Измерения. Часть 1. Как их интерпретировать?
Самое главное в измерениях – условия. Наколоться можно на чем угодно.
1. Например, хороший, добротный на вид китайский кабель может иметь завал на 1дБ на 20кГц. И ставишь в неловкое положение инженера, который во время настройки намерял полосу в 200кГц по уровню -3дБ, и себя, допустившего такую нелепую промашку.
2.
Испытания должны проводиться в номинальных режимах работы устройства. Если это линейный выход, то номинальная нагрузка 47кОм, можно попробовать подключить 5кОм, сравнить результаты и сделать вывод о нагрузочной способности. Но нельзя подключать 600Ом, а потом делать выводы. Это же касается уровня громкости для устройств, в которых предусмотрено его изменение.
3. Вся тестируемая цепь должна быть сначала проверена в режиме loopback (замкнута сама на себя) без подключения в разрыв испытуемого устройства. Это предел точности, выше которого устройство вряд ли сможет перепрыгнуть.
4. Для измерений можно купить крутой спектроанализатор, со стоимостью, сравнимой с московской квартирой, а можно обойтись и более дешевой картой. Мы используем ЕМУ1212М. Пока в потолок характеристик карты жестко не уперлись, можно работать с ней.
5. Кабели, разъемы естественно должны иметь хороший контакт. Это тема отдельная. Даже лезть в нее не охота.
6. ? что забыл, допишу.
Измерений можно проводить много разных. Делать разные выводы, по-разному трактовать одни и те же измерения. Рассматривать все возможные измерения и варианты интерпретаций нет смысла. Остановимся на широко распространенных, присутствующих в большинстве различного рода тестовых программ. Например, есть RMAA. Надеюсь, по сети еще гуляет бесплатная версия этой программы. Скажу честно, подумывал: «не купить ли?». И решил: «Не купить». Наличие поддержки ASIO никаким образом не отразится на качестве проводимых измерений. Вариант DS – вполне устраивает для выбранного железа.
Что мы можем измерить? Шум, динамический диапазон, THD, IMD, разделение каналов. Полученные красивые цифЕрьки, а также красивые графики надо уметь правильно трактовать. С трактовки и начнем.
Шум.
Важно здесь все. Где и как располагается шумовая полка, какие есть гармонические шумовые составляющие (как правило – наводки от цепей питания).
Первое, на что смотрим –
величина пикового значения шума. -60дБ и выше должно вызывать подозрение. Желательно послушать такой аппарат без сигнала. Порядок следующий. Выставить максимальный комфортный уровень громкости на музыкальном сигнале (лучше выбирать классику, там уровни записи ниже), а после слушать наводки без сигнала. Если их не слышно – добавлять громкость, пока не станут слышимыми.
Оценить уровень подъема громкости и сразу успокоиться, если это 12дБ и выше.
Второе. Шумовая полка должна быть ровной в диапазоне 20-20кГц. Можно встретить и полки с подъемом в сторону НЧ (как правило от 200-500Гц и ниже). Мягкий спад в области самых верхних частот – тоже не редкость (в АЦП/ЦАП там начинают работать ЦФ, у усилителей спада может не быть в исследуемой полосе).
Важно, чтобы полка была без впадин, горбов. На рисунке выше (про обогащение гармониками) изображена идеальная шумовая полка.
Шумовые полки. Добавка. Есть интересное свойство шумовой полки, характеризующее аналоговую часть прибора. Выше, в слуховых ощущениях представлен рисунок, на котором сложены гармоники по TDH. Там было показано, как лишние гармоники обогащают ВЧ диапазон сигнала. С шумовой полкой все более интересно...
Т.к. это нестационарный сигнал, он более точно характеризует поведение аналоговой части схемы, в том числе и склонность к возбуждениям. Шумовая полка должна быть горизонтальной прямой – идеальный вариант. Если шумовая полка начинает загибаться на ВЧ вверх, это характеризует неспособность схемы адекватно отработать сигнал. Обусловлено это низким реальным быстродействием схемы.
Загибы бывают разные. Может выглядеть, как плавный подъем (например с 6кГц до 20кГц подъем на 2-5дБ). Может выглядеть, как резкий подъем (например с 20кГц до 40кГц на 4-8дБ). И тот и другой вариант – являются свидетельством более худших реальных характеристик устройства относительно параметров, полученных стандартным тестированием. Т.е. в динамических режимах работы искажений будет больше. Иногда на порядок и больше (можно оценить только сравнением с линейным устройством со сходным звучанием и бОльшим уровнем гармоник). Возможен и более глубокий анализ поведения прибора по шумовой полки. Но он выходит за рамки текущего описания.
Важно! Не перепутать загиб на ВЧ с наличием значительного количества гармоник с очень низким уровнем. На рисунках с мелким масштабом могут выглядеть очень похоже. Глаз – прибор несертифицированный, не забывайте об этом.
Третье. Лес гармоник наводок цепей питания. Лучше, чтобы его не было, но и наличие – не сильно страшно. Начинаются они или с 50Гц или 100Гц.
Амплитуды гармоник. Желательно, чтобы любая отдельная не превышала уровень -95дБ...-105дБ.
Здесь же важно посмотреть до какой частоты гармоники простираются, какова форма линии, проведенной через вершины. В зависимости от реализации цепей питания, форма наводок может быть разной. Электромагнитный импульс наводится на все элементы схемы, поэтому шум на выходе – сложная по виду кривая. Но среднестатистически (по составу гармоник) – эту кривую можно заменить на импульс определенной формы. Эти данные и те, что выше, мало что дают пользователю, больше инженеру. Можно сделать выводы об организации схем питания. Самое смешное – что если гармоник от цепей питания нет, это еще не повод радоваться. Скорее, наоборот - очень внимательно сопоставлять все снятые характеристики (не только шум) и обязательно слушать.
В наших устройствах присутствуют наводки от цепей питания. Пиковый уровень импульса не первышает -75дБ -80дБ. «Послушать» такую наводку можно только при очень высоких уровнях сигнала. Если слушать музыку с таким уровнем – Вы получите 120-140дБ. Т.е. уровень недопустим для нормального прослушивания. Можно ли от наводок избавиться? Можно, но это и время и деньги и размеры устройства. Экстенсивный, но эффективный метод – вынос цепей питания в отдельный блок. Если наберется достаточное количество желающих иметь аппарат с более высокими характеристиками по шуму – сделать не проблема. Хоть в двух корпусах, хоть в одном корпусе, но со специализированными мерами.
Следующая характеристика – THD.
Правильно трактовать ее нужно следующим образом: «
Измеренное THD – потолок качества для данного аппарата». Т.е. если слушать чистые синусы – они будут воспроизводиться с таким качеством.
Если воспроизводить музыку – все может быть так же хорошо, как на синусе, а может быть на порядки!!! хуже. Выловить разницу между реальным качеством звука и измеренными характеристиками можно только на слух.
Есть некоторые идеи по вылавливанию реального качества инструментальными методами, но я о них умолчу. Общепризнанных методик в этой части нет. Недавно прокатилась волна обсуждений работы Чивера. Интересный вариант измерений, интересная теоретическая база, интересная логика. Много «понтов» по части инструментария, но в работе может быть ошибка измерений (наверняка есть). Жаль, что Чивер никак не подтвердил и не опроверг наличие ошибок. Достоверность выбранной методы осталась под большим сомнением.
Для примера. Есть карта EMU1212M. Она имеет «идеальные» для нас характеристики в RMAA. Поэтому ее и используем на сегодняшний день в измерениях. Но в качестве эталона звука она жила недолго – до разработки первого нашего ЦАП еще на CS4391A. Характеристики у нашего ЦАП были хуже, а звук чище. У ЕМУ1212М слышно значительное обогащение третьей (нечетными?) гармониками на музыкальном сигнале. При этом часть слушателей в форумах отмечают, что звук у ЕМУ сухой, мониторный. Мы его давно считаем грязным.
Про уровни гармоник THD и состав было написано выше, в части слуховых ощущений. Повторюсь в двух словах. Условный список в порядке ухудшения качества:
1. Не иметь гармоник вообще, кроме основной.
2. Только вторая.
3. Только третья.
4. Вторая, третья,
5. Вторая, третья, и еще одна-две не подряд низкого порядка (4+7, 5+6, 5+8…)
6. Дальше идут вариации…
7. 2+3+4+5+… лесенкой – перегруз устройства
Список условный, т.к. сильно зависит от уровней конкретных гармоник.
Высшие гармоники, идущие подряд «лесенкой», появляются в режимах «изнасилования» аппарата. Если рассматривать в качестве примера усилитель для наушников HA-S-029 – то подобный режим можно создать таким образом:
1. Уменьшить сопротивление нагрузки ниже рекомендуемых 50Ом
2. Увеличить выходное напряжение «под 0» для проведения замера в RMAA
В этом случае мы будем видеть ряд гармоник на выходе: 2,3,4,5,6(?),7(?)….
Только вот ни один «тестер» не попытался взять наушники с таким же сопротивлением и выкрученной ручкой громкости послушать музыку пару часиков. Уровень громкости получится 120-150(?)дБ. Что будет? А умрет тестер, как эксперт. Он потом только графики сможет смотреть, а свои уши он убьет. (надо найти ссылку на такое «тестирование»).
Расскажу, как проходит тест этого же аппарата в нашей лаборатории. Эксперт прослушивает аппарат, выставляя комфортный для себя уровень громкости. Наушники имеют сопротивление 64Ом.
После он попадает на стенд. В ЕМУ1212м выставлено: 24/96, -10 out, -10 in, дополнительно поднят уровень входного сигнала на 6дБ в микшере, т.к. не используется масштабирующий усилитель. Нагрузка резистивная: 50Ом.
Для измерения в RMAA не хватает еще около 8дБ до «0», которые добавляются уже ручкой громкости. В таком режиме происходит съем характеристик.
Если снимать на холостом ходу – то в микшере все устанавливается в «0», регулятором громкости добавляется громкость до «0». Пробовал одеть на себя наушники с положением регулятора для измерений холостого хода. Мои уши такую громкость не терпят.
Интермодуляция добавлена ниже (12 пост)