Ćwiczenie 1

Laboratorium
Podstawy Elektroakustyki
PE-1
Temat ćwiczenia: Głośnik dynamiczny – promieniowanie
Pomiary w komorze bezechowej
1. Wprowadzenie
Przedmiotem ćwiczenia jest badanie własności akustycznych kolumny głośnikowej i jej
poszczególnych głośników w warunkach pola swobodnego (w komorze bezechowej).
Ćwiczenie to pokazuje, między innymi, celowość stosowania drogiej komory bezechowej do
badania parametrów akustycznych głośników i mikrofonów.
Opis teoretyczny zjawisk i parametrów związanych z promieniowaniem przez głośnik
fali akustycznej znajduje się w skrypcie do laboratorium.
2. Metoda pomiaru
Brak odbić w komorze bezechowej daje możliwość prowadzenia badań na, dowolnie
długich sygnałach jak np. harmoniczny, szumowy itp. Jej zastosowanie poprawia dokładność
uzyskanych wyników oraz usuwa konieczność stosowania rozbudowanych systemów
pomiarowych likwidujących odbicia (skrypt). Ponieważ pomiary mogą być prowadzone na
fali ciągłej (jak dla warunków pola swobodnego) zatem można znacznie uprościć system
pomiarowy i skrócić czas pomiaru. System pomiarowy stosowany w ćwiczeniu bazuje na
prostym zestawie pomiarowym typu PC-Lab 2000 Velleman. Składa się on z oscyloskopu i
generatora funkcji sprzężonych poprzez USB z komputerem. Jego oprogramowanie
umożliwia realizowanie różnych funkcji jak podgląd oscyloskopowy, generowanie różnych
przebiegów, pomiar w funkcji częstotliwości na fali pseudo ciągłej. Obsługa programu jest
bardzo czytelna toteż w instrukcji nie zamieszczono jej opisu.
W ramach ćwiczenia dokonuje się dwa rodzaje badań: 1) akustycznych własności
komory oraz 2) własności kolumny głośnikowej. W pierwszym przypadku generuje się
cyklicznie krótkie impulsy składające się z kilku okresów sinusoidalnego sygnału o
częstotliwości akustycznej np. 1kHz . Jego generację dokonuje się za pomocą programu
matlab skryptem „impuls”. Sygnał ten z wyjścia Lin Out komputera z jednego kanału
(wyjście stereofoniczne) wchodzi na akustyczny wzmacniacz mocy i dalej na głośnik, a z
drugiego kanału na oscyloskop – dla jego synchronizacji impulsem nadawanym. Parametry
impulsów ustawia się wprost poprzez odpowiednie zmiany zapisów w skrypcie impuls. Po
czasie propagacji wypromieniowanej przez głośnik fali akustycznej na drodze kolumna –
mikrofon obserwuje się sygnał odebrany oraz występujące za nim odbicia (wyjście AC z
miernika poziomu). Na podstawie obrazu odbieranego sygnału z odbiciami można wstępnie
ocenić własności komory bezechowej.
O jakości komory bezechowej świadczy poziom odbić sygnału akustycznego od jej ścian.
Jeżeli odbicia są dostatecznie niskie (np. poniżej 30dB) to można uważać, iż spełnione są
warunki pola swobodnego.
W drugiej części ćwiczenia bada się pasma przenoszenia kolumny oraz jej
poszczególnych głośników za pomocą fali ciągłej.
W ćwiczeniu bada się kolumnę głośnikową wyposażoną w system kluczy
umożliwiających wybieranie pojedynczych głośników i współpracujących z nimi zwrotnic filtrów sygnałów elektrycznych. Szczegółowy schemat kluczy przełączających głośniki i
zwrotnice umieszczony jest na tylnej ścianie kolumny.
PE_1_komora_bezechowa.doc
1/6
2016-10-18
Laboratorium
Podstawy Elektroakustyki
PE-1
3. Zestaw aparatury
- głośnik kolumna,
- mikrofon pojemnościowy,
- wzmacniacz mikrofonowy,
- komputer,
- akustyczny wzmacniacz mocy.
- zestaw pomiarowy velleman PC-Lab 2000.
Na rys. 3.1 i 3.2 pokazane są schematy blokowe zestawów do badania własności
komory bezechowej i pasma przenoszenia głośników.
Line Out
i i
Głośnik
WM
Mikrofon ze wzmacniaczem
PC
BNC
BNC
Pc-Lab Osc.
USB
Rys.3.1 Schemat blokowy do badania własności komory bezechowej
WM
Głośnik
Mikrofon ze wzmacniaczem
USB
Pc-Lab
2000 Gen.
Wyj. Gen.
PC
USB
Ch2
Pc-Lab
2000 Osc.
Ch1
Rys.3.2 Schemat blokowy do badania pasm przenoszenia głośników w komorze bezechowej
WM - wzmacniacz mocy,
Pc-Lab 2000 – zestaw oscyloskop generator Velleman,
PC komputer.
PE_1_komora_bezechowa.doc
2/6
2016-10-18
Laboratorium
Podstawy Elektroakustyki
PE-1
4. Zadania
4.1 Ustawić w komorze bezechowej kolumnę i mikrofon na wspólnej osi akustycznej
rozstawionych co najmniej o 1m i dokonać podłączeń wg schematu blokowego jak na
rys. 3.1.
4.2 Ustawić minimalne wzmocnienie wzmocnienia akustycznego mocy i włączyć zestaw
pomiarowy do badania własności komory bezechowej. To jest: podać sygnał z komputera
z wyjścia line lub w przypadku jego braku słuchawkowego przez rozgałęźnik kanałów
Jack stereo 2xRCA (chinche) na odpowiednie wejście wzmacniacza mocy (LINE prawe
lub lewe – odpowiednio do podłączonego głośnika). Drugi kanał z rozgałęźnika
podłączyć do drugiego kanału oscyloskopu. Na pierwszy kanał oscyloskopu podać
sygnał z mikrofonu (miernika poziomu – wyjście AC jack mono - zastosować
odpowiednie przejściówki).
UWAGA wzmacniacz mikrofonu po 20 minutach automatycznie się wyłącza. Aby tego
uniknąć, należy przed jego włączeniem nacisnąć i przytrzymać przycisk MAXHLD.
Po prawidłowym włączeniu na ekranie powinna pojawić się litera n.
4.3 Uruchomić program Matlab 6.5 a następnie poleceniem impuls spowodować
generowanie impulsów akustycznych.
4.4 Włączyć wszystkie głośniki (przyciski na kolumnie głośnikowej) i ustawić wzmocnienie
wzmacniacza akustycznego mocy na poziomie umożliwiającym poprawną jego
rejestrację przez mikrofon. Należy zwrócić uwagę na fakt, by nie występowało
przesterowanie głośnika, dokonać ewentualnej korekcji wzmocnienia wzmacniacza mocy
oraz jeśli zachodzi potrzeba - korekty wzmocnienia wzmacniacza mikrofonowego.
4.5 Uruchomić oscyloskop – ikona PC_Lab2000se W menu USB –Devices zadeklarować
wyłącznie oscyloskop. Dobrać podstawę czasu oscyloskopu i wzmocnienie oscyloskopu
tak by widoczny był sygnał nadawany, odbierany oraz istotne odbicia. Zarejestrować na
oscyloskopie sygnały odbierane przez mikrofon dla minimum czterech częstotliwości np.
500Hz, 1kHz, 2kHz oraz 6kHz.
4.6 Dokonać oceny poziomu odbić w stosunku do pierwszego impulsu odebranego (bez
odbić). Jeżeli są obserwowane odbicia to ocenić czasy ich występowania (należy
uwzględnić odbicia których amplituda nie spada poniżej 20dB – w stosunku do
pierwszego sygnału odbieranego).
Wyniki rejestracji zapamiętać w komputerze i udokumentować je obrazami z ekranu.
Zredukować wzmocnienie wzmacniacza mocy do zera i ponownie uruchomić PC_Lab2000se
z zadeklarowanym oscyloskopem i generatorem.
Włączyć Function generator i ustawić wzmocnienie sygnału wyjściowego zredukowane o
40dB
(zaznaczyć górne okienko dla -40dB)
4.7 Uruchomić zestaw do badania pasma przenoszenia – rys.3.2 (wybrać w menu lab
Oscilloscope PCSU100 opcję Circuit Analyzer). Poleceniem Clear All skasować
wcześniej zapisane obrazy. W polu Frequency Range zaznaczyć zakres pomiaru (górną
częstotliwość) oraz w polu Frequency Start początek pomiary (dolną częstotliwość).
PE_1_komora_bezechowa.doc
3/6
2016-10-18
Laboratorium
Podstawy Elektroakustyki
PE-1
Ustawić wzmocnienie wzmacniacza mocy na poziomie umożliwiający prawidłowy odbiór
sygnału na mikrofonie (bez zniekształceń nieliniowych).
Pomiary można przeprowadzać w skali liniowej lub logarytmicznej (brak zaznaczenia
/zaznaczona skala logarytmiczna- Freq. Scale). Analogicznie dla skoku - Freq. Steps.
Należy w polu V Range wybrać poprawny zakres czułości – taki by nie następowało w
trakcie pomiarów przesterowanie ale poziom był znacznie wyższy od szumów otoczenia i
aparatury.
Można włączyć opcję autoskalowania się oscyloskopu wówczas oscyloskop automatycznie
dobiera wzmocnienie do poziomu sygnału. W tym celu należy w Bode Plotter programu
PC_Lab2000Se w Option wybrać Automatic Voltage Scale.
W przypadku gdy sygnał z mikrofonu jest za niski (widać duże szumy) można zwiększyć jego
wzmocnienie. Reguluje się je przyciskami DOWN (każde przyciśnięcie powoduje wzrost
wzmocnienia o 10dB ) i UPPER ( spadek wzmocnienia o 10dB).
4.8 Włączyć pomiar w funkcji częstotliwości w zakresie od 100Hz do 10kHz ze skokiem co
100Hz. Ustawić opcję wielokrotnego zapisu (w Bode Plotter wybrać Options –
i zaznaczyć Show Multiple Traces).
4.9 Dokonać pomiaru funkcji przenoszenia dla włączonej całej kolumny (odpowiednie na niej
przyciski) i oraz dla pojedynczych głośników kolumny: nisko, średnio i wysoko
tonowego.
Wszystkie wyniki pomiarów muszą być zapisane w pamięci komputera w odpowiednich
plikach. Ich nazwy i ścieżki dostępu do nich należy umieścić w sprawozdaniu.
5. Opracowanie
5.1 Sprawozdanie powinno zawierać uzyskane obrazy dokumentujące własności kolumny
oraz własności komory bezechowej.
5.2 Jeżeli widoczne są odbicia to podać ich opóźnienie i wartości w skali liniowej oraz
w dB w stosunku do pierwszego impulsu odbieranego.
5.2. Oszacować 3dB pasma przenoszenia kolumny i poszczególnych głośników.
6. Literatura:
[1] M. Słaby i in., Katalog 31-R. Przetworniki Elektroakustyczne, Wyd. Czasop. NOT,
Warszawa 1966, s. 147.
[2] M. Słaby i P. Kozłowski, Przetworniki Elektroakustyczne, budowa i zastosowanie,
Wyd. KiL. Warszawa 1969. s. 86.
[3] Z. Żyszkowski, Podstawy Elektroakustyki, Wyd. Nauk. i Techn,. Warszawa 1984.
[4] L. Beranek. Acoustic Measurements, J. Wiley & Sons, Inc,. New York, 1949, s. 244.
[5] Instrukcje obsługi zestawu Pc-Lab 2000 Velleman.
[6] Skrypt do laboratorium (strona Katedry)
PE_1_komora_bezechowa.doc
4/6
2016-10-18
Laboratorium
Podstawy Elektroakustyki
PE-1
Dodatek
Program impuls umożliwia wprowadzanie częstotliwości sygnału w impulsie, czas
powtarzania 0.5s , czas trwania impulsu 10ms ilość repetycji 3x3x5x5=225. Można
modyfikować poszczególne parametry w skrypcie.
%Impuls
clear
fp=44100; fs=input(‘podaj częstotliwość sygnału f[Hz] = ‘);
dt=1./fp; t1=0:dt:0.01; t=0:dt:0.5;
x(length(t))=0;
x(1:length(t1))=sin(2*pi*fs*t1);
x=[x x x];
plot(x)
x=[x x x ]; x=[x x x x x]; x=[x x x x x];
sound(x,44100)
PE_1_komora_bezechowa.doc
5/6
2016-10-18
Laboratorium
Podstawy Elektroakustyki
PE-1
SCHEMAT KOLUMNY
PE_1_komora_bezechowa.doc
6/6
2016-10-18