Motivace k měření
Projeví se nějak na kvalitě zvuku, když „zvuk projde křemíkem“? Může to být slyšet?
Analogový multiplex – obvod 4066 jako čtyřnásobný analogový spínač nebo 4067 jako 16kanálový multiplex. Tyto obvody se běžně používají jako přepínače analogových vstupů u audio zesilovačů.
Otázka s tím spojená, která mě napadá. Řekněme, že chceme přepínat audio vstupy pro zesilovač. Projeví se nějak na kvalitě zvuku, když „projde křemíkem“? Bude to slyšet? Jedná o vstup, tedy signál z něj jde do předzesilovače a pak do zesilovače; pokud by přepínací obvod přidal jakýkoli šum, tak tento může být velmi zesílen a tak poškodit slyšitelně výsledek.
Porovnával jsem různé obvody, ale výstup je velmi podobný.
Krátce výsledek
Pokud bude vše správně zapojeno, tak analogový multiplex nepřidává do signálu v rozsahu do 100kHz žádnou další složku a tedy není problém přepínat audio vstupy tímto způsobem.
74HC4067 umí přepínat 16kanálů do jednoho výstupního, funguje obousměrně
Měření zkreslení
– generátor signálu Siglent [SDG2042X] je přesnější než to, co nás u zvuku zajímá a proto je dostatečně dobrý jako zdroj signálu pro toto měření. Musí být, protože jiný generátor na stole nemám.
– pro harmonické zkreslení čistá sinusová vlna na 10kHz o amplitudě 1V
– pro intermodulační zkreslení sečte/směšuje dvě vlny 10kHz a 13kHz, obě o amplitudě 1V
– spektrální analyzátor [HP3585A], který má dostatečnou přesnost a je schopen opakovaných měření se stejnými výsledky
Všechny výstupy měření pohromadě viz [měření].
Na vstupu je sinusová vlna 10kHz/1Vpp; měření do 100kHz dává naprosto dokonalý výsledek. Do signálu nebylo nic přidáno. Šum, který je v grafu vidět je šumem samotného analyzátoru. Rozsah 100kHz je pro přenos audiosignálu opravdu dostatečná rezerva.
Pokud rozšíříme měření až po ½MHz, tak je vidět, kde se objeví první přidaná složka v signálu. Pro audio to není problém; je hodně utlumená, takže to asi problém nebude i pro vyšší frekvence. Neznám odpověď na to, zda tyto frekvence byly do signálu přidány měřeným obvodem nebo mým nekvalitním zapojením v nepájivém kontaktním poli nebo použitými BNC kabely s redukcí na měřící háčky. Nepovažuji to za důležité, protože v tomto měření hledám odpověď pro slyšitelné audio.
Na vstupu jsou dvě sečtené 1Vpp sinusové vlny 10kHz a 13kHz. Nic do signálu nebylo přidáno. Nedochází k intermodulačnímu zkreslení. Obvod 4066 šumí malinko méně než 4067, ale to bude souviset s různými výrobci. Obvody od jednoho výrobce v šuplíku nemám.
Měření rozšířeno až po ½MHz a první přidaná část signálu je vidět přesně na 123754Hz a mínus 53.7dBm. Stejně jako v případě měření samotné 10kHz vlny. Potvrzeno, že pro audio signál není analogový multiplex žádný problém a signál pod 100kHz nijak nepoškodí.
Měření harmonického a intermodulačního zkreslení bez speciálních přístrojů
Tohle může doma změřit opravdu každý. Jak to udělat, když nemám speciální generátor signálu ani přístroj na měření spektra? Pokud jde pouze o audio pásmo, tak si můžeme pro měření spektra použít zvukovou kartou a jako generátor signálu použít mobilní telefon – běží z baterie a umí generovat docela přesně.
Mobilní telefon jako generátor signálu
Mobilní aplikace [Function Generator] pro Android, generuje dva kanály audio rozsahu, umí rozmítání, šum, základní modulace...
Kvalita výstupu souvisí s přesností DA převodníku v mobilním telefonu. Mám Samsung S10e, tak měření provedu přímo na něm. K mobilu by se dala připojit USB zvuková karta (DAC).
Ověříme, jestli je pro nás aplikace dostatečně přesná – nastaveny dvě sinusové vlny 10kHz v jednom kanále a 13kHz ve druhém kanále. Pro měření je potřeba oba kanály sloučit do jednoho.
Ze stereo audio signálu uděláme mono snadno.
sečtení CH1+CH2
Výstup z mobilního telefonu je dostatečně kvalitní a v rozsahu do 100khz neobsahuje žádné další přidané složky v signálu. Pro měření v rozsahu audio je to naprosto dostatečný zdroj signálu.
Šumový graf pro sinusový signál 10kHz generovaný z Android aplikace Function Generator.
Zvuková karta jako osciloskop a FFT spektrální analyzátor
[Visual Analyser] ke stažení.
Dá se najít větší množství programů, které umožní použít mikrofonní vstup zvukové karty jako měřící vstup. Postupně jsem jich vyzkoušel několik, ale doporučím jen jeden. Je zdarma, je zvlášť určený pro zpracování audia a opravdu funguje.
Alfredo Accattatis ve volném čase tento software vyvíjí asi dvacet let. Za tu dobu projekt zcela jistě dozrál do použitelného stavu.
Visual Analyser [sillanumsoft.org]. Běží ve Windows a na jiných systémech pomocí WINE.
Obsahuje funkční generátor, osciloskop, FFT spektrální analyzátor, měření harmonického zkreslení, RLC meter viz podrobný [seznam]. Se slušnou zvukovou kartou funguje až do 96kHz.
Okno programu. Z mobilního telefonu vychází sečtené dva kanály se sinusovou vlnou 10kHz a 13kHz, prochází skrz analogový multiplex 74HC4067, oddělovacím bufferem a jsou měřeny programem Visual Analyser.
Jak ovlivní připojení ke zvukové kartě v počítači měření?
Neovlivní, pokud bude měřený systém a vstup zvukové karty oddělen napěťovým sledovačem (buffer).
Neinvertující buffer (NE5534 je pro audio použitelný operační zesilovač za 1€) [zdroj].