Απάντηση: EMU 0404 για μετρήσεις
Παραλαμβάνοντας τη EMU 0404 από μηνός θέλησα να εξετάσω τις δυνατότητες της κάρτας. Από την αρχή είχα αποφασίσει να έχει καθήκοντα σε πρόσκτηση δεδομένων ακουστικών συχνοτήτων (AF data acquisition) κάτι σαν το Ap@ του φτωχού.
Διαβάζοντας την πολύ καλή προσέγγιση του κ. Κ. Τυροβολά παρακινήθηκα για μια περαιτέρω διερεύνηση (την είχα προγραμματίσει για τις γιορτές όπου θα υπήρχε και περισσότερος χρόνος, όμως <<στη βράση κολλάει το σίδερο>>).
Προσανατολίσθηκα σε πρόσθετες μετρήσεις με σκοπό την ανάδειξη των ορίων του υλικού της 0404, που ίσως φανούν χρήσιμες, τόσο στους νυν όσο και στους μελλοντικούς κατόχους του μηχανήματος.
Και η δική μου προσπάθεια αφορά την ηλεκτρική εκτίμηση της κάρτας με το ίδιο software (Spectrum Lab) για λόγους ομοιογένειας στην ανάγνωση των αποτελεσμάτων με τα αντίστοιχα του κ. Τυροβολά (δεν δοκιμάστηκε π.χ με μικρόφωνα και το ARTA σε μετρήσεις ηχείων). Η βασική εκτίμηση έγινε με κλασικά όργανα (γεννήτριες παλμογράφους, συχνόμετρα) τόσο σε σύνδεση με Η/Υ, όσο και σε λειτουργία stand alone. Σε όλες τις μετρήσεις η κάρτα 0404 ήταν σε λειτουργία 192/24 με αντίστοιχη ενημέρωση και του προγράμματος Spectrum Lab. Εκτός από τις διπλές γεννήτριες SG 505 χρησιμοποιήθηκε συχνόμετρο DC509 (oven oscillator) πολύμετρο DM503A true RMS 4,5 ψηφίων και ο έλεγχος στο πεδίο του χρόνου έγινε με παλμογράφο 7854 και 7603/7D20 για ψηφιοποίηση. Όλα τα μηχανήματα ήταν της Tek με απόδοση εντός των ορίων του κατασκευαστή τους. εικόνα set up.
Από το έλεγχο προέκυψαν τα ακόλουθα:
- Το συνοδό software είναι σε μεγάλο βαθμό άχρηστο όσο αφορά τις μετρήσεις.
Πέρα από την εγκατάσταση των οδηγών και την βασική εφαρμογή ελέγχου της 0404, καλύτερα είναι να μην εγκατασταθεί τίποτα άλλο (εκτός αν είστε
μουσικός). H ποιότητα της ηχογράφησης δοκιμάστηκε με το Sound Forge 7 και 10. Το αποτέλεσμα ήταν απόλυτα ικανοποιητικό σε όλο το εύρος της
δειγματοληψίας (max 192/24).
- Η κατασκευή της 0404 είναι αρκετά καλή. Τα ποτενσιόμετρα δεν εμπνέουν,
- αλλά έχουν ικανοποιητική ακρίβεια. Οι διακόπτες είναι καλύτεροι, τουλάχιστον σε αίσθηση.
- Ο θόρυβος είναι χαμηλότερος με το ground lift απενεργοποιημένο (δοκιμάστηκε με σήμα balanced). Να σημειωθεί πως όλες οι έξοδοι (ακουστικά, line) έχουν κοινή γείωση σήματος (συνδέονται δηλαδή εσωτερικά με το ground).
- Είναι σημαντικό να επισημανθεί πως τα ποτενσιόμετρα εισόδου τοποθετημένα στο 0 ή ακόμα και στο min, δεν οδηγούν σε αποκοπή του σήματος. Αντίθετα λαμβάνουν σήμα, με σχετικά μεγάλη ευαισθησία (τουλάχιστον όσο αφορά τις εισόδους line). Αρκεί μόλις 1V rms σε balanced σήμα για να οδηγηθεί ο ADC στο όριο. Με την τάση αυτή τα LED εισόδου της 0404 δείχνουν -12db, ενώ το σήμα είναι ακριβώς 0dbV.
- Από την αρχή αποφάσισα να μην χρησιμοποιήσω τη software γεννήτρια του προγράμματος Spectrum Lab, για δυο βασικούς λόγους.
Ο πρώτος λόγος σχετίζεται με την πιθανή αντιστάθμιση που υφίσταται οι γεννήτριες λογισμικού, με σκοπό η φασματική ανάλυση να είναι απαλλαγμένη από αρμονικές και θόρυβο (τις περισσότερες φορές οι δημιουργοί του λογισμικού δεν δίνουν πληροφορίες).
Ο δεύτερος λόγος εντοπίζεται στην αδυναμία των software γεννητριών να παράγουν συχνότητες που να ξεπερνούν τη συχνότητα NyquistβShannon. Το τελευταίο μας αποτρέπει από το να έχουμε μια μέτρηση της συμπεριφοράς της κάρτας, σχετικά με την αλλίαση.
Χρησιμοποίησα το σύστημα των δυο γεννητριών SG 505 (opt 01, 02 εικόνα setup 2) της Tek σε διαφορετικές συχνότητες 10KHz, 50 KHz, 102 KHz και 95,7KHz. Η στάθμη αναφοράς (0db) ρυθμίσθηκε στο 1V rms σε balanced μορφή (με αντίσταση εξόδου 600 ohm) και κατά συνέπεια η κλίμακα ήταν σε dbV. Επίτηδες δεν χρησιμοποίησα averaging διότι ήθελα να δω τα πράγματα στη χειρότερη μορφή και όχι ωραιοποιημένα από την καθήλωση του θορύβου, με εξωφρενικές μετρήσεις θεωρητικού επιπέδου όπως π.χ στην εικόνα 01.
- Εικόνα 02 ημίτονο 10KHz με στάθμη 0db. Εμφανίζεται έως και η 5η αρμονική με στάθμες σε όλες κάτω από τα -100db. Καθόλου άσχημα. Οι αρμονικές οφείλονται κυρίως στην αρχόμενη οριακή οδήγηση του ADC. Υποχωρούν κάτω από τα -110 db με σήμα εισόδου -6db όπως φαίνεται στην εικόνα 03. Αντίθετα με σήμα εισόδου +1,5db ξεπερνάμε κατά πολύ το όριο του ADC και αυξάνονται κατακόρυφα οι παραμορφώσεις όπως φαίνεται στην εικόνα 04 (με αύξηση από το ποτενσιόμετρο gain της EMU) και εικόνα 05 (με αύξηση του πλάτους από την έξοδο της γεννήτριας SG 505 όπου έχουμε χαμηλότερη συνολική παραμόρφωση). Είναι τουλάχιστον εντυπωσιακό πως η 9η αρμονική βρίσκεται στα -90db και σίγουρα υπάρχουν ανώτερες αρμονικές πέρα από τη συχνότητα Nyquist των 96 KHz, που προκαλούν αλλίαση με κατοπτρικά είδωλα. Αυτό φαίνεται από τις συνοδές συχνότητες με μικρότερο πλάτος δίπλα σε κάθε αρμονική (22KHz στα 20 KHz, 32KHz στα 30 KHz, 42KHz στα 40 KHz κ.ο.κ).
- Στην εικόνα 03 επισημαίνεται μια συχνότητα των 24KHz σε στάθμη -105db που δεν σχετίζεται με το σήμα εισόδου. Είναι υποπολλαπλάσιο της συχνότητας δειγματοληψίας και ανιχνεύεται παροδικά και εφ’ όσον το επιτρέπει ο θόρυβος. Δεν γνωρίζω την πηγή ή το μηχανισμό, ούτε το γιατί άλλες φορές υπάρχει και άλλες όχι. Θα το ψάξω περαιτέρω (είναι σχετικά δύσκολο.... -105 db γαρ).
- Τα ίδια περίπου επαναλήφθηκαν με συχνότητα 50 KHz εικόνα 06 στα 0db και εικόνα 07 στα +3db. Ειδικότερα θα σταθώ στη εικόνα 07 όπου βλέπουμε το είδωλο αλλίασης της πρώτης αρμονικής των 50 KHz. Πιστεύω πως ο μηχανισμός είναι ο ακόλουθος: Με σήμα 50 KHz στα +3db η υπερφόρτωση του ADC δημιουργεί ισχυρή 2η αρμονική στα 100 KHz, που διέρχεται το χαμηλοπερατό φίλτρο εισόδου της 0404. Με συχνότητα δειγματοληψίας 96 KHz τα 100 KHz είναι μόλις 4 KHz πιο πάνω και κατά συνέπεια το είδωλο θα βρίσκεται 4 KHz πιο κάτω από τα 96 KHz σε κατοπτρική θέση. Δηλαδή στα 92 KHz όπου πράγματι υπάρχει μια αρμονική στα -90db λόγω αλλίασης.
- Επίσης έγινε δοκιμή με συχνότητα 95,7 KHz που είναι πολύ κοντά στη συχνότητα Nyquist, ώστε να φανεί η επάρκεια του χαμηλοπερατού φίλτρου αντιαλλίασης. Από την εικόνα 08 προκύπτει πως το πλάτος έχει μειωθεί περίπου στα -7db λόγω του φίλτρου (την ίδια στιγμή στη γεννήτρια έδινε σήμα σταθερό 0db). Εντυπωσιακό είναι το ήσυχο φάσμα, δείγμα πολύ καλής δουλειάς στη βαθμίδα εισόδου και φίλτρων. Όταν όμως ξεπεράστηκε το όριο του ADC τότε οι ισχυρές παραμορφώσεις δημιουργούν πληθώρα αρμονικών συχνοτήτων που αυξάνουν απότομα τη παραμόρφωση όπως φαίνεται στην εικόνα 09.
- Τέλος δοκιμάστηκε και συχνότητα 102 KHz (πέρα από το όριο των 96KHz της συχνότητας Nyquist) σε στάθμη 0db. Από την εικόνα 10 βλέπουμε πως το σύνολο του θορύβου είναι κάτω από τα -100db πράγμα που σημαίνει πως το φίλτρο της αντιαλλίασης κάνει καλή δουλειά. Αν όμως η στάθμη αυξηθεί αρκετά πάνω από +3db, τότε παρά τη δράση του φίλτρου θα περάσουν μικρές στάθμες ικανές να δημιουργήσουν πάλι αλλίαση όπως φαίνεται στη εικόνα 11 όπου έχουμε το κάτοπτρο των 102 KHz στα 90 KHz με στάθμη -37db.
- Επίσης έγινε μια πρόχειρη εκτίμηση της απόκρισης συχνότητας. Στο τυπικό εύρος των 20 β 20KHz (με αναφορά το 1KHz) τα πράγματα εξελίσσονται ομαλά με διακύμανση 0,5db. Το όριο στις χαμηλές συχνότητες ήταν -0,2db στα 6 Hz (δεν πάει παρακάτω η SG505), ενώ στις υψηλές συχνότητες ενδεικτικά αναφέρω πως είχα -1db στα 50KHz, -1.7db στα 70KHz και -3db στα 83KHz. η πτώση είναι ραγδαία μετά τα 95KHz ( φίλτρο brick wall).
Τα συμπεράσματα ακολουθούν (πιθανότατα την Κυριακή)