan sessiz olmalarını istiyoruz ve Git'e basıyoruz:

Şimdi gerçek test sinyalini ölçeceğiz. Akıllı telefonunuzdaki oynatıcıyı düşük ses seviyesinden başlayarak açın.

Ölçümü TrueRTA'da Go butonu ile başlatıyoruz ve akıllı telefonun sesini kademeli olarak açıyoruz. Ücretsiz kulaklıktan bir tıslama sesi gelmeye başlar ve ekranda bir grafik belirir. Grafik yaklaşık -10...0dBu yüksekliğe ulaşana kadar hacim ekleyin:

Bu grafiği referans olarak alacağız. Kulaklıklar kablo üzerinden sinyal alıyor, bu modda herhangi bir ekolayzır olmadan pasif hoparlör olarak çalışıyorlar, düğmeleri çalışmıyor. Grafiği 1 numaralı hafızaya kaydedelim (Görünüm → Hafızaya Kaydet → Hafıza 1'e Kaydet menüsünden veya Alt+1 tuşlarına basarak). Grafikleri hafıza hücrelerine kaydedebilir ve pencerenin üst kısmındaki Mem1..Mem20 butonlarını kullanarak bu grafiklerin ekranda görüntülenmesini etkinleştirebilir veya devre dışı bırakabilirsiniz.

Şimdi kabloyu (hem kulaklıktan hem de akıllı telefondan) ayırıyoruz ve kulaklıkları masanın üzerinde hareket ettirmemeye dikkat ederek bluetooth aracılığıyla akıllı telefona bağlıyoruz.

Şimdi ekolayzırı kulaklık düğmelerini kullanarak değiştiriyoruz. Kulaklıklar neşeli bir kadın sesiyle "EQ değişti" mesajını veriyor. Ölçümü açıyoruz ve grafiğin dengelenmesini bekledikten sonra şunu görüyoruz:

Bu konuda prensip olarak çalışmayı bitirebilir ve aşağıdaki sonuca varabiliriz: Bu kulaklıkların çalışan bir ekolayzırı yok. (Şimdi neden duyulamadığı açık).

Ancak sonuçlarda herhangi bir değişiklik göremememiz hayal kırıklığı yaratıyor ve hatta metodolojinin doğruluğu konusunda şüpheler uyandırıyor. Belki yanlış bir şey ölçtük?

Bonus boyutları

Evdeki akustik sistemlerin frekans tepkisinin ölçülmesi.

Test için akustik:
Zemin ayakta Tannoy Turnberry GR LE,
Merkez kanal hoparlörü Tannoy Revolution XT Merkezi,
Kitaplık hoparlörleri Kanton Vento 830.2,
Duvara monte hoparlörler Kanton Ergo 610.


Mikrofon yerleşimi.






Genlik-frekans yanıtını (AFC) ölçmek için bağlantının blok şeması.


Ölçümler için aşağıdaki cihazlar kullanıldı:
1. Ölçüm mikrofonu Behringer ECM8000
2. Harici ses kartı Tascam US-4x4
3.PC Acer V5-572G, DELL INSPIRON 5010
4. Dengeli kablo XLR-XLR (5 m)
5. İki adet Inakusik Premium kablo MiniJack-2 RCA Ve MiniJack-MiniJack 6,3 mm adaptörlü (ses kartı kalibrasyonu için)
6. Yazılım Oda EQ Sihirbazı 5.19(REW).
Yamaha RX-A3060 AV alıcısı Pure Direct modundadır.
İlk ölçümler için tüm hoparlör sistemleri sırasıyla ön kanalların çıkış terminallerine bağlandı.
Ölçümlere başlamadan önce ses kartının kalibrasyon ölçümlerinin yapılması gerekmektedir. Bunu yapmak için PC ses kartının çıkışını ve harici ses kartının Jack girişini bağlayın.
Seviyeyi kalibre etmek için ayrıca bir ses seviyesi ölçere de ihtiyacınız olacaktır, ancak tüm ölçüm seti parametrik ekolayzer ile frekans tepkisini daha da ayarlamak amacıyla gerçekleştirildiğinden ölçümlerimiz seviyeye göreli referansla yapılmıştır. alıcının düzgünsüzlüğü hakkında veri elde etmek gerekliydi.
Daha doğru ölçümler için mikrofonun özel bir laboratuvarda kalibre edilmesi veya kalibrasyon dosyasıyla birlikte gelen bir mikrofonun kullanılması da tavsiye edilir. Behringer ECM8000'i temel alan kullanılan modeller için frekans tepkisi sapmaları, özellikle düşük ve orta frekanslarda son derece küçüktür.
İlk ölçümler(seviye referansı olmadan) .
Saf Doğrudan mod.
Acer Aspire V5-572 PC ses kartının özellikleri. Tannoy Revolution XT Center merkezi kanal hoparlör sisteminin frekans tepkisi.

Tannoy Turnberry GR LE ön sistemlerinin yakın alandaki frekans tepkisi.



Yakın alandaki surround Canton Vento 830.2 kanallarının frekans tepkisi (1/12 ve 1/6 yumuşatma).



Ön varlık kanallarının ve arka varlık kanallarının frekans tepkisi, Canton Ergo 610.

Diğer uygulamalı ölçümler.
Kanton Vento 830.2. Açık ve kapalı bas refleks portu. Yakın alandaki ızgaraların etkisi.



Canton Ergo 610'da metal ağın ve Tannoy Turnberry GR LE'de masif kumaş ağın etkisi (20 cm ve 1 metre mesafede).



Tannoy Turnberry GR LE'nin frekans tepkisi (sol ve sağ kanal). Hoparlörlerdeki HF kontrolünü (+3dB) değiştirirken dinleme noktasındaki frekans yanıtındaki değişiklik.