Pomiary kolumn... Wstęp do samodzielnych pomiarów kolumn.

Właśnie kupiłeś mikrofon pomiarowy, ale nie wiesz, jak go używać? Lub zastanawiasz się, czy go potrzebujesz i szukasz więcej informacji. Ten blog wyjaśni, czym jest mikrofon pomiarowy, a także zawiera dwa mini-przewodniki. Jeden do ustawiania pomiaru akustycznego, a drugi o zgrabnym przykładzie pomiaru: pomiar bramkowy.



Część 1: Co to jest mikrofon pomiarowy?

Zacznijmy od podstaw. Mikrofon pomiarowy to mikrofon do przechwytywania sygnałów, które chcesz analizować. Generalnie ma proste zastosowanie i nie różni się zbytnio od innych mikrofonów. Mikrofon pomiarowy sam niczego nie mierzy. Po prostu przechwytuje sygnał akustyczny i przetwarza sygnał akustyczny na sygnał elektroniczny. Tak to prawda! Mikrofon jest również przetwornikiem, podobnie jak głośnik. Transdukuje tylko w drugą stronę. Jeśli przestaniesz czytać w tym miejscu, mikrofon pomiarowy nie wydaje się specjalnie wyjątkowy i możesz rozważyć zastosowanie mikrofonu karaoke swojego ulubionego baru, który nadaje się również do pomiarów akustycznych. Jest jedno ale; Mikrofon staje się mikrofonem pomiarowym, gdy posiada następujące cechy szczególne:

Płaska charakterystyka częstotliwościowa w szerokim zakresie częstotliwości

Większość mikrofonów pomiarowych wykorzystuje wkładką elektretową. Wykorzystuje bardzo cienką warstwę (membranę), która jest umieszczona blisko trwale naładowanej płytki, elektretu. Folia i naładowana płyta tworzą kondensator. Kiedy folia jest wprawiana w ruch przez fale dźwiękowe (lub inne zmiany ciśnienia powietrza), tworzy kolejno pojemność i sygnał. Mikrofon pojemnościowy może reagować na statyczne zmiany ciśnienia powietrza i dlatego doskonale nadaje się do przechwytywania niskich częstotliwości. Koniec widma o wysokiej częstotliwości jest łatwo wychwytywany dzięki małej ruchomej masie cienkiej warstwy.

Wszechkierunkowy pomiar akustyczny

Mała średnica kapsuły pozwala na równą czułość pod różnymi kątami w szerokim zakresie częstotliwości. Jest to przydatne, ponieważ istnieje wiele sytuacji, w których można uchwycić obraz pod różnymi kątami jednocześnie. Nawet podczas pomiaru pojedynczego głośnika pod jednym kątem, wielokierunkowy wzór może być wykorzystany do stworzenia bezechowych wyników w Twoim salonie.

Obsługa wysokiego poziomu ciśnienia akustycznego

Jeśli nie masz pewności co do maksymalnych możliwości wyjściowych swojego systemu i nie czujesz się komfortowo z wysokimi poziomami ciśnienia akustycznego, nie zalecałbym testowania maksymalnego poziomu ciśnienia akustycznego twojego mikrofonu. Możliwości obsługi wysokiego poziomu są przydatne, ponieważ zniekształcenia są bardzo niskie przy typowych amplitudach pomiarowych. Wyższy maksymalny SPL odbywa się kosztem czułości. W przypadku pomiarów głośnikowych nie stanowi to problemu, ponieważ powoduje to, że mikrofon jest mniej podatny na wychwytywanie szumów tła.

Kalibracja mikrofonu pomiarowego

Kalibracja zapewnia płaską charakterystykę częstotliwościową. Skalibrowany mikrofon jest dostarczany z plikiem kalibracyjnym. Ten plik zawiera informacje, aby poprawić wady charakterystyki mikrofonu. Oprogramowanie pomiarowe stosuje poprawkę do pomiaru. Jeśli chcesz zobaczyć, ile korekcji potrzebuje twój mikrofon, możesz po prostu otworzyć plik w edytorze tekstu. Zobaczysz korektę czułości i dwukolumnową listę. Jedna kolumna to częstotliwość, która wymaga korekty, druga to wielkość (w decybelach) korekty na tej częstotliwości.

Podłączenie mikrofonu pomiarowego

Jak opisano powyżej, sam mikrofon po prostu przechwytuje sygnały. Właściwy pomiar wymaga analizatora. Obecnie jest to komputer. W jaki sposób przechwycony sygnał trafia do komputera? Nasze najpopularniejsze mikrofony pomiarowe posiadają interfejs USB. Interfejs USB przesyła sygnał do komputera i dostarcza napięcie 5 VDC do zasilania wewnętrznych obwodów mikrofonu. Oprócz łatwości użytkowania mikrofon USB ma inne zalety. Obwody wewnętrzne zapewniają niski poziom szumów, optymalną kontrolę sprzętową i minimalizują straty dzięki stabilnemu transferowi sygnału cyfrowego. Nie masz żadnych obaw co do kompatybilności i jakości przedwzmacniacza lub karty dźwiękowej z mikrofonem USB.

Mikrofony pomiarowe USB:

miniDSP UMIK-1 lub UMIK-2
Dayton Audio UMM-6

Oferujemy również mikrofony pomiarowe z wyjściami analogowymi. Są one nadal dokładne, ale wymagają przedwzmacniacza i interfejsu połączeniowego. Często zdarza się, że wzmacniacz i interfejs są połączone w jednym urządzeniu, takim jak interfejs audio USB lub karta dźwiękowa. Analogowe mikrofony pomiarowe: Dayton Audio EMM-6, Dayton Audio iMM-6.

Czego jeszcze potrzebuję oprócz mikrofonu pomiarowego?

Ponieważ mikrofon tylko przechwytuje sygnał i sam nie wykonuje żadnych pomiarów, będziesz potrzebować kilku dodatkowych narzędzi:

Komputer i oprogramowanie

Komputer wykonuje całą trudną pracę: generuje sygnał testowy, wykonuje obliczenia i wykreśla wykresy. Wyobraź sobie, jak trudno byłoby bez komputera! Oprogramowanie jest dołączone do niektórych mikrofonów. Jeśli nie, polecamy REW – Room Eq Wizard.

Wzmacniacz

Aby wzmocnić sygnał testowy. Każdy nowoczesny wzmacniacz audio, który jest kompatybilny z wyjściem komputera i który jest wystarczająco mocny i stabilny, aby napędzać podłączony głośnik, jest właśnie tym, czego potrzebujesz.

D.U.T. - Device Under Test

Zwykle głośnik lub system nagłaśniający.

Stojak mikrofonowy

Większość mikrofonów jest dostarczana ze statywem stołowym. Jest to idealne rozwiązanie do pomiarów akustyki pomieszczenia. Jeśli jednak chcesz zmierzyć swoje głośniki, niezbędny jest większy stojak.

Interfejs lub karta dźwiękowa

Wymagane tylko w przypadku mikrofonów analogowych (innych niż USB).

Część 2: Jak korzystać z mikrofonu pomiarowego?

Czy masz wszystko, czego potrzebujesz? Dokonanie pomiaru to tylko kilka kroków. Kontynuuj czytanie przewodnika po konfiguracji z REW – Room EQ Wizard:

1. Umieść mikrofon na stojaku i umieść stojak w pozycji odpowiedniej do pomiaru.
2. Podłącz mikrofon do komputera. Dzięki mikrofonowi USB jest to bezpośrednie połączenie z mikrofonu do komputera. Mikrofony analogowe wymagają interfejsu lub połączenia z kartą dźwiękową pomiędzy nimi.
3.Upewnij się, że wyjście audio komputera jest podłączone do wejścia wzmacniacza, a głośność jest ustawiona na minimum. Może to być regulacja głośności wzmacniacza lub regulacja głośności systemu operacyjnego.
4. Uruchom aplikację pomiarową (w tym przykładzie pokazujemy REW) i załaduj plik kalibracyjny. REW powinien automatycznie wykryć mikrofon, a oprogramowanie poprosi o załadowanie pliku kalibracyjnego. Większość mikrofonów jest dostarczana z plikiem kalibracyjnym i zaleca się jego załadowanie.

5. Ustaw swoje poziomy. Odbywa się to poprzez wygenerowanie sygnału testowego za pomocą generatora.



-20 dB to odpowiedni poziom na początek. Kliknij Odtwórz. Zwiększ głośność, aż sygnał będzie dobrze słyszalny.


Nie wyłączaj generatora i otwórz miernik SPL


Zwiększ głośność, aż do osiągnięcia poziomu około 75 dB. Możesz także zwiększyć poziom generatora sygnału REW, aż do osiągnięcia tego przybliżonego poziomu.


6. Zrób pomiar! Otwórz kartę pomiaru. Ustaw poziom taki sam jak poziom generatora sygnału w naszym poprzednim kroku. W zależności od głośnika wybierz odpowiednią częstotliwość początkową i końcową. Upewnij się, że wejście jest ustawione na mikrofon, a wyjście na głośnik, który chcesz zmierzyć. Kliknij sprawdź poziomy. REW automatycznie zweryfikuje, czy dobrze ustawiłeś poziomy. Jeśli nie pojawi się żaden błąd, możesz przejść dalej i kliknąć: Zmierz!

Pierwszy wykres nie będzie zbyt ładny; wygląda bardziej jak zdarzenie sejsmograficzne niż system głośników. Dzieje się tak, ponieważ mikrofon wychwytuje bezpośrednie wyjście, ale także odbicia sygnału odbijające się od pomieszczenia, zanieczyszczające bezpośredni pomiar. Powszechną metodą poprawiania wyglądu jest stosowanie wygładzania. Możesz zastosować wygładzanie za pomocą menu Wykres w REW. Niewielka ilość wygładzania wcale nie jest zła, ale zbyt duża może przeszkodzić w  odróżnieniu rzeczywistych wyników. Pomiar bramkowany jest znacznie lepszą metodą uzyskiwania dokładnego, ale przejrzyście wyglądającego wykresu.

Pomiar bramkowany

Pomiar bramkowany to zgrabna sztuczka przetwarzania sygnału umożliwiająca wykonywanie pomiarów bezechowych w normalnym środowisku (np. w domu w salonie). Dzięki tej technice możesz stworzyć bramkę czasową – lub okno – i zmusić oprogramowanie, aby brało pod uwagę tylko bezpośredni sygnał. Wszystko czego potrzebujesz to narzędzia opisane powyżej i rozsądna ilość miejsca. Większość programów pomiarowych ma wszystkie funkcje pomiarów bramkowanych lub okienkowych. Ponieważ każde oprogramowanie jest unikalne, zalecamy zapoznanie się z instrukcją w celu uzyskania szczegółowych instrukcji dotyczących tych funkcji. Instrukcje obsługi są dostępne na stronach naszych produktów.

Dzięki bramkowanemu pomiarowi tworzysz bramkę czasową – lub okno – i korzystasz z właściwości rozchodzenia się fal dźwiękowych, wielokierunkowej właściwości mikrofonu i wydajnego przetwarzania sygnału dostępnego w oprogramowaniu pomiarowym. Fakt, że fale dźwiękowe przemieszczają się (lub rozchodzą się), pozwala odróżnić sygnał bezpośredni od jego odbitych odpowiedników. Jest to ważne, ponieważ odbicia mogą się sumować lub odejmować w sygnale bezpośrednim, co skutkuje filtrowaniem grzebieniowym. Bezpośredni sygnał zawsze będzie przemieszczał się najkrótszą drogą do mikrofonu. Długość bramki pomiarowej to różnica czasu między nadejściem sygnału bezpośredniego a nadejściem pierwszego odbicia. Ponieważ dźwięk rozchodzi się ze stałą prędkością, można łatwo obliczyć dodatkowy czas potrzebny do dotarcia odbitego sygnału do mikrofonu. Innym łatwym i dokładniejszym podejściem jest przyjrzenie się wykresowi odpowiedzi impulsowej, aby określić, o ile później nadejdzie pierwsze odbicie. Poniższy obraz pokazuje bezpośredni sygnał na pomarańczowo i odbity sygnał na niebiesko:


Jest jednak pewien haczyk: mniejsze okno pomiarowe skutkuje niższą rozdzielczością i ogranicza najniższą częstotliwość, jaką można zmierzyć. Możesz określić dolną granicę częstotliwości w następujący sposób: Fmin = 1/długość okna. Aby uzyskać odpowiedź w szerszym spektrum częstotliwości, można łączyć różne techniki pomiarowe. Pomiar bliskiego pola jest idealnym dodatkiem do rozszerzenia dolnej granicy częstotliwości twojego pomiaru. Pomiar bramkowany jest bardzo przydatny, ale to tylko jeden z przykładów wielu rzeczy, które można zrobić za pomocą mikrofonu pomiarowego.

Mamy nadzieję, że dzięki temu blogowi rozpoczniesz swoją przygodę z pomiarami akustycznymi!