Impedancia mérése

Passzív hangváltók tervezéséhez, szimulációjához elengedhetetlen a hangszórók impedancia görbéjének ismerete, de a T/S paraméterek méréséhez is szükség van rá.

2015. október 17., módosítva: 2015. december 1.

Előkészületek

Impedanciát mérni nem bonyolult feladat. Szükség van egy kicsivel jobb hangkártyára (alacsonyzajú vonalszintű ki- és bemenettel), egy ismert értékű ellenállásra és némi kábelre. Mivel a laptopon nincs vonalszintű bemenet, NwAvGuy tesztjének elolvasása után beszereztem egy Behringer UCA202-est.

Első feladat a hangkártya beállításainak ellenőrzése. Az UCA202-t a Windows azonnal felismerte, de a bementét valami oknál fogva mono mikrofonbementként azonosította. Ezt a vezérlőpultban át lehet állítani és legközelebb ugyanazon az USB aljzaton már jól ismeri fel. A vonalbemenet felvételi "hangerejét" 50-re kell állítani.

Vonalbemenet beállítása a vezérlőpultban

A következő feladat a mérőkábel elkészítése. A méréshez az UCA202 fejhallgató erősítőjét használom. Nem ez a legjobb megoldás, különösen mivel elég nagy a kimenő impedanciája (ld. később). Az én céljaimnak viszont így is megfelel és a hordozhatóság miatt nagyon kényelmes is így használni: minden mérést el tudok végezni laptoppal akkuról.

Impedancia mérőrendszer Behringer UCA202-vel

Maga a kapcsolás nem egy nagy eresztés. A fejhallgató kimenet bal és jobb oldalát közösítettem (így a mérőkábel többféle szoftverrel is használható függetlenül attól, hogy melyik csatornán adja ki a mérőjelet), majd a bal oldali bemenetre visszavezettem illetve egy 100 ohmos ellenálláson keresztül egy hangszóró csatlakozó terminálra és a jobb oldali bemenetre kötöttem. A terminálra lehet kötni hangszórókábellel a mérendő hangszórót vagy hangdobozt.

A méréshez az ingyenes Room EQ Wizard (REW) használható. Impedanciát sajnos - egyelőre - nem lehet ASIO driverekkel mérni, ezért a Java drivert kell használni.

A REW hangkártya beállításai

Mérés

A mérés a REW Measure gombjával történik. Az Rsense a mérőkábelben használt ellenállás értéke, Rleads a mérőzsinór ellenállása. Ezt nullán hagytam, mivel a kábeleim csupán néhányszor tíz centi hosszúak.

A méréshatárt a Start Freq és End Freq tartalmazza, a jelszintnek az alapértelmezésben beállított -12 dB megfelel az UCA202 esetén (maximumra állított fejhallgató hangerővel). Length a mérés hossza, minél nagyobb, annál jobb a mérőjel (és a mért görbe) felbontása. Sweeps a mérések száma, ha nagyobb, mint 1, a REW többször egymás után azonos jellel mér, majd átlagol. A mérés a Start Measuring gombbal indítható.

A REW mérés dialógusablaka

A rendszer képességeit illetve a kábelezés és a beállítások helyességét érdemes ellenőrizni néhány ellenállás segítségével:

A jelmagyarázat elrejtéséhez kattints a grafikonon

Türelem, készül a diagram...

Ellenállások impedancia mérése

100 Hz alatt már mászik felfelé a görbe, különösen alacsony terhelő impedancia esetén. Ez ennek a rendszernek a korláta. Ha T/S paramétereket is mérnék, akkor mindenképpen kellene vele foglalkozni. A problémát valószínűleg - az UCA202 fejhallgató erősítője helyett - egy külső erősítő használatával el lehetne kerülni. Számomra ez most nem releváns, hiszen a hangváltó számára fontos tartományban (200 Hz felett) így is elég pontos a mérés.

Éles mérést a legnagyobb mérőjel hosszal, 8 méréses átlagolással érdemes csinálni. Magassugárzó esetén a rezonancia frekvencia negyede felett, egyéb hangszórók és komplett hangdobozok esetén a teljes sávban (20 - 20.000 Hz) érdemes mérni. Ennek az eredménye már önmagában is egész szép:

1M hosszú mérőjel, 8 mérés átlaga

A mérés után a legfelső tartományban megmaradó kis zajt egy 1/48 oktávos átlagolás (Graph >> Apply 1/48 smoothing) eltünteti:

1/48 oktáv átlagolású mérés

A mérés .zma formátumba exportálható a File >> Export >> Measurement as text menüponttal.

Mi folyik odalent?

Egy olvasói visszajelzés miatt nem hagyott nyugodni az emelkedés amit a szubtartományban ő is és én is mértem. Megmértem a Primairt az UCA202-vel és a HTPC alaplapi Realtek ALC887-esével:

A jelmagyarázat elrejtéséhez kattints a grafikonon

Türelem, készül a diagram...

A Primair impedancia menete

A Realtekes mérés teljesen pontosnak tűnik a legalsó tartományban is, a legalacsonyabb mérési ponton (0,366 Hz) kerek 8 Ω-ot mér, amiből a mélyközép előtt lévő tekercs 0,5 Ω-os ellenállását levonva a teljesen hihető 7,5 Ω Rdc jön ki. 30 Hz alatt az UCA202 teljesen használhatatlan, itt a legkisebb mért ellenállás ugyanezen a frekvencián 116 Ω.

Mindent összevetve nem az UCA202 a legjobb választás a feladatra. :( A célra érdemes jobb minőségű, alacsony kimeneti impedanciájú fejhallgató erősítővel rendelkező külső kártyát vásárolni (jó kérdés, hogy melyik ilyen). A helyzet azért nem tragikus, 30 Hz felett nincs igazán jelentős eltérés, hangváltó tervezéshez így is elég jók az UCA202-vel készített mérések.

Ha a hordozhatóság nem szempont, érdemes próbát tenni akár az alaplapi hangkártyával is, úgy látszik egész használhatóakat készítenek manapság. A Realtekes mérést az előlapi mikrofonbemenettel mértem (a hátlapi vonalbemenethez kicsit macerás hozzáférni), a vezérlőpultban 0 dB-re állított mikrofon erősítéssel és 50-es jelszinttel. Így egyébként gyanúsan úgy viselkedett, mint egy normál vonalbemenet (zajszint -85 dB körül).

Szűrés