Zamknięta i otwarta pętla pomiarowa w testach audio

Sprzęt i urządzenia audio wyposażone są w różnego typu złącza wejściowe i wyjściowe, co w przypadku testów takiego urządzenia  wymusza zastosowanie odpowiednich metod pomiarowych. By sprostać wszelkim możliwym wymaganiom stawianym przez sprzęt i urządzenia audio podczas pomiarów, które często wyposażone są w szeroki zakres interfejsów i sposobów przesyłania sygnału, analizatory Audio Precision pozwalają na zaprojektowanie testowej sekwencji w oparciu o dwie metody - metodę pętli zamkniętej (Close Loop) i pętli otwartej (Open loop). W poniższym artykule przedstawimy kiedy i w jaki sposób wykorzystać konkretne ustawienie pętli pomiarowej oraz możliwości jakie każda z nich daje. 

Otwarta i zamknięta pętla pomiarowa

Zacznijmy od kilku definicji. Zamkniętą pętle pomiarową stosujemy, w przypadku gdy badane urządzenie pozwala nam na bezpośrednie doprowadzenie sygnału audio pochodzącego z generatora Audio Precision, a następnie przekazanie sygnału do jego sekcji analizatora. Jako przykład możemy przyjąć dowolny przetwornik cyfrowo analogowy, do którego sygnał zostanie doprowadzony np. poprzez złącze optyczne, a następnie w postaci analogowej trafi do analizatora. Taka łączność może odbywać się również innymi torami, takimi jak złącza analogowe symetryczne i niesymetryczne, bluetooth oraz złącza cyfrowe, takie jak SPDIF, AES/EBU, PDM, HDMI i wcześniej wspomniany Toslink. 


Terminu otwarta pętla pomiarowa używamy w przypadku gdy sygnał testowy, pobudzający układ nie pochodzi z sekcji generatora Audio Precision lub sygnał nie może w sposób bezpośredni zostać przekazany przez urządzenie badane do analizy. W tym przypadku sygnał generowany lub analizowany musi zostać nagrany i przekazany w formie pliku. Na tej podstawie możemy wyznaczać 3 typu urządzeń, należących do tej grupy.  


Pierwszą grupę stanowią systemy nie posiadające złącza wejściowego, do których sygnał musi zostać doprowadzony w formie pliku. Za przykład może posłużyć tutaj odtwarzacz CD lub Blue-Ray, nie posiadający żadnych złączy wejściowych-odtwarzający dźwięk jedynie za pośrednictwem płyty lub złącza USB. 


Następną grupą są urządzenia nagrywające dźwięk, które nie zostały wyposażone w złącza wyjściowe, a sygnał wyjściowy generowany jest w postaci pliku lub fizycznego nośnika. Dla przykładu telefony lub tablety pełnią funkcję zarówno urządzeń nagrywających oraz odtwarzających dźwięk z plików. Dla nich oba tory audio powinny być analizowane osobno. 


Trzecią grupą korzystających z otwartej pętli są urządzenia przetwarzające sygnał sieci naziemnych, takie jak telewizory lub radia. W tym przypadku system wejściowy sygnału jest fizycznie oddalony od wejścia na dużą odległość, wymuszając stosowanie otwartej pętli pomiarowej. 

Problematyka badawcza

Pomiary wykonywane w zamkniętej pętli pomiarowej są znacznie prostsze w zaprojektowaniu i przeprowadzeniu, niż te wykonywane w pętli otwartej. Synchronizacja sekcji generatora i analizatora jest automatyczna, przez co analizator wie kiedy i jaki sygnał jest generowany. Pozwala to na zminimalizowanie zniekształceń powstałych w trakcie przesyłu sygnału. Przykładem takiego zniekształcenia mogą być powstałe podczas zmiany poziomu lub częstotliwości generowanego sygnały trnasienty. Relacja obydwu sekcji pozwala na analizę sygnału w momencie jego ustabilizowania, zmniejszając ryzyko zafałszowania wyników. W przypadku otwartej pętli pomiarowej, taka relacja nie występuje, a koordynacja podczas przesyłu sygnałów zmiennych w czasie wymaga użycia różnych tonów pilotowych, informujących sekcję analizatora o nadchodzącym sygnale. 

Sygnały pomiarowe

Wdrożenie urządzeń w otwartą pętle pomiarową wymaga wygenerowania z nich wysokiej jakości sygnałów pomiarowych. W przypadku prostych testów pomiarowych, takich jak pomiar poziomu wzmocnienia, zniekształcenia harmoniczne lub przesłuchu w toku pomiarowym wykorzystany może zostać sygnał sinusoidalny. Bardziej złożone funkcje pomiarowe, będą wymagać użycia innych bodźców, takich jak szum różowy, wielotony lub sinus przemiatany w funkcji częstotliwości. W celu łatwiejszego tworzenia sygnałów testowych, Audio Precision oferuje darmową aplikację APx Waveform Generator Utility. Aplikacja pozwala na generowanie szerokiej gamy wysokiej jakości sygnałów audio, z możliwością wyboru częstotliwości próbkowania, rozdzielczości bitowej oraz liczby kanałów sygnału.

Pobierz APx Waveform Generator Utility

Otwarta i zamknięta pętla pomiarowa

Sprzęt i urządzenia audio wyposażone są w różnego typu złącza wejściowe i wyjściowe, co w przypadku testów takiego urządzenia  wymusza zastosowanie odpowiednich metod pomiarowych. By sprostać wszelkim możliwym wymaganiom stawianym przez sprzęt i urządzenia audio podczas pomiarów, które często wyposażone są w szeroki zakres interfejsów i sposobów przesyłania sygnału, analizatory Audio Precision pozwalają na zaprojektowanie testowej sekwencji w oparciu o dwie metody - metodę pętli zamkniętej (Close Loop) i pętli otwartej (Open loop). W poniższym artykule przedstawimy kiedy i w jaki sposób wykorzystać konkretne ustawienie pętli pomiarowej oraz możliwości jakie każda z nich daje. 

Niektóre z funkcji pomiarowych zawarte w oprogramowaniu APx500 zostały zaprojektowane specjalnie by ułatwić proces pomiaru w otwartej pętli. Dla pomiarów odpowiedzi częstotliwościowej pomiary: Stepped Frequency Sweep, Multitone Analyzer, Continuous Sweep i Acoustic Response, udostępniają możliwość płynnego wyboru relacji badanego urządzenia z analizatorem. Dodatkowo przy użyciu pętli, możliwe jest bezpośrednie nagrywanie plików .wav zawierających sygnały pomiarowe.

Niektóre z funkcji pomiarowych zawarte w oprogramowaniu APx500 zostały zaprojektowane specjalnie by ułatwić proces pomiary w otwartej pętli. Dla pomiarów odpowiedzi częstotliwościowej pomiary: Stepped Frequency Sweep, Multitone Analyzer, Continuous Sweep i Acoustic Response, udostępniają możliwość płynnego wyboru relacji badanego urządzenia z analizatorem. Dodatkowo przy użyciu pętli, możliwe jest bezpośrednie nagrywanie plików .wav zawierających sygnały pomiarowe.

Schemat otwartej pętli pomiarowej

Poniżej przedstawione zostały schematy przeprowadzenia pomiaru w otwartej pętli pomiarowej, przy użyciu oprogramowania APx500 oraz badanego urządzenia. Procedura pomiarowa z urządzeniem nie pozwalającym na bezpośrednią łączność z sekcją generatora:

  1. Konfiguracja generatora i zapis pliku pomiarowego w formacie .wav
  2. W przypadku konieczności, zmiana rozszerzenia pliku (niektóre z urządzeń nie obsługują plików wav, w tym przypadku należy dostosować format do badanego urządzenia)
  3. Zainstalowanie bodźca na badanym urządzeniu
  4. Rozpoczęcie pomiaru w oprogramowaniu APx500
  5. Wygenerowanie sygnału z badanego urządzenia
  6. Pozyskiwanie i analiza sygnału przez oprogramowanie APx500

Podczas przeprowadzania pomiarów akustycznych np. głośników sieciowych lub smart głośników, należy rozbudować powyższy schemat o dodatkowy krok. W tym przypadku optymalnym wyborem będzie użycie pomiaru Acoustic Response, który pozwala na okienkowanie sygnału odpowiedzi impulsowej w celu zminimalizowania negatywnego wpływu pomieszczenia. Wymusza to rozbudowanie procedury pomiarowej o ustawienie okna czasowego po zarejestrowaniu sygnału przez analizator.

 

Procedura pomiarowa z urządzeniem nie pozwalającym na bezpośrednią łączność z sekcją analizatora:

  1. Rozpoczęcie nagrywania ścieżki poprzez urządzenie badane
  2. Generacja sygnału testowego z analizatora APx
  3. Po zarejestrowaniu sygnału, zatrzymanie funkcji nagrywania i zapis pliku
  4. Zmiana rozszerzenia pliku na .wav
  5. Wgrania i analiza ścieżki audio przez oprogramowanie APx500



Artykuł opracował

Robert Maćkowiak

Inżynier Produktu

Umów się na prezentację

Przeprowadzamy bezpłatne prezentacje rozwiązań

Audio Precision w Warszawie.

Imię
E-mail*
Telefon
Temat zapytania*

Zgadzam się na przetwarzanie danych w celu przesłania oferty oraz kontaktu w jej sprawie.

WYŚLIJ