Il piacere di misurare i segnali audio

Presentazione:

In questa seconda anteprima approfondiamo un altro aspetto della più ampia video esperienza che pubblicherò nei prossimi giorni. Dopo lo schema a blocchi, oggi vedremo come far generare e misurare segnali audio a frequenze prestabilite con il Wave Analyzer HP3581A, effettuando misure con una larghezza di banda RBW di soli 10 Hz e una dinamica di ben 90 dB. Questo è un altro tassello della video esperienza completa che ci porterà a realizzare insieme un Network Analyzer audio controllato via computer, con tracciatura della risposta in frequenza. Si tratta di anteprime molto corpose e ricche di dettagli, che meritano secondo me uno spazio tutto loro e che magari possono essere d’ispirazione per i vostri progetti o per le vostre misure. Buona visione 🙂

Il testo di questa video esperienza:

Realizzando questa video esperienza che tratta di un network analyzer per dispositivi audio, cioè rilevare la risposta in frequenza a livello tensione di un dispositivo audio qualsiasi, che può essere un amplificatore, un equalizzatore, quello che vogliamo noi, realizzando questa video esperienza mi sono accorto che ci sono tantissime parti che messe insieme formano una bellissima video esperienza, ma meritano di essere esposte ciascuna anche in modo singolo, perché così probabilmente è più facile raccontare tutta la storia. Qui vedete lo schema blocchi che abbiamo raccontato nella video esperienza precedente. Quest'oggi, invece, andremo a vedere come far generare all'HP 3581A delle frequenze ben precise. Come vediamo da questa slide, dalla manualistica si trova questa formula, dove F è il segnale di frequenza F generato da HP 3581A, quello che andrà poi a, diciamo, a sollecitare il dispositivo audio per la sua misurazione, mentre FLO è la frequenza che dovremmo applicare all'oscillatore locale, l'ingresso che c'è nel retro del dello strumento, per poterli far generare esattamente la frequenza F. Da questa formula possiamo ricavare quest'altra formula che ci dice, per esempio, se noi vogliamo da generare una frequenza F di un determinato valore, che frequenza FLO dobbiamo applicare all'ingresso dell'oscillatore locale.

Facciamo un esempio. Io voglio generare una frequenza di 1 kHz, perché voglio testare il mio dispositivo audio ad 1 kHz, allora, utilizzando quella formula, ho che all'ingresso oscillatore locale dovrò applicare una frequenza di 1 MHz e 10 kHz. Perché questa strana frequenza che va applicata all'oscillatore locale? Perché, come vediamo da questo schema blocchi tratto dalla manualistica di HP 3581A, abbiamo che la frequenza dell'oscillatore locale arriva e viene subito divisa per 10 e quindi, per esempio, se noi abbiamo vogliamo far generare 1 kHz, vogliamo misurare 1 kHz, questa frequenza di 1 MHz e 10 kHz diventa 101 kHz. Questi 101 kHz, in questo caso, battono con il nostro segnale a 1 kHz che sta arrivando all'interno dello strumento, dell'ingresso di input e quindi si genereranno dopo il mixer due segnali, uno a 100 kHz, uno a 102 kHz, per somma e differenza di questi due segnali, 1 kHz e 101 kHz. Il quello a 102 kHz, cioè la somma dei due segnali, viene scartato, viene tenuta la differenza e avremo che un segnale a 100 kHz che sarà la replica esatta del segnale a 1 1 kHz che stiamo applicando all'ingresso. Perché fare questo?

Perché poi tutta la catena che segue, amplificazione o attenuazione o circuito di misura, è tutta sintonizzata e specifica per lavorare a 100 kHz. Quindi ri facendo variare la frequenza dell'oscillatore locale, abbiamo che il l'uscita del mixer ci presenterà a 100 kHz una coppia esatta del segnale che stiamo applicando all'ingresso. Variando la frequenza dell'oscillatore locale, l'uscita del mixer rappresenterà una replica esatta, ma di una frequenza variabile che va da 20 Hz fino a 50 kHz, solamente cambiando la frequenza dell'oscillatore locale. Guardate il filtro IF che c'è subito dopo il mixer ed è composto da cinque stadi a cristallo accordati e sincronizzati. Perché questo? Perché poi la misura, che avrà delle larghezze di banda molto strette, 3 Hz, 10 Hz, 30 Hz, poi a crescere, sarà molto precisa, molto specifica, proprio perché c'è un filtro IF composto da cinque filtri a cristallo e quindi da una selettività molto alta. Andiamo a vedere adesso un test pratico dal vero di come si fa a far generare una frequenza precisa, determinata ad HP 3581A.

Abbiamo qui il nostro piccolo set di misura, chiaramente questa è un'anteprima, quindi rappresenta solo una parte di tutta la video esperienza. In questa parte ci dedichiamo sul generare delle frequenze esatte con HP 3581A. Vedete sulla sinistra che c'è il generatore HP 33120A che è stato programmato per generare delle frequenze in modo tale che poi HP 3581A genererà tre segnali: 200 Hz, 1 kHz, 5 kHz. Cosa La cosa bella di questo strumento è che oltre a generare un segnale campione di livello da noi desiderato e fisso da applicare al dispositivo audio da misurare poi può prelevare l'uscita di questo dispositivo audio e farne la misura. La misura viene indicata dalla lancetta, ma è possibile raccoglierla anche sul connettore che si chiama Y posto sul posteriore dello strumento e sarà un segnale da 0 a 5 V che rappresenta esattamente quello che vediamo lo scorrere della lancetta. Quando la lancetta sarà al suo massimo, il l'uscita sarà 5 V, quando la lancetta è al suo minimo, questa uscita sarà a 0 V, quindi avremo una tensione che varia in modo identico allo al movimento della della lancetta e per cui abbiamo due cose interessanti. Sappiamo esattamente la frequenza che genererà HP 3581A, sappiamo esattamente il livello e tensione che genererà questo strumento, perché l'abbiamo programmato noi, e possiamo anche, con un convertitore analogico-digitale, prelevare questa uscita Y e quindi avere anche la tensione in uscita al nostro dispositivo audio sotto test. Con questi due valori, frequenza e livello, possiamo creare delle coppie che ci serviranno poi per creare la nostra risposta in frequenza.