«Настоящая наука начинается там, где начинаются измерения», — отмечал Д.И. Менделеев, а так как акустика — наука, граничащая с искусством, без измерений нам тоже не обойтись. Как уже говорилось ранее, АЧХ — это зависимость амплитуды сигнала от частоты. Самый простой способ снять АЧХ — взять генератор и подключить к нему исследуемую АС. Затем необходимо расположить микрофон с подключенным к нему осциллографом вблизи от колонки. Далее остается только регистрировать амплитуду сигнала на выходе микрофона при разных частотах, плавно изменяя частоту генератора. В результате мы получим таблицу значений, по которым сможем построить график АЧХ.
Для автоматизации этого процесса можно использовать специальное ПО, ускоряющее процедуру снятия АЧХ на порядок. Одной из таких программ является RightMark Audio Analyzer.
После установки программы установите русский язык интерфейса, выбрав меню Display => Language. После этого в разделе Устройства воспроизведения/записи и режимы укажите источник и приемник сигнала (вашу звуковую карту). Для тестирования акустических систем нужно использовать частоту дискретизации не ниже 44 кГц и разрядность не ниже 1б бит. Наиболее достоверные результаты получаются при частоте дискретизации 96 кГц и разрядности 24 бит. Список доступных режимов можно посмотреть, щелкнув по кнопке Режимы. Режимы, отмеченные буквой «D», вы можете использовать.
После выбора режима проверьте, действительно ли он поддерживается вашей звуковой картой, щелкнув по кнопке "Пинг":
Хочу отметить, что качество измерения будет зависеть от используемой вами звуковой карты. Встроенные в материнскую плату звуковые карты обычно обладают плохим качеством воспроизведения и высоким уровнем шума. Также не все PCI-звуковые карты обладают хорошим качеством. Мне попадалась звуковая карта C-media с полосой пропускания 60-18 000 Гц по уровню -6 дБ! Разумеется; на такой звуковой карте не то что измерения проводить нельзя, музыка на такой звуковой карте вообще не звучит как положено. Наилучшие результаты показывают звуковые карты фирмы Creative вроде Sound Blaster Live! или Audigy.
В главном меню программы можно выбрать режимы тестирования. Для нас наибольший интерес представляет режим Частотный диапазон (плавающий тон). В этом режиме снимается АЧХ и КГИ акустической системы.
Настроив программу, установите регулятор громкости Windows и акустической системы в среднее положение. Зайдите в свойства записи (Параметры=>Свойства=>Запись), в зависимости от того, к какому входу подключен микрофон, выберите Microphone либо Line-in и установите регулятор громкости записи в среднее положение.
Расположите микрофон на расстоянии 1 м от колонки (рекомендуется располагать микрофон на оси излучения ВЧ-динамика) и щелкни те по кнопке "Воспроизведение/запись". Появится окошко, в котором отображается уровень записываемого сигнала и его спектр.
Регулируя громкость записи, добейтесь уровня входного сигнала примерно —3 дБ и щелкните по кнопке "Начать тест". При выставлении уровней следите, чтобы нигде не началось ограничение сигнала (при этом будет загораться индикатор «зашкаливание»). После окончания теста будет предложено дать ему имя. В окне "Результаты теста" вы можете пометить и сравнить до четырех тестов.
В правой части окошка располагается столбец кнопок. Щелкнув по одной из них, вы перейдете к просмотру графиков, соответствующих выбранному тесту.
На графике "Частотный диапазон" отображается АЧХ (Frequency response) и КГИ (THD). Кнопка "А" сглаживает графики, кнопка с изображением стрелок обновляет их, кнопка с изображением дискеты позволяет сохранить результат в виде файла. Меню "Scale" позволяет изменить режим отображения графика: линейный (Linear), логарифмический (Log) или «музыкальный» (Mel).
Кроме снятия АЧХ, программа может быть использована как спек-троанализатор. Чтобы произвести анализ спектра аудиофайла, достаточно щелкнуть по кнопке Анализатор спектра в главном окне программы и выбрать файл. В окне "Анализатор спектра путем изменения размера семпла" выберите нужное разрешение анализа.
Технология измерения АЧХ, думаю, стала понятна, осталось лишь определиться, в каких условиях и каким микрофоном нужно ее измерять. Очевидно, если мы будем измерять АЧХ акустической системы в помещении, то само помещение будет вносить свой вклад в характеристику, поэтому многие рекомендуют снимать АЧХ в заглушённых комнатах (без эха) или на открытом воздухе. С одной стороны, это правильно. Зная «чистую» АЧХ самой колонки, мы можем оценить, насколько хорошо она может играть. С другой стороны, как бы хорошо колонка ни играла на улице, в помещении она в любом случае заиграет по-другому. Исходя из этого акустику можно разделить на два типа: «выездную», которая может оказаться в любом помещении (эстрадная акустика, акустика для продажи или участия в конкурсах), и «домашнюю», которая не будет покидать своего места обитания. При конструировании первого типа желательно снимать «чистую» АЧХ и стремиться сделать ее как можно более ровной. В таком случае сводится к минимуму риск того, что АЧХ помещения, сложившись с АЧХ акустической системы, создаст сильные провалы или подъемы некоторых частот. При конструировании «домашней» акустики, напротив, лучше снимать АЧХ вместе с АЧХ комнаты. В таком случае вы уже заранее настроите акустику под особенности помещения и получите наилучшее качество звучания.
Лучше всего выбрать специально аттестованный для акустических измерений микрофон. Такие микрофоны имеют собственный разброс АЧХ в 3 дБ в диапазоне от 20 Гц до 20-25 кГц. Если подобного найти не удалось, можно воспользоваться капсюлем конденсаторного микрофона (электретным микрофоном). Такие капсюли стоят очень недорого, но их собственная АЧХ может быть довольно неровной. Замечено, что конденсаторные микрофоны, даже очень плохие, имеют ровную АЧХ в диапазоне от 20 Гц до 7 кГц. Также известно, что чем меньше диаметр капсюля, тем выше верхняя граница линейного участка АЧХ у микрофона. Например, если диаметр капсюля составляет 7 мм, то верхняя граница находится на уровне 12-16 кГц; при диаметре в 5 мм верхняя граница достигает 18-25 кГц.
Конденсаторный капсюль для своей работы требует усилитель, схему которого можно найти в Интернете.
Даже если вам попался микрофон с плохой АЧХ, не расстраивайтесь: попробуйте найти заводскую АС с хорошими параметрами и снять с нее АЧХ этим микрофоном. Теперь от проектируемой вами АС нужно лишь добиться приблизительно такой же АЧХ.
