Компьютерный измерительный комплекс
Особенности использования звуковых карт в измерительном комплексе
В этой статье излагаются некоторые вопросы, связанные с настройками звуковых карт для практического применения в компьютерном измерительном комплексе, описанном выше. Так же приводится описание способов измерения двух наиболее важных параметров звуковых карт, определяющих качество записи и воспроизведения — амплитудно-частотной характеристики и эффективной разрядности.
Специфическая настройка звуковых карт фирмы Creative
Звуковые карты этой фирмы серий “Audigy” и “Live” являются, пожалуй, одними из самых распространенных в настоящее время. Их параметров вполне достаточно для использования в качестве цифроаналоговых (ЦАП) и аналого-цифровых преобразователей (АЦП) компьютерного измерительного комплекса начального уровня. Для получения максимально возможного результата необходимо произвести их дополнительную настройку. Для этого в Wndows нажимаем кнопку «Пуск», из появившегося меню выбираем пункт «Панель управления» далее находим в окне панели управления значок с подписью «Device Control». Если такой значок отсутствует, то это означает, что программное обеспечения звуковой карты
не было должным образом установлено на ваш компьютер. Следует повторно сделать это, руководствуясь инструкцией, прилагаемой к звуковой карте. После этого щелкаем кнопкой мыши по значку с подписью «Device Control». Должно открыться окно, c названием «Device Control». Выбираем в нем вкладку PCI/USB. Далее устанавливаем в окошке под названием “Sampling rate” величину 96 kHz (кГц), а в окошке под названием “Bit depth” устанавливаем 24 bit (бит). Тем самым мы перевели внутренний процессор звуковой карты на работу с частотой дискретизации 96 кГц и разрешающей способностью 24 бита. Вопрос о реальной разрядности мы рассмотрим позднее. А пока измерим сквозную частотную характеристику цепи звуковой генератор –> ЦАП звуковой карты –> АЦП звуковой карты –> анализатор спектра.
Измерение амплитудно-частотной характеристики звуковой карты
Для измерения сквозной амплитудно-частотной характеристики, прежде всего, необходимо соединить стереофоническим кабелем с плетеным экраном выходной разъем звуковой карты под названием “Line Out” и ее входной разъем под названием “Line In”. Поскольку на самой карте эти подписи отсутствуют, на рисунке для наглядности схематично изображен фрагмент задней панели звуковой карты “Audigy SE”.
Затем необходимо настроить программу системного микшера. Вызов микшера можно осуществить из меню звукового генератора пунктом “System Mixer”. Должно появиться два окна: “Playback Control” и “Record Control” – регулировки воспроизведения и записи, соответственно. В окне микшера выхода выключаем все источники звука, кроме Playback и Wave. Уровень Playback устанавливаем на середину, уровень Wave – на максимум. В окно микшера входа выбираем источник сигнала Line-In, его уровень устанавливаем на середину (50%).
Настройка генератора звуковой частоты. Вызываем диалог выбора устройства нажатием пункта “Device…” из меню генератора. В появившемся окне мы выбираем тип звуковой карты (“Sound Blaster Audigy”), частоту дискретизации (96 кГц) и разрядность данных (24 бита). Кроме того, включаем функцию “Kernel Streaming”. Так называется технология потоковой передачи на уровне ядра, которая предназначена для абсолютно точной, “бит в бит” передачи цифровых звуковых данных в выходное устройство ЦАП. Следует иметь в виду, что эта функция поддерживается только для Windows 2000/XP и выше. Нажимаем ”OK”.
Далее необходимо включить режим качающейся частоты нажатием кнопки “Sweep” на генераторе и установить на левом частотном цифровом индикаторе начальную частоту качания 500 Гц, а на правом частотном индикаторе конечную частоту 47 кГц. Уровень сигнала в обоих каналах следует установить на минус 10 дБ. Период качания (на среднем нижнем индикаторе) устанавливаем на 60 секунд.
Настройка анализатора спектра. Вызываем диалог выбора устройства последовательным нажатием “Menu->Display->Device Selection… “. В появившемся окне мы также как и для генератора, выбираем тип звуковой карты (“Sound Blaster Audigy”), частоту дискретизации (96 кГц) и разрядность данных (24 бита). На панели управления анализатора спектра устанавливаем режим “Hold”, при котором на экране анализатора спектра запоминаются и отображаются максимальные значения сигнала во всем диапазоне частот. Включаем сглаживающее окно типа “Flat-Top 5A”, обеспечивающее максимально возможную точность измерения амплитуды входного сигнала. Параметр “FFT” устанавливаем равным 2 в 8 степени.
Нажимаем кнопки “Start” на панели управления анализатора спектра и генератора. Если все было сделано правильно, то через одну минуту на экране компьютера получаем график амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) сквозного (воспроизведение – запись) канала звуковой карты в области высоких частот. Для звуковой карты “Audigy SE” АЧХ выглядит приблизительно так, как показано на рисунке Обращаем внимание, что верхняя граница частотного диапазона в нашем случае составляет около 45 кГц.
Теперь снимем АЧХ звуковой карты в области низких частот. В генераторе устанавливаем диапазон качания частоты от 3 Гц до 250 Гц. В анализаторе спектра параметр “FFT” устанавливаем равным 216. Стартуем. Через одну минуту получаем график АЧХ звуковой карты в области низких частот, подобный представленному на рисунке.
Видим, что низкочастотная граница сквозного рабочего диапазона по уровню –3 дБ составляет приблизительно 7 Гц. Что ж, 7 Гц … 45 кГц – не такой уж плохой рабочий диапазон частот для звуковой карты, стоимостью приблизительно годовой подписки журнала «Радио».
Для полноты впечатлений заинтересованный читатель может теперь измерить частотную характеристику в области средних (100 Гц … 2 кГц) частот и убедиться, что неравномерность АЧХ звуковой карты в этой области весьма мала (менее 0.1 дБ). Оставим это для самостоятельного упражнения.
Обратите внимание, что АЧХ в области высоких и в области низких частот мы измеряли с существенно различающейся разрешающей способностью по частоте. На графиках она указана в правом нижнем угле над обозначением Hz (Гц). В первом случае это приблизительно 380 Гц, во втором это приблизительно 1.5 Гц. Тем самым достигается приемлемое время измерения в высокочастотной части диапазона, и достаточно высокая точность в его низкочастотной части. Если бы мы везде измеряли с разрешением 1.5 Гц, то для построения всей частотной характеристик анализатору спектра потребовалось не две минуты, как у нас, а более трёх часов. Впрочем, если бы мы стали снимать АЧХ вручную, по точкам, а их при шаге 1.5 Гц получается более 32 тысяч, время ушло бы несоизмеримо больше.