|
Звуковое давление меряем дома...
Вложений: 1
...а точнее, в гараже. Но это не принципиально, правда? Главное, что меряем сами и практически подручными средствами. :)
В позапрошлом году я просто мечтала об этом, но увы, тогда мы не умели измерять и делали все вслепую. Толчком послужила вот эта ветка на форуме SPL-клуба России. Спасибо ее автору, который, кстати, не только подробно поделится информацией с общественностью, но и терпеливо отвечал на мои глупые вопросы в Аське. Дабы вам не надо было изучать всю ту длинную тему, перескажу наиболее интересное из нее. Во-первых, для измерения звукового давления используется специализированный твердотельный датчик производства Мотороллы, который называется MPX4250. Этот датчик используется в официальном приборе SPL-клуба, термлабе. Логично и нам использовать его же. Особенно если учесть что он вполне доступен в свободной продаже (кстати, спасибо Тимофею за помощь в его приобретении) и стоит всего 100грн. Понятно, это не десять копеек, но в сравнении со стоимостью самого термлаба - эта цифра исчезающе мала... ;) Во-вторых, этот датчик измеряет давление в Паскалях и выдает на выходе напряжение, пропорциональное приложенному давлению. Для датчика MPX4250 это 20мВ на 1000Па. Причем точность преобразования гарантируется всем авторитетом великой и ужасной фирмы Моторола. В этой серии есть и другие датчики с другой чувствительностью и другими допустимыми давлениями - там коэф. преобразования надо смотреть в даташите. Почитать про них можно здесь.. Там же можно и скачать даташиты на них. Теперь нам надо пересчитать Паскали во всеми любимые децибеллы. Так как децибелл величина определяющая отношение величин, а не сами величины, нам надо знать опорный уровень, относительно которого пляшем. Этот уровень принят 20мкПа, который соответствует среднестатистическому порогу слышимости "сферического уха в вакууме"... Не, не в вакууме... В вакууме звук распространяется только в "Звездных войнах". Пардон, отвлеклась. Итак, считаем по этой формуле, беззастенчиво тянутой с Викпедии: http://upload.wikimedia.org/math/1/e...9e1fdb2012.png 20мкПа - 0дБ 200мкПа - 20дБ 2мПа - 40дБ 20мПа - 60дБ 200мПа - 80дБ 2Па - 100дБ 20Па - 120дБ 200Па - 140дБ 2кПа - 160дБ Теперь один тонкий момент, из-за которого я и терзала Dr.Gonzo в аське. У датчика нормируется нижний порог чувствительности в 20 килопаскалей, как же мерять два килопаскаля? А вот как. Дело в том, что мы все находимся под атмосферным давлением в 98килопаскалей, которое прибавляется к измеряемому. Вот так мы и выходим на линейную часть характеристики датчика. http://tavria.org.ua/gallery/albums/...68/pascal1.gif При изменении давления изменяется и напряжение на выходе датчика. Вот это изменение, т.е. переменная составляющая выходного напряжения датчика нас и интересует, поскольку она пропорциональна звуковому давлению. Изменение атмосферного давления никак на измерениях не скажется, так как оно будет просто перемещать переменную составляющую вверх-вниз по линейной части передаточной характеристики датчика, никак не влияя на величину выходного сигнала. В-третьих, как будем мерять? В принципе, можно просто измерять напряжение на выходе обычным милливольтметром переменного напряжения и пересчитывать в децибеллы по вышеприведенной формуле. Для датчика MPX4250 1кПа соответствует 20мВ. Можно. Но! Зачем? Если у каждого из нас рядом универсальный прибор, называемый компьютер? Значит делаем раз: находим SpectraLab. Где - не знаю, я лично нашла его у себя на винте... ;) Делаем два: ставим SpectraLab. Делаем три: калибруем его. Про калибровку достаточно написано в ветке форума SPL-клуба, с которой все это началось. Позже я расскажу как калибровали мы. Ладно, работа стоит, а я тут разговорилось... Продолжение следует... ...Добавила в аттаче картинку платы с высоким разрешением. Для печати. |
Re: Звуковое давление меряем дома...
Продолжаю.
Вот схема нашего варианта прибора. http://tavria.org.ua/gallery/albums/...68/sch_spl.gif Понятно, схемы той... всего ничего, но все-таки. Датчику надо питание. В отличие от оригинальной разработки мы, таки, застабилизировали ему питание. Использован обычный трехногий стабилизатор с положенными ему по штату конденсаторами. Диодик на входе - просто защита от переполюсовки. Светодиод сигнализирует о правильном подключении. Напряжение питания может быть от семи до двадцати с лишним вольт (сколько выдержит стабилизатор) ток потребления меньше 20мА, так что можно питать даже от кроны. Но если вы собираетесь питать его от кроны, лучше увеличить сопротивление, включенное последовательно со светодиодом и использовать светодиод поярче. Так как светодиод сейчас тянет половину тока всей схемы. Теперь про RC-цепочку на выходе. Дело в том, что датчик почему-то очень шумит на частотах от одного килогерца и выше. Такой монотонно возрастающий шум до 20кГц. Так как рабочие частоты датчика лежат всяко ниже 100Гц, мы смело можем отфильтровать все что выше. Этим и занимается фильтрик первого порядка на R2 C3. А вот так он выглядит в готовом виде. http://tavria.org.ua/gallery/albums/.../photo_spl.jpg Датчик нам достался исполенения CASE 867B-04 (индекс "AP" в наименовании), с "пиптиком", на который, как я полагаю, должна надеваться трубочка. Вобщем, этот пиптик мы через дырочку вывели наружу, пусть в него проистекает звук. ;) Все остальные детали для поверхностного монтажа, так как мой ленивый муж очень не любит сверлить дырочки в печатных платах. ;) Технология изготовления платы очень проста: картинка с ее рисунком распечатывается, вырезается и наклеивается на фольгированный стеклотекстолит. Затем острым ножом, прямо по картинке прорезается фольга и лишнее удаляется. Плата зачищается, лудится, и детальки распаиваются. Все очень быстро. Помнится, этот приборчик он сделал с нуля за один вечер... |
Re: Re: Звуковое давление меряем дома...
Вопрос от ленивых - Атмосферное давление - все же не константа. Колебания его в пределах, установленных природой - не дают значимой погрешности ?
Маньяческая идея - два датчика, один в машине, второй снаружи - и замер разности показаний :) |
Re: Re: Звуковое давление меряем дома...
Мы меряем переменную составляющую давления. А атмосферное давление можно считать постоянной составляющей. Я надеюсь, оно не будет меняться 50 раз за секунду? ;)
Добавила в текст. Спешел фо ю. ;) |
Re: Re: Звуковое давление меряем дома...
Теперь немного про собственно измерение.
SpectraLAB был водружен на древний ноутбук IBM TP600. PII/266, если не ошибаюсь. В менюшке "Utilities" были включены окошки "Peak frequency" и "Peak Amplitude", а в менюшке "View" - "Time series" и "Spectrum". Окна растаскиваем по панели Спектралаба как удобнее, мне понравилось вот так. http://tavria.org.ua/gallery/albums/...11268/pic1.gif (правда здесь я сделала 800x600, что бы картинкой не рушить разметку форума. 1024x768 лучше) В окне Spectrum мы видим, как вы наверное догадались, спектр входного сигнала, в окне Time Series - что-то вроде осциллограммы, в остальных двух окнах - понятно что: пиковый уровень в дБ и частоту этого пика. Теперь идем в виндовый "Уровень записи" и выключаем все входы, кроме микрофонного. Движок микрофона тянем вверх, на максимум. (Там еще бывает чекбокс "+20дБ" - вот его включать не надо. В микрофонный вход ноутбука втыкаем джек и через резистор 3к подаем на него сигнал с внешнего генератора. (Почему через резистор? - а потому что такой же резистор стит в RC фильтре нашей коробочки с датчиком и при калибровке надо учесть его влияние.) Говорят, для этой цели можно использовать линейный выход звуковой карты (если карта, разумеется, со сквозным каналом) и какой-нибудь программный генератор, но мы не пробовали. Выставляем с генератора сигнал с частотой 50Гц и напряжением несколько милливольт и смотрим как на спектрограмме растет палка на этой частоте, а на осциллограмме - синусоида. Да, чтоб это все увидеть, надо нажать кнопочку "Run" :) Птицу в чекбоксе "Peak Hold" пока не ставим. Теперь надо бы проверить линейность микрофонного входа звуковой карты. Увеличиая напряжение сигнала на входе бука, мы должны видеть пропорциональный рост показаний "Peak Amplitude". До некоторого момента. Этот момент наступит когда рост показаний замедлится, а синусоида в окошке "Time Series" войдет в ограничение. Все, приехали, это предельный уровень. Для нашего бука этот уровень был примерно 30мВ. Так как сигнал с датчика при давлении 154дБ всего 20мВ - нам хватает. Если ограничение наступает раньше - есть два способа: либо уменьшить чувствительность микрофона движком в виндовом регуляторе, либо поставить на микрофонный вход резистивный делитель напряжения. Лично мне по душе второй способ. Так как калибруем мы один раз, и гораздо проще потом поставить движок на максимум, чем вспоминать в каком положении он был при калибровке в прошлый раз. Калибровка. Жмем F9 и видим окно: http://tavria.org.ua/gallery/albums/...11268/pic2.gif Вбиваем 154dB (уровень, соответствующий 1000Па) и подаем с генератора 20мВ (для датчика MPX4250). Жмем "Measure Input Signal" и ждем пока он откалибруется. Маленькое уточнение скользкого момента. Тут мне справедливо сделали замечание, что я не отметила следующую вещь. Дело в том, что эти 20мВ должны быть не RMS, а Peak to Peak (по-русски - двойной размах. Я не стала заострять на этом внимание, полагая что это очевидно. Исправляюсь. :) Все, можно подключать датчик и измерять звуковое давление. Но, только на частоте калибровки. Так как никто не гарантирует линейности АЧХ самой карты на этих частотах. Что делать? А снять калибровочную таблицу. Изменяя частоту генератора, скажем, через пять герц от 40Гц до 100Гц и не меняя уровня входного сигнала, записать показания Peak Amplitude. И посмотреть на каких частотах, на сколько и в какую сторону он врет. Затем, при реальных измерениях, ориентируясь на показания Peak Frequency (не даром же мы включали это окошко), прибавлять или вычитать поправку показаний. Измеряем. Лепим датчик присосками на лобовое стекло в точку, определенную правилами соответствующей федерации. Подключаем питание датчика в прикуриватель. Сам датчик шнурком миниджек-RCA подключаем к буку. Захлопываем дверцу машины. Ставим птицу в чекбокс "Peak Hold" даем отмашку и дааааавим... Тридцать секунд... У меня все. Спасибо за внимание. Кнопочка "+" вверху страницы... ;) PS Имя автора оригинального прибора - Березин Кирилл. Он попросил меня сообщить что существует коммерческая версия этого прибора. Все вопросы - к нему... Добавление 2.5.07: Кирилл написал что при настройке Спектралаба желательно установить линейную шкалу частот. Тогда показания точнее. А здесь лежат уже готовые настройки. |
Re: Re: Звуковое давление меряем дома...
Теперь немного о компенсации частотной нелинейности звуковой карты.
Наш ноутбук дан нам в ощущениях как объективная реальность, и какая бы ни была звуковая карта в нем, такой приходится мерять. После того, как мы посмотрели частотную погрешность измерений - я ужаснулась. Завал на 25 герцах относительно ста герцев - около 12дБ. Делать нечего, надо думать как его компенсировать. Как я писала выше, можно составить калибровочную таблицу и вручную прибавлять-вычитать циферки из результата. А можно поступить красивее. Спектралаб позволяет подключить компенсационную таблицу микрофона и оттуда брать поправки в зависимости от частоты. Табличка рисуется в обычном текстовом редакторе, сохраняется в ASCI-файл с расширением *.mic и подключается к спектралабу. В двух словах про методику. Жмем F5 и в поле "Microphone Comprnsation" снимаем птицу "Enable Comprnsation" - т.е. выключаем компенсацию если она была включена. Подаем на микрофонный вход сигнал с генератора напряжением 10..20мВ и, изменяя частоту сигнала от 25 до 100Гц, записываем показания "Peak Amplitude". Затем считаем разность показаний на каждой частоте, относительно опорной. За опорную я принимала 50Гц, на которой производилась калибровка программы. Удобно делать это в Экселе. Вот пример таблички, которая у меня получилась. http://tavria.org.ua/gallery/albums/...68/x-table.gif Теперь числа из колонки "D" переносим в текстовый файл такого вида: 25 -8,34 30 -7,21 . . . и так далее. Разделители между столбцами - табуляция. Сохраняем полученную табличку в файлик с именем, скажем, MPX4250.mic. Теперь в спектралабе снова жмем F5, ставим в чекбоксе птицу, которая разрешает подключение файла компенсации и вводим имя этого файла в соответствующее поле. http://tavria.org.ua/gallery/albums/...268/calibr.gif Все, теперь можно проверить генератором линейность АЧХ с микрофонного входа. Если она уложится в +-0.2дБ - на этом можно успокоиться. Если нет - тогда придется вручную подбирать значение каждой цифры в таблице. Так как промежуточные точки программа апроксимирует, наблюдается связь между соседними частотами: меняя значение поправки, скажем, на 60Гц, у нас уходят показания и на 55, и на 65Гц. Так что работа эта долгая и муторная... |
Re: Re: Звуковое давление меряем дома...
Цитата:
|
Re: Re: Звуковое давление меряем дома...
Цитата:
Кстати, где можно устроиться на работу с тарифной ставкой 40 долларов в час? Я уже пишу резюме... ;) ПыСы: Гусар прошу не напрягаться... :) |
Re: Re: Re: Звуковое давление меряем дома...
А вот тогда так бы и сказали, уважаемая, что 2 часа - это долго :) А качественная карточка - еще и при замере АЧХ зело полезна будет...
|
Re: Re: Звуковое давление меряем дома...
"А вот интересно, стоит ли этот сизифов труд 70-90 у.е. на покупку внешней USB карточки например вот такой ?"
Не все так радужно с характеристиками этих карточек особенно ниже 100Гц, тем более что производитель не указывает частотную характеристику. |
Re: Звуковое давление меряем дома...
Маша, для 7805 нежелательно на вход давать больше 15 вольт. Сгорит нафиг. А минимум - это 7 вольт.
|
Re: Звуковое давление меряем дома...
Вложений: 1
Цитата:
Для КР142ЕН5 (в просторечье КРЕН5) это, возможно, и так, но нормальная 7805 держит 35 вольт по входу. Даташит в аттаче. ;) |
Re: Re: Звуковое давление меряем дома...
Цитата:
зы. Ктото возьметься повторить прибор за деньги? (и предыдущий "шнурок" тоже) |
Re: Re: Звуковое давление меряем дома...
Цитата:
|
Re: Re: Re: Звуковое давление меряем дома...
Можно подумать... Мне проблематично попасть на кардачи в ближайшее время правда.... тебе насколько срочно ?
|
Re: Re: Звуковое давление меряем дома...
Цитата:
И апарутуры типа генератора/миливольтретра/... тоже нет. А бесплатно просить кого чтото мне сделать я не привык. Что мне нужно: 1. Шнурок твой, что бы мерять Qms и Qes. Мой прибор полько полную меряет и для динамиков с резон. до 90-95Гц. 2. Какую приблуду для того что бы пользоваться микрофон ЕСМ8000 без МИК100 (напрягает зависимость от 200) 3. Датчик давления, так как СПЛ интересен. Хоть в этом году я и пас. 4. Калибровка саундкарточки моей, т.к с нулевыми настройками она работает соревшенно мрачно ниже 70 и выше 10к. зы. Женя, не срочно. |
Re: Re: Re: Звуковое давление меряем дома...
Ну я тоже не гонюсь за деньгами в этом случае, просто периодически возникает желание помахать паяльником и нюхнуть канифоли :-D
а ЕСМ8000 фантомного питания хочет, и как ни крути - к нему все равно приблуда какая-то надо будет... Я в общем если что - выберусь на кардачи и все что для датчика надо - куплю и сделаю, а там видно будет :) А вот с калибровкой - тут нечем помочь - нету у меня аппаратуры эталонной :( |
Re: Re: Re: Звуковое давление меряем дома...
Цитата:
Цитата:
|
Re: Re: Re: Re: Звуковое давление меряем дома...
А зачем паять приблуду, ежели она уже в наличии и с кучей бонусов, типа регулировок уровня и гейна, в красивом корпусе и все такое ? А схему я у вас брал, дома где-то есть...
И не главное найти даже датчик... :) Времени бы... |
Re: Re: Re: Звуковое давление меряем дома...
Цитата:
|
Re: Re: Звуковое давление меряем дома...
Собрал датчик. Возникли вопросы с калибровкой. Когда жму Measure input signal получается не более 10%. У вас 51,54%, или это не принципиально важно?
|
Re: Re: Звуковое давление меряем дома...
Цитата:
В принципе, это не слишком важно, просто точность измерений понижается. |
Re: Re: Звуковое давление меряем дома...
При включенном компьютере на выходе звуковой карты постоянно держатся 15 mV при всех отключенных движках. Затем включаю микрофонный вход и выход звуковой (пользуюсь программным генератором). Ограничения в Time series в спектралабе 50 mV (показание по Peak amplitude), а на тестере в это время 305 mV!!! Ни как не удается синхронизировать показания на тестере и в проге. Даже когда убавляю выход звуковой карты на min (там тоже в Time series искажается сигнал), то показания на вольтметре все равно выше. Думал неисправен вольтметр, притащил сегодня такой же - та же фигня. Поэтому никак не могу получить Didital signal level выше 50 %. Просветите пожалуйста, что я делаю не так?
|
Re: Re: Звуковое давление меряем дома...
Цитата:
Мы не пробовали калибровать при помощи программного генератора и мне трудно посоветовать что-то конкретное. Нам как-то проще было воспользоваться внешним генератором. |
Re: Re: Звуковое давление меряем дома...
Спасибо за ответ. Буду эксперементировать. Когда получу позитивные результаты, напишу.
|
| Текущее время: 10:49. Часовой пояс GMT +3. |
Перевод: zCarot Copyright ©2000 - 2025, Jelsoft Enterprises Ltd.