Федеральное агентство по образованию

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР)

Кафедра радиоэлектроники и защиты информации (РЗИ)

Изучение методов и средств выравнивания амплитудно-частотных характеристик

Руководство к лабораторной работе по дисциплине "Аудиотехника"

Разработчик:
доцент каф. РЗИ, к.т.н.
___________Э.В. Семенов

2012


Содержание

  1. Цель работы.
  2. Требования к компьютеру.
  3. Последовательность выполнения работы.
  4. Оформление отчета.

1. Цель работы

Целью лабораторной работы является изучение методов и средств выравнивания частотных характеристик на примере выравнивания амплитудно-частотной характеристики громкоговорителя.

2. Требования к компьютеру

Для выполнения лабораторной работы компьютер должен быть оснащен дуплексной звуковой картой или аудиокодеком. Необходимы также микрофон (лучше на гибкой ножке) и громкоговоритель.

Громкоговоритель и микрофон подключаются к персональному компьютеру, который используется в качестве спектроанализатора и генератора сигналов. Вход для микрофона обычно обозначается "mic" на задней стороне системного блока компьютера. Выход для громкоговорителя обозначается, как правило, "out" или "spk".

3. Последовательность выполнения работы

  1. Подключите микрофон и громкоговоритель к системному блоку персонального компьютера в соответствующие гнезда. Установите микрофон в непосредственной близости от громкоговорителя (вплотную). Откройте системный микшер воспроизведения (дважды щелкните левой кнопкой мыши по пиктограмме громкоговорителя в правом нижнем углу панели задач). Отключите воспроизведение сигнала с микрофона. Желательно также отключить другие неиспользуемые входы. Откройте микшер записи (в открытом окне микшера в меню "Параметры / Свойства" установите галочку "Запись" и нажмите ОК). Выберите микрофонный вход для записи.
  2. Установите подходящие для измерения амплитудно-частотной характеристики громкость звука и чувствительность микрофонного входа.
    1. Запустите программный пакет SpectraLAB. Установите режим "Real Time" в меню "Mode". Нажмите клавишу F4 и в соответствующем окошке установите частоту дискретизации (Sampling rate) 48 кГц и размер временного окна спектрального преобразования (FFT size) 65536 отсчетов, оконная функция (Smoothing Window) - Hanning, установки усреднения (Averaging settings) - Exponential, 1.
    2. Включите окно отображения спектра (View / Spectrum) и переключитесь в него (Window / Spectrum). Нажмите клавишу F5 (или войдите в раздел меню "Options / Scaling") и установите масштаб по оси частот (Frequency Axis) "Logarithmic". Включите окно отображения коэффициента гармоник (Utilities / Total Harmonic Distortion (THD)).
    3. Нажатием клавиши F11 (или установкой галочки в пункте меню "Utilities / Signal Generator") откройте окно генератора сигналов. Выберете тип сигнала "1 kHz Tone". Установите уровень сигнала: нажмите кнопку "Level" и в окне "Output Level" наберите -20 (справа в окне "Units" должно быть "dB Full Scale", снизу в окне "The Full Scale output level of my sound card is:" должна быть установлена галочка "I don't know").
    4. Запустите программу нажатием кнопки "Run" в основном окне программы. В микшере записи установите наибольший уровень записи, при котором еще не происходит ограничения сигнала (при ограничении сигнала индикатор уровня в левом нижнем углу программы SpectraLAB становится красным с надписью "overload"). Регулируя громкость звука, пронаблюдайте изменение коэффициента гармоник. Оставьте наибольшую громкость, при которой коэффициент гармоник не превышает 1...3 %. Снова установите наибольший уровень записи, при котором еще не происходит ограничения сигнала.
  3. Измерьте амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) громкоговорителя.
    1. Запустите программный пакет Adobe Audition 1.5. В окне "Device Properties" (меню "Options / Device Properties") в закладке "Wave Out" выберите используемую звуковую карту и установите галочку "Use this device in Edit View". Расположите основные окна программ Adobe Audition и SpectraLAB таким образом, чтобы можно было наблюдать их одновременно. В программе Adobe Audition установите режим просмотра "Edit Waveform View" (меню "View / Edit Waveform View" или нажмите цифру 8). Откройте файл скользящего тона frequency_sweep_left_-20_dB.wav, если микрофон установлен возле левого громкоговорителя и frequency_sweep_right_-20_dB.wav, если возле правого.
    2. В программе SpectraLAB включите окно отображения спектра (View / Spectrum) и переключитесь в него (Window / Spectrum). Измените оконную функцию (Smoothing Window): Uniform. Нажмите клавишу F5 (или войдите в раздел меню "Options / Scaling") и установите масштаб по оси частот (Frequency Axis) Octave: 1/24. Закройте окно генератора сигналов, если оно открыто.
    3. В программе Adobe Audition войдите в меню "Effects / Filters / Graphics Equalizer". Выберите вкладку "30-Bands (1/3 octave)" (30 полосный (третьоктавный) эквалайзер). Установите диапазон регулировки (Range) 36 дБ, среднее усиление (Master Gain) 0 дБ, установите галочку "Bypass" (обход эквалайзера). Нажмите кнопку "Preview".
    4. Запустите программу SpectraLAB нажатием на кнопку "Run" в основном окне программы. Если возникает перегрузка (индикатор уровня в левом нижнем углу программы SpectraLAB становится красным с надписью "overload"), уменьшите громкость звука.
    5. Нажатием первой кнопки "Set" в области "Overlays" в основном окне программы SpectraLAB "запомните" график АЧХ. Отображаемая при этом на графике кривая является исходной (некорректированной) АЧХ системы "ЦАП звуковой карты - громкоговоритель - микрофон - АЦП звуковой карты". Поскольку громкоговоритель обладает наибольшей из перечисленных устройств неравномерностью АЧХ, полученную кривую можно в первом приближении считать АЧХ громкоговорителя. Приведите ее в отчете: нажмите клавишу "Print Screen" и вставьте содержимое буфера обмена в файл отчета (не допускается усечение рисунка; должно отображаться все рабочее окно программы SpectraLAB).
    6. Измерьте неравномерность АЧХ в диапазоне 100...10000 Гц (можно использовать перекрестный курсор, появляющийся при нажатии левой клавиши мыши в окне графика). Приведите результаты в отчете.
  4. Скорректируйте амплитудно-частотную характеристику громкоговорителя.
    1. Снимите галочку "Bypass" в окне эквалайзера и нажмите клавишу "Preview". Запустите программу SpectraLAB нажатием на кнопку "Run" в основном окне программы. Перемещайте движки эквалайзера таким образом, чтобы приблизить отображаемую программой SpectraLAB АЧХ к равномерной. Имейте в виду, что АЧХ изменяется только после того, как Вы, переместив движок эквалайзера, отпустите клавишу мыши.
    2. Нажатием второй кнопки "Set" в области "Overlays" в основном окне программы SpectraLAB "запомните" график АЧХ. Отображаемая кривая является скорректированной АЧХ системы "ЦАП звуковой карты - громкоговоритель - микрофон - АЦП звуковой карты". Эту кривую можно в первом приближении считать скорректированной АЧХ громкоговорителя. Приведите ее в отчете. На этом же графике должна быть отражена исходная АЧХ громкоговорителя.
    3. Измерьте неравномерность АЧХ в диапазоне 100...10000 Гц. Приведите результаты в отчете. Сопоставьте достигнутую неравномерность АЧХ с неравномерностью исходной (некорректированной) АЧХ. Перечислите основные факторы, которые помешали Вам достигнуть лучших результатов.
  5. Оцените влияние коррекции АЧХ субъективно.
    1. В программе Adobe Audition закройте окно эквалайзера нажатием клавиши "Close" (но не "OK").
    2. Закройте файл со скользящим тоном.
    3. Откройте файл 05-02.mp31.
    4. Уменьшите уровень сигнала (это необходимо, т.к. провалы в АЧХ корректируются в последующем увеличением уровня). Для этого войдите в меню "Effects / Amplitude / Amplify/Fade". Установите галочки "View all settings in dB" и "Lock Left/Right". В окне "Amplification" наберите -12. Нажмите "OK".
    5. Откройте окно эквалайзера (меню "Effects / Filters / Graphics Equalizer").
    6. Нажмите клавишу "Preview". Устанавливая и снимая галочку "Bypass" сравните звук громкоговорителей с коррекцией АЧХ и без. Свои впечатления изложите в отчете.

4. Оформление отчета

Отчет должен содержать следующее.

  1. Титульный лист.
  2. Цель работы.
  3. Описание используемых микрофона и громкоговорителя. Следует привести наименование модели и краткое описание известных Вам свойств: количество полос громкоговорителя, конструктивные особенности головок (купольные, изодинамические) и т.д..
  4. Результаты измерений. Получаемые в программе SpectraLAB результаты фиксируются нажатием клавиши "Print Screen" и вставляются в файл отчета. Не допускается усечение рисунка; должно отображаться все рабочее окно программы SpectraLAB.
  5. Анализ результатов и выводы.
1 "Неаполитанский танец" из балета П. Чайковского "Лебединое озеро". Исполняет оркестр русских народных инструментов школы Русского Инструментального Искусства г. Бежецка. Солист Никита Корлюков, труба. Худ. руководитель и дирижер Сергей Решетников. Звукоинженер Евгений Цветиков.

Хостинг от uCoz