Audio Analyzer – terza parte

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s2smodern

di Marco Re e Livio Argentini

 
Caratterizzazione di un equalizzatore con sequenziamento di risposte in frequenza.
 
Caratterizzazione di un compressore con sequenziamento di sweep di ampiezza.

Il sequenziamento delle misure (misure omogenee e non omogenee)

Il moderni sistemi di misura audio consentono di programmare lo strumento in modo che esso possa eseguire automaticamente un set di misure sui segnali ad esso connessi. Tali misure possono essere diverse tra loro, oppure viene eseguita la stessa misura più volte modificando un parametro controllato da un attuatore sul pannello frontale (ad esempio la soglia di un compressore, o il guadagno di un preamplificatore). Nel caso di misure diverse, potremmo ad esempio decidere di effettuare su un preamplificatore le seguenti misure:

  • Misura della risposta in frequenza con il tradizionale metodo a step di frequenza (accurato ma lento);
  • Misura della risposta in frequenza mediante sweep di frequenza (+ veloce ma teoricamente meno accurata);
  • Misura del massimo livello di uscita dal preamplificatore.

Basterà programmare il sequencer dell’analizzatore con le tre misure opportunamente configurate ed attivare il sequencer per ottenere la loro esecuzione automatica. Nel caso di misure omogenee che richiedano la modifica di un parametro tramite un attuatore sul pannello frontale, è normalmente prevista una istruzione di pausa che consente all’operatore di cambiare il parametro in questione. Cambiato il parametro, l’operatore riattiverà la sequenza di misura. Questa tipologia di misura con cambiamento di parametri mediante i controlli sul pannello frontale dell’apparato, è particolarmente importante in produzione in quanto è necessario testare anche gli attuatori elettromeccanici montati sul pannello frontale (potenziometri, commutatori, pulsanti). Nella figura 1 è illustrata la caratterizzazione di un equalizzatore parametrico costituita da un set di misure di riposta in frequenza intervallate da cambi della posizione degli attuatori sul pannello frontale, mentre in figura 2 è illustrata la caratteristica statica (in regime permanente, ossia una volta esaurito il transiente di attacco) di un compressore audio. Essa è stata realizzata mediante sweep di ampiezza con diverse posizioni del potenziometro che controlla il rapporto di compressione.  Alcuni degli analizzatori esposti in questa rassegna, peraltro, permettono il controllo del sequencer delle misure mediante segnali elettrici esterni consentendo, con un opportuno HW esterno, di rendere completamente automatica la procedura di test. Il sistema, in questo caso, è basato su un manipolatore esterno che cambierà la posizione degli attuatori sul pannello frontale e di un sistema di misura ad esso asservito che si occuperà del sequenziamento delle misure.

Il Signal Path

Molto importante è anche la possibilità offerta dai moderni audio analyzer di controllare il percorso del segnale utilizzato per la realizzazione delle misure, in maniera che a cablaggio effettuato la macchina sia in grado di operare non solo sul sequenziamento delle misure ma anche sulla gestione del routing interno ed esterno. Soprattutto in presenza di un sistema di switcher di ingresso e di uscita esterni, tale capacita di gestione del routing assume un aspetto centrale per l’efficienza delle misure in produzione.

Panoramica di mercato

NTI Flexus FX100

 
NTI Flexus FX100.

NTI produce un analizzatore audio modulare decisamente compatto che si utilizza interfacciandolo ad un PC. Flexus FX100 (figura 3) è un sistema modulare a cinque schede che può essere configurato in modo da poter alloggiare sino a quattro canali più una scheda per le misure di impedenza, utile nel settore delle misure sugli altoparlanti (misure di impedenza e dei parametri Thiele-Small). I quattro canali sono acquisiti parallelamente. Nel caso in cui il sistema dovesse affrontare la misura su più di quattro canali, sono disponibili dei moduli switcher esterni che consentono di operare sino a 14 canali in ingresso e in uscita, con strategia di switching asservita al Flexus FX100. È possibile anche operare con diversi FX100 insieme, coordinati da un master FX100, mediante la FX100 control suite. Flexus consente di effettuare tutte le misure tipiche dell’audio analogico con ottime prestazioni, come indicato nella tabella comparativa (tabella 1). Importante nel Flexus è la possibilità di sequenziare le misure (diverse misure effettuate in sequenza) e di effettuare misure parametriche (come ad esempio, nella caratterizzazione di compressori, effettuare curve di compressione statiche con diverse impostazioni del rapporto di compressione o del valore di soglia, piuttosto che una caratterizzazione della THD in funzione della frequenza e del livello di ingresso). Per quanto riguarda le misure nel dominio della frequenza in digitale, lo strumento campiona il segnale a 192 kHz al fine del calcolo della FFT. È disponibile un opportuno modulo che consente di effettuare misure direttamente nel dominio digitale.

 
UPV Audio Analyzer e UPV66.
 
UPP Audio Analyzer.

Rhode & Schwarz UPV/UPP Audio Analyzer

Rhode e Schwartz, azienda storica del mercato dell’instrumentation and test per le telecomunicazioni, ha tra i suoi apparati diverse tipologie di audio analyzer con i modelli UPV e UPP (figure 4 e 5). Le soluzioni proposte sono UPV, con PC e sistema di visualizzazione interno, UPV 66 e UPP con PC esterno. UPV può accogliere delle schede di espansione negli alloggiamenti posteriori, rendendo la macchina, in termini di numero di canali processati parallelamente, simile alle soluzioni proposte da Audio Precision. È prevista un’ampia e variegata serie di accessori tra cui degli switcher atti ad aumentare il numero di canali misurati sequenzialmente. La versione UPP ha prestazioni ridotte ed è multicanale, quindi più orientata al production and test. UPV ed UPV 66 differiscono solo per la necessità di un PC esterno. UPP, oltre a non disporre del sistema di visualizzazione, ha delle caratteristiche tecniche inferiori. Tutti questi analizzatori sono dual-domain analyzer con capacita di sequenziamento/parametrizzazione delle misure. Le performance sono abbastanza spinte (tabella 1) anche se non raggiungono quelle di Audio Precision. 

 
Prism Sound dScope III.
 
Prism Sound dScope III architecture (source Prism Sound web).

Prism Sound dScope Series III

Prism Sound, casa molto nota nell’hardware per l’audio professionale e che si è differenziata negli anni grazie anche ad alcune acquisizioni aziendali, è entrata negli ultimi anni nel settore del test and measurement per l’audio. I prodotti di Prism Sound in questa area sono un analizzataore, alcuni switcher ed altri accessori. L’analizzatore dScope Series III (figura 6) è una unità controllata da PC mediante l’uso di un opportuno software con una Graphical User Interface (GUI) simile a quella degli altri analizzatori audio descritti. La macchina offre due canali in ingresso e due in uscita. Al fine di aumentare il numero di canali è disponibile una unità di switching che consente di collegare 16 canali differenti al dScope Series III (due gruppi da otto canali) che verranno elaborati a gruppi di due. La macchina consente di effettuare misure nel dominio analogico (ingressi ed uscite analogici) e digitale (ingressi ed uscite digitali). Dal punto di vista architetturale (figura 7, dove in blu sono indicati i segnali analogici ed in rosso i segnali digitali) la macchina è totalmente digitale, ossia opera tramite una conversione analogico/digitale di elevata accuratezza. Le sue performance sono mostrate nella tabella 1. Si tratta di un dual domain analyzer particolarmente flessibile ed orientato alle misure per la produzione. L’approccio al sequenziamento delle misure o alle misure parametriche è simile a quello degli altri apparati presi in esame in questa rassegna.

 
Audio Precision APx555: lo stato dell’arte.

Audio Precision APx555

Audio Precisione è certamente l’azienda più autorevole nel settore degli analizzatori audio, leader di mercato seguita probabilmente da NTI. NTI e AP costituiscono la punta di diamante in questo settore. Audio Precision dispone di diverse macchine che si differenziano sia per le performance che per il numero di canali, quindi orientate a diverse aree applicative: ricerca/sviluppo e produzione. La macchina portabandiera è il modello APx555 (figura 8) che ha in assoluto le migliori performance esistenti sul mercato (tabella 1). Si tratta di un dual-domain analyzer a due canali con una architettura completamente duale, ossia consente misure sia su sistemi analogici e su sistemi digitali. Riguardo alle misure nel dominio analogico, dispone all’interno della doppia possibilità di operare con una catena di misura completamente analogica (ovviamente servita dal digitale) ed anche con una catena che utilizza sia per la generazione che per la analisi una conversione AD e DA molto performante. Le macchine supportano ovviamente misure in sequenza e misure parametriche con la possibilità di effettuare il sequenziamento in maniera automatica ed anche controllando lo strumento dall’esterno mediante una speciale porta di ingresso/uscita. Il software di gestione è molto affidabile e veramente intuitivo, nella mia personale esperienza con queste macchine sono stato in grado di operare in brevissimo tempo. Anche le procedure di installazione del software di gestione sono efficienti ed affidabili.

 
Stanford Research SR1.

Stanford Research SR1

Stanford Research SR1 (figura 9) è un dual-domain audio analyzer che non ha bisogno di un PC esterno per funzionare. Esso integra al suo interno un PC su cui gira Windows XP embedded. Anche questo analizzatore, come gli altri, dispone di una architettura totalmente analogica (dedicata alle misure più performanti) e di una architettura digitale. SR1 consente le misure in automazione tipiche degli audio analyzer analogici ed ha anche le modalità tipiche dell’acquisizione ed elaborazione digitale, come ad esempio l’analisi in frequenza tramite FFT. Questo analizzatore dispone della possibilità di interfacciarsi con porte di comunicazione esterne (Ethernet). In tabella 1, le caratteristiche principali della unità.

Visione di sintesi

Dall’analisi delle macchine prese in rassegna appare chiaro che il leader di mercato sia Audio Precision, anche se l’unità NTI è particolarmente interessante per performance e compattezza, soprattutto per misure in produzione. Interessante la macchina Rhode e Schwartz, per la possibilità di customizzazione multicanale con l’utilizzo degli slot posteriori.

MODELLO Distorsione (THD+N) dell'analizzatore Ampiezza di banda Livello audio del generatore (bilanciato) Distorsione (THD+N) del generatore Risposta in frequenza
NTI Flexus FX100 –104 dB 5 Hz ÷ 80 kHz –100 dBV ÷ 1,9 dBV –107 dB ±0,0015 dB
R&S UPV Audio Analyzer –110 dB 0,1 Hz ÷ 80 kHz oppure 0,1 Hz ÷ 125 kHz (opzionale) –80 dBV ÷ 26 dBV   10 Hz to 100 kHz ±0,05 dB
Prism Sound DSCOPE SERIES III Non specificato chiaramente Dipendente dal sample rate (max sample rate 192 kHz) –120 dBu ÷ 28 dBu –102 dB Ref. 1 kHz 0.1 dB (DC to 40 kHz)
Stanford Research SR1 –107 dB 10 Hz ÷ 200 kHz –120dBV ÷ 29 dBV –106 dB ±0.008 dB
Audio Precision APx555 –117 dB DAC: 0,001 Hz ÷ 80 kHz; analog: 5 Hz ÷ 204 kHz 26,66 VRMS tip. 120 dB (1 kHz, 2.0 V) (5 Hz - 20 kHz) ±0.008 dB
A causa di una sostanziale assenza di standard per misurazione di questi parametri, i dati indicati in tabella sono indicativi e sono da sottoporre ad una analisi tecnica dettagliata spesso resa difficile in quanto legata ad informazioni non sempre fornite dal costruttore.

Appendice

Da dBu a dBV

dBu ed i dBV servono per la misura del livello assoluto di un segnale in scala logaritmica. Si tratta di misure la cui definizione è la seguente:

dBu=20log(V/0,775)

dBV=20log(V/1)

Ove il valore V1 viene espresso in Volt RMS. Normalmente si utilizzano con segnali sinusoidali.

La differenza tra queste due scale è pari ad un valore costante.

Le due scale quindi si possono comparare con la formula seguente:

dBu=dBV+2,214

Riferimenti Bibliografici

 

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