Компьютерный измерительный комплекс

Практические факторы, влияющие на точность измерений

Компьютерные измерительные приборы обладают точностью, ограниченной лишь качеством применяемых ЦАП и АЦП. При использовании в качестве ЦАП и АЦП звуковой карты могут иметь место самые различные и, часто, непредсказуемые факторы, влияющие на точность преобразования сигнала из аналоговой формы в цифровую и обратно, а, следовательно, влияющие и на результирующую точность измерений. Перечислим некоторые из таких случаев и возможные способы решения проблем.

Влияние различных программ на настройки звуковой карты и входного и выходного микшеров. Большей частью это относится к проигрывателям (аудио и видео) и играм. Чтобы побороть это неудобство следует производить настройку микшера и калибровку перед каждым ответственным измерением.

Неотключаемая передискретизация (resampling) в звуковой карте, обычно 44100 Гц → 48000 Гц при записи (вводе) и 48000 Гц → 44100 Гц при воспроизведении (выводе). Здесь единственное решение заключается только в использовании «основной» частоты дискретизации (обычно это – 48 кГц).

Подмешивание посторонних звуков к выходному сигналу. Например, звуковые «спецэффекты» Windows. Мало того, что эти посторонние звуки подмешиваются туда, куда не надо, программный микшер kmixer.sys, осуществляющий эту операцию, по-видимому, приводит разрядность результирующего сигнала к наиболее худшему из суммируемых звуков. Для «спецэффектов» звуковой схемы Windows это, скорее всего, будет 8 бит. Для того чтобы исключить посторонние сигналы необходимо выключить звуки Windows, используя панель управления.

«Вредное» действие спецэффектов, реализованных на звуковой карте, (регуляторы тембра, реверберация и др.). Всевозможные «тонкие» настройки драйверов и микшеров звуковых карт. Например, в звуковой карте «Audigy 2 ZS» для расширения диапазона воспроизводимых частот выше 22 кГц (при частоте дискретизации 96 кГц) в «Surround Mixer» должны быть запрещены следующие опции: CMSS, EAX, Speaker Calibration, Bass Redirection, обычно включенные по умолчанию.

Ограничение разрядности и/или частоты дискретизации при работе с различными типами драйверов (WDM, ASIO). Эти ограничения носят стопроцентно коммерческий и юридический характер, а вовсе не технический, но все равно могут очень сильно ограничивать возможности компьютерных измерительных приборов.

Следует учитывать, что многие звуковые карты не позволяют устанавливать различные частоты дискретизации одновременно и для входной и для выходной частей (для АЦП и ЦАП). Попытка сделать это, в лучшем случае, приведет к сообщению об ошибке, но может привести и к катастрофическому искажению результатов измерений. Например, реальная частота выходного сигнала звукового генератора в таком случае может не соответствовать заданной. Здесь поможет только внимание оператора и контрольные измерения. Более надежное решение этой проблемы – использование одинаковых частот дискретизации и для генератора и для комбинированного анализатора спектра. Для этого в анализаторе спектра есть специальный пункт меню «Synchronize Sample Format», включенный по умолчанию.

Иногда драйверы звуковых карт выдают ложную информацию о возможности поддержки того или иного режима. Чаще всего это касается максимально допустимых частот дискретизации. В данном случае попытка запуска описанных программ на высокой частоте дискретизации обычно приводит к сообщению об ошибке типа «указанный формат не поддерживается». Эта проблема связана с несовершенством драйверов и/или операционной системы. Хуже всего, если сообщение об ошибке не появляется. Тогда фактическая частоте дискретизации будет отличаться от формально заданной в настройках программ. В таком случае, так же как и в описанном в предыдущем абзаце, возможны грубые искажения результатов измерений. Для полного разрешения данной ситуации опять-таки необходимы предварительные контрольные измерения.

Электрические помехи со стороны различных компонент компьютера: процессора, видеокарты, блока питания. Влияние этих помех может изменяться от степени загрузки указанных компонент. Здесь решением проблемы может быть замена блока питания на другой, более качественный, и, возможно, экранировка звуковой карты.

Неустойчивое отображение спектра и нестабильные показания мультиметра могут быть связаны, прежде всего, с нестационарным входным сигналом, а то и просто с плохим контактом во входном разъеме. Другие причины, скорее всего, обусловлены аппаратными особенностями конкретного компьютера: недостаточное быстродействие в целом и/или недостаточный объем оперативной памяти, использование медленных и/или интегрированных видео и звуковых подсистем. Следует закрыть другие параллельно работающие программы, иногда это значительно улучшает производительность спектроанализатора.

Подобных примеров, относящихся к самым различным компьютерным компонентам, можно довольно много найти в интернете.