Звук-DAC. Синхронные измерения и генерация звука прибором Экофизика

Если к цифровому порту DIN прибора Экофизика-110А подсоединить адаптер DIN-DAC (специализированный цифро-аналоговый преобразователь), то прибор может одновременно выполнять функции акустического измерителя и генератора сигналов. Для этих целей можно использовать режим Звук-DAC.

В режиме Звук-DAC прибор Экофизика-110А производит синхронное двухканальное измерение следующих сигналов:

канал 0 – сигнал, поступающий на микрофонный аналоговый вход шумомера-анализатора (сигнал отклика)

канал 1 – сигнал, поступающий от встроенного цифрового генератора (сигнал возбуждения).

Сигнал встроенного генератора выдается на цифровой порт DIN индикаторного блока анализатора. С помощью адаптера DIN-DAC цифровой сигнал может быть преобразован в аналоговый и подан на вход усилителя мощности для последующего возбуждения акустического или вибрационного источника. 

Эта схема обеспечивает очень точную синхронизацию  временных форм сигналов возбуждения и отклика, что предоставляет широкие возможности для применения корреляционных методов исследования акустики помещений. 

Адаптер DIN-DAC

Цифро-аналоговый преобразователь DIN-DAC подсоединяется к порту DIN анализатора Экофизика. Адаптер преобразует цифровой сигнал с частотой дискретизации 48 кГц в два аналоговых сигнала, которые поступают на типовой стерео разъем (Audio Stereo Jack 6.35).

Встроенное программное обеспечение Экофизики (например, Звук-DAC) позволяет настроить адаптер так, чтобы каждый аналоговый выходной сигнала был синхронизован по фазе или находился в противофазе с сигналом встроенного генератора. Максимальное выходное напряжение аналоговых сигналов: ±2,5 Впик

Основные технические характеристики генератора сигналов приборов Экофизика в режиме ЗВУК-DAC

Белый шум:

  • Частотный диапазон (-3 дБ): 80 Гц – 8 кГц
  •  Максимальный уровень: 120 дБ отн. 1 мкВ
  • Регулировка: уровень сигнала

Белый шум 20 кГц:

  • Частотный диапазон (-3 дБ): 80 Гц – 21 кГц
  • Максимальный уровень: 120 дБ отн. 1 мкВ
  • Регулировка: уровень сигнала 

Розовый шум:

  • Частотный диапазон (-3 дБ): 80 Гц – 7 кГц
  •  Максимальный уровень: 120 дБ отн. 1 мкВ
  • Регулировка: уровень сигнала

Розовый шум 20 кГц:

  • Частотный диапазон (-3 дБ): 80 Гц – 21 кГц
  • Максимальный уровень: 120 дБ отн. 1 мкВ
  • Регулировка: уровень сигнала

1/1 окт (розовый шум в октаве):

  • Номинальные частоты октав (fm): 63 Гц…8кГц
  • Ширина полосы (-3 дБ): 0,75fm
  • Максимальный уровень: 114 дБ отн. 1 мкВ
  • Регулировка: уровень сигнала, выбор fm

1/3 окт (узкополосный шум):

  • Ном. частоты 1/3-октав (fm): 50 Гц…20кГц
  • Ширина полосы (-3 дБ): 0,07fm
  • Максимальный уровень: 114 дБ отн. 1 мкВ
  • Регулировка: уровень сигнала, выбор fm

Тон 1 кГц (гармонический сигнал частоты 1 кГц)

  • Максимальный уровень: 120 дБ отн.мкВ
  • Регулировка: уровень сигнала

Гарм.сигнал (гармонический сигнал)

  • Частота сигнала: от 20 Гц до 22 кГц с шагом 0,1 Гц
  • Максимальный уровень: 120 дБ отн.мкВ
  • Регулировка: уровень сигнала, частота сигнала

​Свип-сигн.лин (гармонический сигнал с линейной разверткой по частоте):

  • Диапазон частот: от 20 Гц до 22 кГц
  • Скорость развертки: 1;3;10;30;…;10000 Гц/с
  • Максимальный уровень: 120 дБ отн.мкВ
  • Регулировка: уровень сигнала, нижняя частота развертки, верхняя частота развертки, скорость развертки

Свип-сигн.лог. (гармонический сигнал с логарифмической разверткой по частоте):

  • Диапазон частот: от 20 Гц до 22 кГц
  • Темп развертки: 1; 2;…; 10 сек/окт
  • Максимальный уровень: 120 дБ отн.мкВ
  • Регулировка: уровень сигнала, нижняя частота развертки, верхняя частота развертки, темп развертки

EXT (внешний генератор)

  • Воспроизведение 24-битного моно-сигнала, поступающего на USB порт анализатора от внешнего устройства (ПК)
  • Максимальный уровень на выходе: (120+Δ) дБ отн. мкВ, где Δ – усиление цифрового внешнего сигнала относительно диапазона полной шкалы)
  • Регулировка: уровень на выходе

Метод челночной развертки сигнала ("двунаправленный свип") в измерениях акустических полей и частотных характеристик

Программное обеспечение SSSignal+FRF предназначено для работы с 2-канальными синхронными цифровыми сигналами, которые передаются в цифровом коде на интерфейсные порты измерительного блока ЭКОФИЗИКА-110А (исполнения «110А», «HF») в режиме «Звук-DAC». Программное обеспечение позволяет измерить амплитудные и фазовые частотные характеристики акустического тракта между контрольной приемной точкой (микрофон) и точкой возбуждения, в которой располагают громкоговоритель, возбуждаемый синхронным сигналом от генератора, который встроен в ИИБ.

Концепция измерения

Индикаторный блок «Экофизика-110А», работая в режиме «Звук-DAC» и находясь под управлением компьютера с программой SSSignal+FRF, генерирует цифровые синусоидальные сигналы с непрерывно изменяющейся частотой (логарифмическая развертка), которые через цифровой выход DIN и систему адаптеров (DIN2SPDIF, SPDIF2DAC) передаются в аналоговом виде на усилитель мощности и излучатель. Одновременно сигнал генератора синхронно с оцифрованным в АЦП сигналом микрофона подается в микропроцессор ИБ Экофизика-110А для цифровой обработки. Таким образом, сигналы возбуждения и приемной части оказываются синхронизованными с высокой точностью. 

Процедура цифровой обработки описана ниже:

  • Временная форма сигнала микрофона сдвигается по времени на величину базовой задержки
  • Временная форма сигнала генератора подвергается ортогонализации (дополняется мнимой частью той же амплитуды, но со сдвигом по фазе на π/2)
  • Вычисляются квадратуры - произведение сдвинутой на величину базовой задержки временной формы сигнала микрофона на комплексную (ортогонализованную) временную форму сигнала генератора
  • Производится свертка квадратуры на интервале обработки (см. предыдущий пункт).  При этом отбрасываются слагаемые, соответствующие удвоению угла фазы, то есть, по существу, сигнал проходит через своеобразный фильтр низких частот, а в полученной отфильтрованной свертке отсутствует вклад некоррелированных помех.
  • Рассчитывается амплитуда и фаза полученного сигнала свертки. Из-за того, что частота сигнала непрерывно изменяется, рассчитанные значения обладают погрешностью порядка O(\delta f), где  \delta f – изменение частоты на интервале обработки.
  • Достигнув крайней частоты развертки, свип-сигнал генератора разворачивается в противоположном направлении, и вся процедура измерения повторяется для тех же частот, что в предыдущем случае.
  • Итоговые значения амплитудной и фазовой частотных характеристик рассчитываются как функции значений, полученных на прямом и обратном ходе цикла развертки сигнала генератора. Благодаря специально подобранной функции обработки, эти итоговые значения обладают на порядок меньшей погрешностью O(\delta f^{2}).
  • В зависимости от параметров настройки, эксперимент может содержать несколько циклов развертки (количество усреднений), а результатом его будут усредненные значения амплитудных и фазовых частотных характеристик

Процедуры расчета частотных характеристик можно также выполнять в режиме off-line, загрузив в программу сохраненный предварительно файл с расширением .edt. 

 

PDF icon Программное обеспечение SSSignal+. Инструкция пользователя