- Memahami impedans, herotan, tindak balas frekuensi dan harmonik adalah kunci untuk mentafsir apa yang ditunjukkan oleh osiloskop dalam penguat audio.
- Dengan makmal mini buatan sendiri (osiloskop, penjana atau perisian dan beban), anda boleh mengukur input, output, THD, ketepuan, hingar dan dengungan dalam tiub, transistor dan penguat kelas D.
- Analisis FFT dan tindak balas frekuensi mendedahkan taburan harmonik dan kelakuan ton, tetapi ia harus sentiasa ditafsirkan dalam konteks pendengaran sebenar.
- Gabungan osiloskop dan perisian percuma menjadikan kad bunyi sebagai penganalisis audio yang berkesan untuk mengesan ayunan, gangguan dan masalah reka bentuk.
Apabila kita mula mengutak-atik penguat, lambat laun kita akan beralih daripada kebiasaan "ia kedengaran kuat" dan mula ingin tahu apa yang sebenarnya dilakukan oleh litar di dalamnya . Terutamanya apabila kita membeli penguat Kelas D yang murah dalam talian atau membina penguat tiub buatan sendiri, adalah perkara biasa untuk tertanya-tanya sama ada bentuk gelombang yang kita lihat pada osiloskop bermaksud peranti itu baik, buruk, atau sekadar "berpatutan untuk harganya".
Ramai audiophile terkejut melihat penguat sepuluh euro yang dibeli di AliExpress memaparkan isyarat yang agak "kotor" pada osiloskop, dengan sisa pensuisan dan hingar frekuensi tinggi, namun apabila dimainkan dengan muzik sebenar, bunyinya lebih daripada boleh diterima. Situasi seperti ini memaksa kita untuk memahami bahawa mengukur penguat audio dengan osiloskop bukan sekadar memeriksa sama ada bentuk gelombang kelihatan baik , tetapi juga mentafsir apa yang kita lihat, mengetahui ujian mana yang bermakna, dan cara meletakkannya dalam konteks dengan apa yang sebenarnya didengari oleh telinga kita.
Mengapa masuk akal untuk mengukur penguat audio dengan osiloskop
Apabila anda baru bermula dalam dunia audiofil atau pembinaan penguat DIY, adalah perkara biasa untuk berfikir bahawa selagi sesuatu "tidak mengganggu telinga," ia sudah cukup baik. Tetapi rasa ingin tahu tidak lama kemudian timbul untuk memeriksa sama ada penguat sedang dipotong, berapa banyak bunyi yang diperkenalkannya, bagaimana ia mengendalikan frekuensi yang berbeza , atau sama ada ia berayun di tempat yang tidak sepatutnya. Di situlah osiloskop memainkan peranan, bersama-sama dengan penjana isyarat atau, jika gagal, perisian percuma yang bertindak sebagai penjana dan penganalisis.
Kuncinya adalah untuk menyediakan sejenis makmal mini rumah di mana kita boleh menjalankan ujian yang agak serupa dengan ujian di bangku ujian profesional, tetapi dengan alat yang sedia ada: osiloskop fizikal (atau osiloskop perisian menggunakan kad bunyi), penjana fungsi atau PC yang mengeluarkan sapuan dan nada melalui output audio, dan beberapa beban dan attenuator. Dengan itu, anda boleh mendapatkan data yang sangat berguna daripada mana-mana penguat, daripada penguat tiub berfideliti tinggi kepada modul Kelas D berkos rendah.
Tambahan pula, jenis pengukuran ini membantu menyangkal mitos bahawa sebarang bentuk gelombang "hodoh" sinonim dengan bunyi yang buruk. Kadangkala sebaliknya adalah benar: graf mungkin membimbangkan, tetapi bunyi yang terhasil sepadan dengan apa yang kita jangkakan daripada sistem yang murah atau peringkat permulaan. Sudah tentu, peralatan mewah memerlukan bentuk gelombang dan angka herotan yang sempurna, tetapi konteksnya adalah penting.
Satu lagi perkara menarik ialah kebanyakan ujian ini bergantung pada perisian analisis audio percuma yang direka bentuk untuk berfungsi dengan kad bunyi komputer. Program ini membolehkan anda melihat spektrum, harmonik, tindak balas frekuensi, tahap THD dan banyak lagi dengan cara yang sangat visual, menjadikannya pelengkap ideal kepada osiloskop tradisional.
Pendek kata, mengukur dengan osiloskop dan perisian bukan sahaja untuk jurutera: mana-mana penggemar yang mempunyai sedikit ketelitian dan kesediaan untuk belajar boleh mendapatkan lebih banyak lagi daripada penguat mereka , menala halus reka bentuk, mengesan kerosakan dan, yang paling penting, memahami mengapa peralatan mereka berbunyi sedemikian.
Konsep asas sebelum menyambungkan osiloskop
Sebelum anda mula memasukkan prob osiloskop ke dalam mana-mana bahagian litar, adalah idea yang baik untuk memahami beberapa konsep elektrik yang akan muncul berulang kali : impedans, herotan, tindak balas frekuensi, harmonik, tepu, hingar latar belakang, dengungan sesalur, dan sebagainya. Anda tidak perlu menjadi jurutera, tetapi anda perlu tahu apa yang anda cuba ukur.
Dalam pengujian penguat audio, kami sentiasa membezakan antara bahagian isyarat frekuensi rendah (audio itu sendiri) dan, dalam beberapa persediaan, bahagian frekuensi radio (RF), contohnya, apabila bekerja dengan penguat yang beroperasi sekitar 1 MHz. Dalam senario ini, komponen seperti penyekat DC, terminator 50 Ω dan kadangkala attenuator RF khusus digunakan.
Dalam RF, rantai biasa mungkin kelihatan seperti ini: Penguat RF → Penyekat DC → Beban atau terminator 50 Ω . Memahami fungsi setiap komponen menghalang kesilapan yang merugikan, kerana kita berurusan dengan tahap kuasa dan frekuensi di mana satu kesilapan boleh merosakkan sesuatu dalam sekelip mata. Walau bagaimanapun, dalam audio tulen, situasi berubah, dan daripada bimbang tentang talian 50 Ω, kita memberi tumpuan kepada impedans input dan output, herotan, keratan dan hingar.
Walaupun osiloskop mudah membolehkan kita melihat bentuk gelombang dari semasa ke semasa, mengesan keratan, ayunan, puncak luar biasa, dengungan atau hingar frekuensi tinggi . Jika ia juga mempunyai fungsi FFT, atau jika kita menggabungkannya dengan perisian analisis, kita juga boleh melihat kandungan frekuensi dan taburan harmonik, yang membuka pintu kepada pengukuran THD dan tindak balas frekuensi yang agak tepat.
Akhir sekali, adalah perlu untuk mempertimbangkan batasan peralatan pengukur itu sendiri: julat voltan yang dibenarkan, impedans input, lebar jalur, jenis prob, dan sebagainya. Mengetahui data ini adalah penting untuk menentukan sama ada kita boleh menyambungkan osiloskop terus ke output penguat atau sama ada kita memerlukan prob atenuator 10:1 atau atenuator tambahan untuk mengelakkan melebihi julat atau mengubah litar yang diuji secara berlebihan.
Ujian asas pada penguat audio: apa yang perlu diukur
Jika anda ingin melangkaui sekadar mengatakan "bunyinya bagus," anda harus mempertimbangkan bateri ujian yang agak standard yang akan memberi anda pemahaman teknikal tentang prestasi penguat. Dalam dunia profesional, banyak parameter diukur, tetapi dengan peralatan rumah, anda boleh fokus pada beberapa yang memberikan banyak maklumat tanpa merumitkan keadaan.
Antara ujian yang paling berguna, kami dapati pengukuran impedans input (untuk mengetahui beban yang dilihat oleh sumber isyarat), impedans output (untuk memahami bagaimana pembesar suara mengawal dan faktor redaman), impedans antara peringkat (sangat menarik dalam penguat tiub dengan beberapa peringkat gandaan), serta pelbagai jenis herotan harmonik, kedua-duanya dengan maklum balas negatif yang disambungkan dan tanpanya.
Ia juga sangat ilustrasi untuk mengkaji ketepuan penguat dengan gelombang sinus : sehingga tahap input isyarat kekal bersih dan dari titik mana penguat mula menggunting. Osiloskop dengan jelas menunjukkan peralihan daripada gelombang sinus "bulat" kepada isyarat dengan puncak rata, simetri atau asimetri bergantung pada reka bentuk litar.
Selain ujian-ujian ini yang tertumpu pada kelinearan, adalah wajar untuk meluangkan masa untuk mengukur hingar, dengungan utama, gangguan frekuensi radio dan sebarang ayunan luar jalur. Banyak penguat yang kelihatan senyap sebenarnya berayun dalam julat ultrasonik, yang boleh memanaskan komponen, menyebabkan ketidakstabilan atau mengganggu peralatan lain, walaupun ia tidak dapat dilihat oleh telinga.
Akhir sekali, analisis tindak balas frekuensi dan spektrum boleh dilakukan , menyemak bagaimana gandaan berbeza-beza dalam frekuensi bes, julat pertengahan dan treble, di mana tahap mula menurun, sama ada terdapat resonans yang tidak diingini, dsb. Dalam penguat tiub dengan transformer output, sebagai contoh, ujian ini membantu melihat sejauh mana transformer mengehadkan hujung jalur.
Penggunaan osiloskop dalam persediaan RF: penyekat DC, terminator dan attenuator
Apabila penguat yang kita gunakan bukan sekadar penguat audio, tetapi penguat RF yang beroperasi pada sekitar 1 MHz atau lebih tinggi, beberapa pertimbangan tambahan timbul mengenai pemadanan impedans dan perlindungan peralatan pengukur. Dalam kes ini, adalah sangat biasa untuk mencari persediaan yang merangkumi penyekat DC dan terminator 50 Ω pada output.
Penyekat DC dipasang untuk menghapuskan sebarang komponen DC yang mungkin datang daripada penguat dan boleh merosakkan kedua-dua beban dan peralatan hiliran. Ia pada asasnya bersaiz kapasitor untuk beroperasi dalam jalur frekuensi yang diingini tanpa memperkenalkan penurunan isyarat yang ketara.
Seterusnya, terminator RF biasanya disambungkan, biasanya perintang 50 Ω yang bertindak sebagai beban yang sepadan . Ini menghalang pantulan isyarat di sepanjang talian dan mewujudkan keadaan operasi yang stabil untuk penguat. Jika sistem direka bentuk untuk 50 Ω, penggunaan terminator jenis ini adalah praktikalnya wajib.
Persoalan lazimnya ialah sama ada osiloskop boleh disambungkan terus ke talian RF ini atau sama ada attenuator tertentu diperlukan. Jawapannya bergantung pada tahap voltan dan impedans keluaran penguat, serta kapasiti saluran osiloskop. Dalam kebanyakan kes, prob 10:1 sudah bertindak sebagai attenuator dan mengurangkan impak pada litar , tetapi dalam RF tulen, adalah juga sangat biasa untuk menggunakan attenuator yang dikalibrasi yang mengekalkan padanan impedans 50 Ω di seluruh rantai.
Jika kita menggunakan penguat kos rendah untuk berfungsi dengan peralatan yang mahal , adalah penting untuk mengetahui voltan maksimum yang boleh dihantar oleh pentas, jenis beban yang direka bentuk untuknya, dan batasan osiloskop kita. Dari situ, kita boleh memutuskan sama ada prob yang dilemahkan mencukupi, sama ada attenuator tetap, contohnya, 10 dB atau 20 dB diperlukan, atau sama ada ia bermanfaat untuk memisahkan sebahagian isyarat menggunakan pembahagi atau pengganding arah.
Penguat tiub pengukur: ujian biasa dan cara mentafsirkannya
Penguat tiub mempunyai daya tarikan istimewa: ia menggabungkan mutu kerja, reka bentuk klasik dan dos subjektiviti sonik yang sihat . Walau bagaimanapun, selain daripada sekadar berbunyi baik, adalah sangat berguna untuk menjalankan beberapa ujian standard untuk memahami apa yang sebenarnya mereka lakukan dan ruang untuk penambahbaikan yang ada.
Salah satu ukuran pertama yang disyorkan ialah impedans input . Mengetahui rintangan yang dilihat oleh sumber isyarat (preamp, DAC, pedal, dll.) membantu mengelakkan beban yang terlalu rendah yang boleh memberi tekanan pada peringkat sebelumnya, mengubah tindak balas frekuensinya atau menyebabkan herotan tambahan. Impedans input yang tinggi biasanya selesa untuk sumber, walaupun ia juga boleh menjadikan litar lebih sensitif terhadap hingar dan kabel yang panjang.
Impedans output adalah sama pentingnya, kerana ia menentukan sejauh mana penguat mengawal pergerakan pembesar suara. Dalam penguat tiub, transformer output memainkan peranan penting, dan reka bentuknya mempengaruhi faktor redaman dan pemanjangan frekuensi bes dan treble. Dengan mengukur bagaimana output bertindak balas di bawah beban yang berbeza, kita boleh mendapatkan gambaran tentang padanan sebenar antara penguat dan pembesar suara.
Ia juga menarik untuk menganalisis impedans antara peringkat dalam penguat itu sendiri , terutamanya dalam reka bentuk dengan berbilang tiub gandaan dan pengikut katod. Padanan impedans yang lemah antara peringkat boleh menyebabkan penurunan aras, keratan jalur tinggi, atau ketidakstabilan, manakala saiz yang betul memastikan pemindahan isyarat yang bersih dan boleh diramal.
Satu lagi bidang utama ialah kajian tentang herotan harmonik keseluruhan (THD) dengan dan tanpa maklum balas negatif . Maklum balas mengurangkan herotan dengan ketara dan biasanya meratakan tindak balas frekuensi, tetapi ia juga mengubah taburan harmonik (genap, ganjil, tertib lebih tinggi, dsb.). Dengan mengukur dengan gelombang sinus tulen dan memerhati spektrum, kita dapat melihat harmonik yang mendominasi dan bagaimana tahapnya berubah apabila gelung maklum balas disambungkan atau diputuskan sambungannya.
Akhir sekali, ujian ketepuan dan keratan dengan isyarat sinusoidal menunjukkan kepada kita bagaimana penguat bertindak apabila ia menghampiri hadnya. Amplitud isyarat input ditingkatkan secara beransur-ansur sehingga puncak rata muncul pada osiloskop. Jenis keratan (lembut, keras, simetri, asimetri) mendedahkan banyak tentang ciri peranti dan membantu menjelaskan mengapa penguat tertentu "rosak" dengan lebih baik daripada yang lain apabila ditolak.
Respons frekuensi dan penggunaan perisian percuma
Salah satu ujian yang paling memuaskan, walaupun dengan peralatan yang sangat asas, ialah mengukur tindak balas frekuensi penguat . Matlamatnya adalah untuk memahami bagaimana gandaan berbeza-beza merentasi keseluruhan julat audio (contohnya, dari 20 Hz hingga 20 kHz) dan mengesan penurunan, puncak atau ketidakteraturan yang kemudiannya diterjemahkan kepada bunyi yang lebih gelap, lebih cerah atau "ditingkatkan".
Untuk melaksanakan ujian ini, anda boleh menggunakan penjana fungsi yang melakukan sapuan frekuensi, tetapi ramai orang menggunakan perisian percuma yang menghasilkan sapuan atau hingar merah jambu/putih dari komputer dan menghantarnya melalui kad bunyi. Pilihan lain ialah memainkan fail WAV yang telah dibuat dengan sapuan atau hingar ujian dan mengambil output penguat untuk dianalisis.
Pengukuran boleh diambil secara langsung dengan osiloskop pada output penguat, mencatat amplitud isyarat pada frekuensi yang berbeza dan kemudian membina lengkung. Walau bagaimanapun, adalah lebih mudah untuk menggunakan kad bunyi itu sendiri sebagai alat pengukur , menyambungkan output penguat kepada input taliannya (sentiasa dengan attenuator dan perlindungan yang sesuai) dan membiarkan perisian memplot graf magnitud dan fasa yang sekata.
Terdapat banyak program percuma yang direka untuk mengukur peralatan audio: ia membolehkan anda melihat lengkung tindak balas frekuensi, menganalisis spektrum hingar, mengira THD dan banyak lagi. Digabungkan dengan penjagaan minimum untuk mengelakkan beban input PC yang berlebihan, ia boleh mengubah komputer biasa menjadi penganalisis audio berkos rendah . Penting untuk diingat bahawa kad bunyi juga mempunyai batasannya, tetapi untuk kebanyakan aplikasi DIY, ia lebih daripada mencukupi.
Ujian jenis ini dapat mengesan penurunan bes yang disebabkan oleh transformer output , kehilangan treble progresif akibat kapasitans parasit, resonans yang tidak diingini dalam jalur tertentu dan juga kesan maklum balas terhadap kerataan tindak balas frekuensi dengan mudah. Dari situ, pengubahsuaian boleh dibuat pada litar, pendawaian atau pemilihan komponen untuk memperhalusi prestasi.
Harmonik, FFT dan hubungannya dengan apa yang sebenarnya kita dengar
Satu lagi set ujian yang sangat berkuasa berkisar tentang harmonik dan kandungan spektrum isyarat . Biasanya, ini melibatkan penggunaan gelombang sinus yang paling tulen pada input penguat dan menganalisis output dengan FFT, sama ada menggunakan osiloskop itu sendiri (jika ia termasuk fungsi ini) atau perisian yang menggunakan kad bunyi sebagai bahagian hadapan tangkapan.
Dalam domain frekuensi, matlamatnya adalah untuk mengenal pasti harmonik yang muncul sebagai tambahan kepada asas dan tahap relatifnya. Kami berminat untuk membezakan antara harmonik genap dan ganjil , yang sering dilihat secara berbeza oleh telinga, serta antara herotan tertib rendah (yang selalunya menyenangkan atau "bermuzik") dan herotan tertib tinggi, yang lebih agresif dan meletihkan.
Di sinilah aspek yang aneh memainkan peranan: apa yang kelihatan teruk di skrin tidak selalunya sepadan dengan apa yang kita anggap buruk semasa mendengar . Contohnya, penguat Kelas D yang sangat murah dan kecil mungkin memaparkan bentuk gelombang yang agak hodoh pada osiloskop, dengan sisa-sisa frekuensi pensuisan, hingar frekuensi tinggi dan sedikit penyelewengan. Walau bagaimanapun, apabila diuji dengan mendengar muzik melalui pembesar suara, bunyinya mungkin boleh diterima dengan sempurna untuk julat harga tersebut.
Ini sebahagiannya kerana telinga manusia menapis banyak ketidaksempurnaan ini, terutamanya apabila ia berada di luar julat yang boleh didengar atau pada tahap yang sangat rendah. Tambahan pula, pembesar suara dan penapis output penguat itu sendiri melemahkan sebahagian besar hingar pensuisan. Oleh itu, terutamanya dengan penguat yang murah atau projek DIY yang mudah , adalah lebih baik untuk tidak terlalu memikirkan setiap puncak FFT yang kecil jika hasil praktikal memenuhi keperluan kita.
Dalam peralatan mewah, sudah tentu, ceritanya berubah: bentuk gelombang dijangka menjadi contoh, kandungan harmonik dikawal ketat, dan tahap THD sangat rendah. Tetapi walaupun dalam konteks itu, memahami jenis herotan yang dijana membantu menjelaskan mengapa penguat tertentu, dengan spesifikasi yang sangat serupa, berbunyi berbeza apabila kita benar-benar mendengarnya.
Bunyi bising, dengungan, frekuensi radio dan ayunan yang tidak disedari
Selain herotan harmonik, osiloskop merupakan alat yang hebat untuk mengesan bunyi dan ayunan yang kadangkala disalah anggap sebagai bunyi "normal" atau hampir tidak ketara tetapi masih wujud, memanaskan komponen atau mengganggu peranti lain. Kebanyakan masalah ini berkaitan dengan bekalan kuasa, pembumian dan pendawaian dalaman.
Antara fenomena yang paling kerap berlaku, kita dapati hingar latar belakang terma dan hingar daripada komponen aktif itu sendiri , yang muncul di skrin sebagai sejenis kabus rawak; dengungan klasik 50/60 Hz dan harmoniknya, yang disebabkan oleh sumber yang ditapis dengan buruk atau gelung pembumian; gangguan frekuensi radio yang digandingkan melalui udara atau kabel yang dilindungi dengan buruk; dan ayunan frekuensi tinggi yang dihasilkan oleh maklum balas yang dikompensasikan dengan buruk atau reka bentuk PCB yang cuai.
Untuk jenis ujian ini, input penguat biasanya di litar pintas (ke tanah) , output disambungkan kepada beban yang sesuai, dan osiloskop digunakan untuk memerhati output dengan skala masa dan sensitiviti yang berbeza. Menukar asas masa mendedahkan kedua-dua dengungan frekuensi rendah dan kemungkinan ayunan dalam julat kHz atau MHz, yang mungkin tidak dapat dilihat oleh telinga.
Masalah-masalah ini amat biasa berlaku dalam penguat tiub, kerana ia melibatkan voltan tinggi, transformer besar, pendawaian titik-ke-titik dan tanah teragih yang, jika tidak direka bentuk dengan teliti, mewujudkan tempat pembiakan untuk dengungan, gandingan dan pengutip RF . Osiloskop membantu menentukan di mana dalam litar masalah itu berlaku dan pengubahsuaian apa (menyusun semula tanah, memutarkan pasangan wayar, menambah baik perisai, dll.) yang sebenarnya membuat perbezaan.
Jika osiloskop digabungkan dengan perisian analisis spektrum, gambaran yang sangat jelas tentang frekuensi di mana hingar tertumpu akan muncul. Ini membolehkan kita membezakan sama ada sumbernya ialah grid kuasa (50/60 Hz dan gandaan), semikonduktor itu sendiri, transformer output, reka bentuk papan yang lemah, atau gangguan luaran daripada radio, penghala, telefon tanpa wayar, dan sebagainya. Dengan cara ini, penambahbaikan tidak lagi dibuat "secara membuta tuli", dan kita mula bekerja dengan ujian objektif yang mengesahkan sama ada pengubahsuaian telah berkesan atau tidak.
Akhirnya, dengan osiloskop asas, beberapa perisian percuma, beberapa beban ujian dan kesediaan untuk bereksperimen, anda boleh menyediakan makmal mini rumah yang sangat berkemampuan . Sama ada matlamatnya adalah untuk mendorong modul Kelas D yang sangat murah ke hadnya atau memperhalusi projek tiub voltan tinggi, teknik pengukuran yang sama, apabila difahami dengan betul, membolehkan anda menyelaraskan nombor dan graf dengan apa yang telinga anda beritahu. Anda akan belajar sepanjang perjalanan mengapa penguat murah yang kelihatan teruk di skrin berfungsi lebih daripada mencukupi di ruang tamu, manakala penguat yang direka bentuk dengan lebih teliti mendedahkan dalam graf mengapa ia kedengaran begitu bersih dan terkawal.