11 сентября 2012
О лаборатории специальных исследований
Часть 35
К вопросу оценки ПЭМИН цифровых сигналов (продолжение)
И ещё несколько параметров измерительной системы (комплекса), которые не бросается в глаза, но при практической работе весьма существенны.
Первое - мощность канала формирования акустического тест-сигнала. Один из самых распространённых приёмов при практических измерениях заключается в превышении заданного НМД звукового давления тест-сигнала.
Предположим, методика требует от нас испытаний при звуковом давлении ХХ дБ. Создаём тест-сигнал (обдуваем исследуемое ТС) и убеждаемся, что уровень помех в тракте (не важно каких и откуда взявшихся) выше заданной «нормы» эдак дБ на 10… а «сигнала» не видно L. Поднимаем звуковое давление тест-сигнала на 20 дБ (хх+20), предполагаем, что и результат, сигнал АЭП тоже должен бы возрасти на столько же (в проблематике давно принято и, большей частью – доказано, что процессы АЭП линейны). Сигнал появился над шумами? Измерили, уменьшили на те же 20 дБ, сравнили с нормой. Не появился? Значит он не более, чем равен помехам. Уровень такого, гипотетического сигнала, «равного» помехе уже можно уменьшать всё на те же 20 дБ и т.д.
Приём, с успехом применяющийся в течении десятилетий и не потерявший актуальности. Более того, в 30% случаев единственный, дающий результат. Но для его применения акустический канал должен иметь возможность «разогнать» звуковое давление до, желательно, 105-110 дБ (долговременная мощность, на «синусе»). Выполнить это возможно только с колонкой объёмом не менее 100-150 литров (вес, размер!) и с подводимой мощностью никак не меньше 150 Вт (особенно это касается низкочастотной части рабочего диапазона!). С мини-колонкой работать можно. Но Вы сами себе резко «обузите» Ваши возможности. Знать и понимать это – надо!
О канале измерения звукового давления акустического тест-сигнала особо говорить нечего. Шумомер с микрофоном, ничего особенного. Конечно, очень удобно, когда он входит в ту же измерительную систему и его показания автоматически учитываются при расчёте результатов. Но это можно и вручную. Есть только один аспект, о котором мало кто знает. Сегодняшние шумомеры (все, за исключением «древнего» ВШВ) – цифровые. При их проектировании никто не задавался параметрами их собственного ПЭМИН. Всяких тактовых генераторов внутри полно, корпус пластиковый и… У меня не раз выяснялось, что шумомер (не все модели!) является источником мощной широкополосной помехи как раз в рабочем диапазоне частот. И в пространстве и по линии электропитания. Такую вероятность не учитывать нельзя.
И, наконец, последнее и тоже более, чем важное. Это уже по условиям эксплуатации.
Что на стенде, что при работе в не очень-то приспособленных условиях (как правило!) на объекте - в любом случае, схема раскладки измерительного и испытуемого оборудования такова, что большая часть оборудования измерительной системы находится в акустическом поле источника тест-сигнала. Причём под очень солидным звуковым давлением порядка 90-100 дБ.
Все блоки и кабели измерительного комплекса (системы) находятся в том же акустическом поле (по большей части). Следовательно, при МАКСИМАЛЬНОМ звуковом давлении и входной нагрузке всё те же несколько МОм ни один блок, ни один кабель не имеет права сам «микрофонить» больше, чем на уровне собственных шумов тракта измерения. Это – закон. Отличить АЭП «от входного кабеля» и «от исследуемого ТС» невозможно в принципе…
Из всего, с чем я имел дело (работал, тестировал) наш «Талис-НЧ-М1» («Талис-НЧ-Лайт») в большинстве случаев этому требованию, практически, удовлетворяет. Всё остальное (включая, кстати, Unipan!) не удовлетворяет (повторюсь, бывает измерительный блок сам «молчит», а входной кабель ведёт себя как Соловей-разбойник…). Хотя нам это и «обошлось» в пару «лишних» лет разработки и кое с чем возимся и по сегодняшний день.
Далее, у любой колонки есть поля рассеяния. Кроме звукового давления она, к сожалению, ещё и излучает тот же сигнал, но в виде электрической и магнитной компонент поля.
Так вот, с абсолютной уверенностью, подтверждаемой сотнями и тысячами экспериментов за более чем 35 лет (и не только мною!) утверждаю, что если колонка (совместно со своим кабелем, усилителем мощности и т.д.) имеет поля рассеяния (перпендикулярно фронтальной плоскости, на расстоянии 1 м – типовые условия испытания), заметно превышающие значения:
0,01 мкА/м
1-3 мкВ/м
то таким «акустическим излучателем» пользоваться нельзя. Наводка «по полям», которую будет крайне трудно отделить от истинных сигналов АЭП, просто не позволит получить объективные результаты (она много больше «истинного» АЭП). К большому сожалению, чувствительность всех ТС именно к наводкам значительно больше чувствительности к «микрофонному» эффекту. Эти цифры взяты не с потолка, а «вымучены» рядом не самых простых экспериментов. И потребовало это немало времени…
По этому, подчёркиваю – важнейшему параметру, ни одна из прошедших у нас испытания колонок не годилась (марки и модели не называю…). Даже приблизительно. Кроме тех моделей, которые были разработаны у нас и с учётом всего изложенного. Кстати, не каждый экземпляр укладывается, всяко бывает. Но всё равно УЭК много-много «тише» возможных альтернатив. Об обычных покупных изделиях говорить вообще не имеет смысла, «свистят» они жутко…
Вроде, по основным параметрам – всё.
Итак, подведём итоги и составим табличку требуемых параметров «идеального» средства измерения для НЧ АЭП.
№ п.п |
Параметры и характеристики |
Единица
измерения |
Значение, не хуже |
Измерение сигналов АЭП в линии |
| 1
|
Виды исследуемых линий (портов):
слаботочные линии
линии электропитания 220 ?В 50 Гц |
- |
- |
2 |
Нижняя граница диапазона частот измеряемого сигнала АЭП в линии - не выше |
Гц |
Заданная НМД |
3 |
Верхняя граница диапазона частот измеряемого сигнала АЭП в линии - не ниже |
Гц |
Заданная НМД |
4 |
Минимальный уровень измеряемого сигнала АЭП в слаботочных линиях при отношения «сигнал/шум (помеха) не хуже 3 дБ - не более |
В |
(3-5)*10-8 |
5 |
Минимальный уровень измеряемого сигнала АЭП в линиях электропитания при отношения «сигнал/шум (помеха) не хуже 3 дБ - не более |
В |
(3-5)*10-5 |
6 |
Максимальный уровень измеряемого сигнала АЭП в слаботочных линиях - не менее |
В |
(3-5)*10-1 |
7 |
Динамический диапазон измерительного тракта (без учёта аттенюаторов и переключения коэффициента усиления) – не менее |
дБ |
130 |
8 |
Максимальный уровень измеряемого сигнала АЭП в линиях электропитания - не менее |
В |
1.0 |
9 |
Погрешность измерения уровня сигнала АЭП в линии при отношения «сигнал/шум (помеха) не хуже 6 дБ - не более |
дБ |
± 2,0 |
10 |
Входное сопротивление в рабочем диапазоне частот для симметричного и несимметричного входов («слаботочный» вход)– не менее |
МОм |
10 |
11 |
Входное сопротивление в рабочем диапазоне частот для измерения в линия электропитания («сильноточный» вход)– не менее |
кОм |
100 |
12 |
Симметрия симметричного входа – не хуже |
дБ |
70 |
13 |
Спектральная плотность собственных шумов (СКЗ) при нагрузке на входе не менее 2 Мом – не более |
нВ/vГц |
5 |
14 |
Наличие перестраиваемых ФВЧ и ФНЧ в тракте измерения |
- |
желательно |
15 |
Максимальная величина паразитных сигналов в тракте измерения при воздействии акустического сигнала со звуковым давлением не менее 100 дБ – не более |
В |
(3-5)*10-8 |
16 |
Погрешность измерения частоты сигналов - не более |
не более установленной полосы пропускания анализатора спектра |
Формирование и измерение тестового акустического сигнала |
17 |
Нижняя граница диапазона акустического тестового сигнала - не выше |
Гц |
80-100 |
18 |
Верхняя граница диапазона акустического тестового сигнала - не ниже |
Гц |
10000-12500 |
19 |
Требуемый уровень звукового давления тестового акустического сигнала в рабочем диапазоне частот на расстоянии 1,0 м от колонки (в заглушенной акустической камере) - не менее |
дБ |
110 |
20 |
Неравномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) тестового акустического сигнала (измеренная в третьоктавных полосах) - не хуже |
дБ |
± 6 |
21 |
Величины полей рассеяния в рабочем диапазоне частот при максимальной подводимой мощности на расстоянии 1 м от фронта акустического излучателя – не более |
мкА/м
мкВ/м |
0,01
1-3 |
22 |
Погрешность измерения уровня звукового давления тестового акустического сигнала - не более |
дБ |
± 2 |
Теперь представим себе, что у некого изделия какие-то из вышеприведённых параметров хуже. Совсем нельзя работать? Наверное, не столь категорично J Что-то измерить можно. А уж устраивает ли именно Вас это «урезанное что-то» - решайте сами.
Мала чувствительность (велики собственные шумы) – ну, значит сильно «микрофонящее» ТС выявите, а по другим, более «тихим», вывода сделать не будете иметь возможности.
Низкое входное сопротивление? Значит можно измерять только низкоомные источники. На высокоомных будет погрешность. Если потратить уйму времени можно эту погрешность определить и скорректировать результаты.
«Сильно свистит» колонка или усилитель – вот это уже хуже, действительно, такой акустический канал бесполезен. Все результаты под ооочень большим сомнением.
Ну и т.д.
Для пользователя, «сишника», важно понимать, чем ему придётся работать, важно знать исходя из чего, оценить и выбрать. Чего потом, при работе, ожидать от техники.
А для производителя средств контроля важно информировать потенциального покупателя обо ВСЕХ параметрах изделия и именно в тех режимах, в которых ему практически работать. И не случайно только на нашем форуме выложены и методики поверки, и описания типа и т.д. наших изделий. Впрочем, они скажут сами за себя ;) PR заниматься здесь я не собираюсь и примеры изделий одной фирмы приведены только потому, что больше сослаться не на что. А жаль…
О реальных параметрах того, что я испытывал «чужое» - я промолчу, коллеги обидеться могут, хотя это объективно. Но, вот совершенно искренне считаю, что у нас давно пора появиться фирмам, которые сами не являются «игроками» на рынке услуг. А только берут технику (что средства защиты, что средства контроля), объективно и одинаково их испытывают и открыто публикуют результаты тестов. «За бугром» это весьма распространено, согласитесь, прекрасное подспорье для выбора и … нешуточный стимул для конкуренции. Выигрывает, как и положено – потребитель (все мы!).
И последнее, коллеги, любящие собирать для измерений собственные «конструкторы» из разнообразного оборудования. Да не оставит Вас своим благоволением боги специальных исследований! Все вышеприведённые критерии и оценки продолжают работать и в этом случае. Проверьте свои «сборки» именно так, в таких схемах измерения. Тогда и только тогда Вы имеете право быть уверенными, что измеряете именно АЭП и именно того устройства, к порту которого подключились ;)
Мы отвечаем за тех, которых измерили ;)
Продолжение следует
