Az integrált Arta Box bekalibrálása.

Kalibráció nélküli mérés, csupán két egymásután mért érték összehasonlítására ill különbségeik meghatározására alkalmas. Mindazonáltal még így sem lehetünk biztosak az eredmény pontosságában, mivel például könnyen túlvezérelhetjük a hangkártyánkat úgy, hogy nem is érzékeljük azt. Nagyon valószínű, hogy a mérési eredmény nem megbízható lesz. A rendszert több részre oszthatjuk ami végül-is egy mérési lánc.

Hangkártya kimenet -> Végerősítő -> Mérendő hangsugárzó -> Mikrofon -> Mikrofon erősítő ->  Hangkártya bemenet

Első lépésként a hangkártyát kell ellenőrizni, hogy el tudjuk dönteni alkalmas-e a céljainkra. Egy ún. loopback kábellel kössük össze a a hangkártya kimenetét a bemenettel, és az Arta-t váltsuk SPA módba. A bemeneteket a minimum fölé a kimeneteket húzzuk teljes hangerőre és az egyéb hangot módosító effekteket kapcsoljuk ki(pl. equalizer). Amennyiben az Arta-Box-unk előlapjára kivezettük a jeleket RCA-ra is akkor akár ott is össze lehet kötni. Az ügyesebbek akár egy kapcsolót is szerelhetnek az előlapra.

Loopback kábel

A Generator / Configure menüben a következő beállításokat tegyük meg:



A Setup / Measurement menüben:



A Setup / Sprectum Scaling menüben pedig:

Kilépve a főmenübe a piros háromszög lenyomásával elindítható a mérés. Az alul pirossal írt RMS értékét -3dB közeli értékre kell beállítani a bemeneti hangerő csúszka állításával. Amennyiben a THD és a THD+N értéke kisebb mint 0,01% akkor nagyon jó minőségű a hangkártyánk és 0,1% -ig még megfelelő a céljainknak, azaz a harmonikus torzítás kellően kis mértékű. Az alábbi képen egy integrált hangkártya mérése látható.

A folytatáshoz váltsuk IMP módba és a piros háromszögre kattintással egy Impulse response measurement ablak nyílik meg , ahol a következő beállításokat tegyük meg.

A Generate gombra kattintás után a két zöld sávot kell látni, amennyiben piros vagy sárga lenne akkor a mixerben a húzzuk le a hangerőt addig, hogy a zöld csík -10dB ~ -20dB közé nem esik. A record gombra kattintás után elvégzi a mérést. Most kattintsunk a jobb oldali 2FR bordó és zöld színű ikonra, hogy megkapjuk a hangkártyánk átviteli görbéjét. Minél egyenesebb annál jobb. A ±0,5dB még elfogadható, de az igazán jó minőségűek ±0,1-en belül vannak. 20Hz-20000Hz-ig értékeljük ki. Ezek-után el tudjuk dönteni, hogy a rendelkezésre álló hangkártyánk megfelelő-e a céljainknak.

Manapság az integrált hangkártyák is megfelelő minőségűek.

Ezután már csak azt kell kiderítenünk mekkora a maximális kimenőjele, és a bemeneti érzékenysége a hangkártyának. Így biztosan nem fordulhat elő az az eset, amit feljebb említettem, hogy túlvezérelt jellel mérünk és ezáltal meghamisítjuk a mérésünk eredményét.

Mielőtt továbblépnénk le kell ellenőriznünk a multiméterünket, mennyire megbízhatóan mér váltakozó feszültséget 2V-os méréstartományban. Ehhez egyszerűen csatlakoztassuk a hangkártya bal oldali kimenetéhez, és a Limp sinus generátorával 10-20000Hz-ig mérjünk ugyanolyan amplitúdójú jeleket. Ezeket az eredményeket ábrázolva egy diagramban lesz egy lineáris tartomány ami jó esetben 100-1000Hz között található. Egy True RMS mérésére alkalmas eszköz az egész tartományban lineáris lesz, illetve elfogatható határokon belül marad. Akinek van oszcilloszkópja az azzal is ellenőrizheti, illetve inkább azzal. A lényeg számunkra az, hogy az 400 Hz-es mérés a lineáris tartományon belül legyen.

Az én UNI-T UT33A multiméterem

A Setup/Audio devices menü tulajdonképpen a kalibrációs adatlap. A fenti Soundcard mezőben a hangkártyánk be és kimenetét kell kiválasztani. Amennyiben kiemelkedő minőségű hangkártyánk lenne akkor a Wave Format mezőben a 24bit egyéb esetben a Float legyen kiválasztva.

I/O Amplifier Interface mezőben a hangkártya ki és bemeneti érzékenysége fog szerepelni, valamint a beépített végerősítő és mikrofon erősítő erősítési értékei. Ezek mérését bővebben is ki fogom fejteni. Végül a Microphone mezőben tegyük be a pipát és a Left Ch legyen kiválasztva. Ha Panasonic WM61A  kapszulánk van akkor a Sensitivity mezőbe 6 mV/Pa legyen beírva az adatlap alapján. Ezeknek a mezőknek az értékeit még demó módban is el lehet menteni és akár visszatölteni.


Elsőnek a sensitivity mezőket fogjuk kitölteni. Setup / Calibrate menüben a bal oldali mező a hangkártya kimeneti érzékenységének lemérésére használható. A kimeneti hangerőt húzzuk a maximumra és katt a Generate 400Hz Sinus gombra. Output level -3dB. A DMM-el mérjük meg a bal csatorna kimeneti jelét. Ha az integrált Arta Box előlapjára szereltünk RCA-t is akkor most nagy hasznát vehetjük. A stop gomb lenyomása után írjuk be a 3-as mezőbe a mért értéket és katt az Estimate gombra. Végül a Accept gombal elfogadhatjuk a becslés eredményét, és a mért érték bekerül a megfelelő rekeszbe a kalibrációs táblában.

Most ,hogy ismerjük a hangkártyánk kimeneti jelének nagyságát, meg kell mérni a maximális bementi feszültséget.  Setup / Calibrate menü középső menüjében elsőnek a bal csatornát válasszuk ( ez egyébként 3.5mm -es jack hegye). Most szükség lesz egy RCA-"loopback" kábelre és át kell hidalni a hangkártyánk bal kimenetét a bal bemenettel.

A be -és kimeneti csatornák hangerejét húzzuk a max-ra. Kezdésnek az output level értékét -20dB-re állítjuk és mérjük meg DMM-el (Generate gomb). A mért értéket a középső mező 2-es cellájába kell írni. Nálam 119 mV. Most rányomhatunk az Estimate max Input mV gombra. Akkor jó ha a felső zöld csík -10 dB ig megy ki. Ha nem így lenne akkor a -20dB értékét kell csökkenteni, és természetesen mérni kell DMM-el is. Ismételjük meg a right csatornával is és az Accept gombbal bekerül az érték a kalibrációs táblába. Ezzel a hangkártyánk be van mérve és állítva.

A folytatásban kiszámoljuk az Ext right preamp gain értékét az alábbi képlettel. (A két függőleges vonal a replusz műveletet jelenti.)

R1 és R2 az Arta Box-ba épített L-Pad ellenállásai. A Zin a hangkártya bemeneti impedanciája, a 10k az egy tipikus érték. Ha ezeket az ellenállásokat használtuk akkor egyszerűen csak írjuk be: 0.0923

Az Arta tizedes pont-al dolgozik! Nem vesszővel...

Már csak két mező maradt az egyik a Power amp gain, ami tulajdonképpen az Arta-Box-ba épített végerősítő nyeresége, a másik az Ext.left preamp gain ami a mikrofon erősítőé.

A beépített végerősítő nyeresége, mindenkinél más lesz, hiszen a tápfeszültségek is eltérőek lehetnek, a beépített hálózati transzformátortól függően. Ennek az értéknek FR1 módban van jelentősége. A méréséhez egy speciális kapcsolást kell létrehozni ideiglenesen. Erre az Arta Box alapkapcsolása nem képes, de könnyen átalakíthatjuk. Forraszuk le mindhárom kapcsoló középső vezetékét, és egy RCA "loopback" kábellel hidaljuk át a bal kimenetet a bal bemenettel. Aki az ajánlásnak megfelelően ON-OFF-ON kapcsolókkal építette meg annak elég középállásba váltani, és természetesen ar RCA-val áthidalni.

Az alábbi képen az általam 'átláthatóvá tett Arta Box kapcsolása látható, ahol jól lehet tanulmányozni a fent leírt módosításokat.

A méréshez az alábbi beállításokat tegyük meg FR2 módban. Már nem írom csak a képeken bejelölöm.

Generator  / Configure

Setup / Audio Devices

Jobb oldalon a SET gomb

Setup / Measurement

Végezetül ha mindent jól csináltunk akkor az alábbihoz hasonló eredményt kell kapnunk a mérés elindítása után.

1000 Hz-nél leolvasott értéket el kell osztani 20 -al és a 10-et kell hatványozni vele.

Power Amplifier Gain = 10^(28,04/20) = 25.235

Ha most FR1 módba váltunk, akkor 0dB környékén kell mérnünk kb ±0,5 dB pontossággal. Az hogy miért nem pontosan 0, arra eddig nem sikerült rájönnöm, de szerintem fél dB nem olyan nagy eltérés. Talán az ellenállások pontatlansága, vagy a vezetékek belső ellenállása okozhatja. Ha szükségesnek látjuk akkor a számolt értéket korrekciózhatjuk. Ez az érték csak FR1 módban számít. Ezzel a módszerrel lemérhetjük a beépített mikrofon erősítőnket és az L-Pad-ek tényleges csillapítását is akár. 

Végül a mikrofon korrekciója maradt. Az Ext. left Preamp Gain és a Sensitivity együtt adják ki a szükséges értéket. Ha ismert a mikrofon érzékenysége akkor beírhatjuk. Pl Panasonic WM61A esetében ez 6 mV/Pa. Ha nem, vagy nem bízunk benne akkor inkább írjunk 1-et és a maradék egészbe n kerül meghatározásra. Szükség lesz a továbbiakban egy mély-közép hangszóróra és egy hozzá méreteiben illő zárt dobozra. Az elv a következő: lemérünk egy mély-közép hangszórót a Limp-el, a görbét rámásoljuk az overlay-ra, dobozba építve újra lemérjük. Az Analyse / Closed box methode menüben kiszámoljuk a T/S paramétereket. Ami tartalmaz egy átlagos hangnyomás értéket is. Mi ehhez az értékhez fogjuk hozzáigazítani a mérőrendszerünket.

A mély-közép mérése doboz nélkül.

Beépítve egy 15.2 liter-es zárt dobozba, az előző mérés az overlay-en.

A kikalkulált T/S paraméterek.

Nyissuk meg a Pasive Crossover Designer-t és válasszuk a Box Response and Impedance modelling tools-t

A Limp-ben kiszámolt T/S paraméterek alapján méretezzünk zárt dobozt, a VAB-hoz  a mérődobozunk térfogatát kell írni. A kész görbét mentsük el egy .frd fájlba. 

Ne feledjük a tizedes vesszőket pontra cserélni. :)

Csatlakoztassuk a mérőmikrofont az egységhez és állítsuk be 1 cm távolságra a még dobozba szerelt hangszóró porvédőjétől. A következő beállításokat FR2 módban végezzük el.

Set gomb a jobb oladlon

Setup / Audio Devices

Generator / Configure

Setup / Measurement

Ezek után elvégezhetjük a mélyközép hangszórónk közeltéri mérését. Ha elkészült akkor IMP módba kell váltani és a jobb oldali zöld-bordó 2FR módot. Az Overlay / Load target response menüben töltsük be a lemért T/S paraméterekből modellezett .frd fájlunkat. Ha grafkon függőleges tengelyét 50 dB -re állítjuk akkor kb egy ilyent kell látnunk.

Most ki kell számolni azt, hogy mennyivel mértük magasabb hangnyomást azáltal, hogy 1 cm távolságról mértünk egy méter helyett.
a= 16,5  -  a mért hangszóró átmérője. (Én a membránszél közepétől szoktam mérni)
d= 1       -  a távolság cm ben megadva
PNF = +20 log ((a/2d)/200)
PNF = +20 log ((16.5/2)/200)
(számológépen ezeket üsd be 0,04125 log *20)
PNF =  27.69 dB

Edit / Scale level menüben megadva a kiszámolt értéket a zöld csík lejjebb ugrik.

A maradék a kalibrációs érték.

Az Edit / Scale level menüben további értékek megadásával , rá kell illeszteni a zöld görbét a pirosra.

Nekem összesen -27.5dB -t kellett beírnom ahhoz,hogy fedjék egymást.

Gain = 10^(27.5/20)
Gain = 23.714

A kapott értéket írjuk a Sensitivity mezőbe.

Ezzel el is készültünk. A következő mérést 1m távolságból végezve 90dB magasságában kell lennie a görbénknek. Ha van a mikrofonunkhoz kalibrációs fájlunk akkor azt töltsük be a Setup/Fr compensation menüben. Az általam használtat itt lehet letölteni.

Amennyiben elakadnál valahol, akkor vedd fel a kapcsolatot velem és segítek megoldani.

Integrált ARTA box.

Gyakran szükségem lenne különböző mérésekre az ARTA Box-al, csak hát eléggé sokáig tart összerakni és rendesen beállítani. Előfordult, hogy a kábel volt megtörve, vagy az elem merült le a mikrofon erősítőben. Ez eléggé el tudja az embert kedvetleníteni a dologtól. Már régebb óta érlelődött gondolat de most nekiálltam és minden szükségeset összefoglaltam egy panelen egy dobozban. Nagy előnye, hogy mindösszesen 2db 3.5mm jack apa-apa hosszabbító kell a hangkártyával való összekötéshez és már használható is. Tulajdonképpen újdonság nincs benne ,az eddig bemutatott kapcsolásokat integráltam egybe. Az elsőre egyszerűnek tűnő feladat számos kihívással állt elő, pl földhurok, 50 és 100 Hz -es brumm stb. Az első prototípus hibáinak javítása után Alkotó barátom áttervezte a panelt, ami ezután kb fele akkora és sokkal esztétikusabb lett. Ezúton is köszönöm a segítségét.

V1 - protípus

A kapcsolási rajz és beültetési rajz az alábbi képeken látható és .pdf formátumban is hozzáférhető. schema.pdf  -  implantation plan.pdf - printable PCB.pdf

A képre kattintva kinagyítható.

A végleges változat a V1 prototípushoz képest számos helyen módosult. A kapcsolók és csatlakozók a doboz előlapjára szerelhetőek lettek, és a mikrofon erősítő ellenállásai a panel alsó felén SMD alkatrészként lettek beültetve. Az építést az SMD alkatrészek beforrasztásával kezdtem. Eztán az összes átkötőt forrasztottam be (4db). Célszerű a tápegység alkatrészeinek beültetésével folytatni , majd ezután a TDA2030A IC-vel felépített végerősítőt életre kelteni. Teszteléshez az alábbi  képen látható rövid vezetéket kell beforrasztani ideiglenesen, ezáltal a bemenetre kötött jel hatására a hangszórón meg kell szólalnia.

Ezután a mikrofon erősítő alkatrészeit ültettem be. A kapcsolás nagyon egyszerű és elsőre éled ha mindent jól csináltunk. Ezt is le lehet tesztelni egy 47k ellenállás ideiglenes beforrasztásával a C1 és a C14 közé. Fontos ,hogy a megadott tranzisztor típusoktól ne térjünk el ,mert ez egy kifinomult A osztályban működő mikrofon erősítő ami így adja azt a minőséget amit elvárunk tőle. Eztán a "maradék" alkatrészek is kerüljenek a helyükre. Ami tulajdonképpen az maga az ARTA Box.

A bedobozoláshoz egy nálam már jól bevált módszert választottam, és egy régi PC tápegység dobozát használtam fel. Első lépésként teljesen kipakoltam belőle mindent , és egy pontosan akkora lemezt vágtam mint a tápegységben levő nyák volt és a rögzítő furatok is pontosan oda kerültek. Erre a lemezre szereltem a hálózati trafót , és távtartók segítségével a panelt. A tápegységben levő hűtőbordából egy darabkát fel tudtam használni a TDA 2030A-ra. Így viszonylag kevés mechanikai munkával egy elfogadható dobozolást készíthetünk. Fontos, hogy a hálózati feszültség alatt levő részeket gondosan szigeteljük le.

Végezetül néhány apró ötlet és tipp amik az építés közben merültek fel.
- A be és kimeneteket 3.5mm-es jack kábellel kössük össze a hangkártyával, mert így elkerülhető a fordított bekötés.
- Az előlapi 3.5mm-es jack aljzatokról kivezettem egy-egy RCA aljat is mindegyik csatornához, kalibrálásnál jó hasznukat fogjuk venni.
- Nálam lemaradt az előlapi bekapcsolást jelző visszajelzés. Ezt később pótolni fogom. :)
- Célszerű a jelenleg megjelölt kapcsolók helyett olyan típust választani  aminek három stabil állása van és ON-OFF-ON és egy-áramkörös típust (SP3T). Tehát az SW1 kapcsoló az tulajdonképpen kettő legyen. Ez nagyon hasznos lesz az elkövetkezőkben ,mivel így könnyedén átvariálhatjuk majd az Arta Box belső kapcsolását a későbbi mérésekhez.
- A tápegység és végerősítő részben az elektrolit kondenzátorok megengedett üzemi feszültsége legyen magasabb mint a hálózati trafónk szekunder AC feszültsége*1.44.  Pl 18V AC*1,44 =DC 26V .Azaz a 35V-os típusokat válasszuk.

A továbbiakhoz szükség lesz egy mérőmikrofonra. A Panasonic gyártmányú WM61A tökéletesen megfelel a céljainknak és még az ára is elérhető. A mérőmikrofont csőbe kell húzni a reflexiók miatt. Korábban bemutattam az én megoldásomat is. Ezenkívül egy jó minőségű multiméter is kelleni fog.

A folytatásban bemutatom a kalibráció lépéseit.