Измеряем коэффициент гармоник осциллографом посредством FFT
2024 ж. 3 Ақп.
5 394 Рет қаралды
Показано, как осциллографом (но не каждым), имеющим FFT можно провести оценочный замер коэффициента гармоник звукового сигнала.
Показано, как осциллографом (но не каждым), имеющим FFT можно провести оценочный замер коэффициента гармоник звукового сигнала.
Цель ролика - показать, как можно с помощью осциллографа, имеющего математическую функцию FFT (быстрое преобразование Фурье) произвести количественную оценку коэффициента гармоник синусоиды и не важно на чём - на усилителе НЧ сигналов, на выходах генераторов и т.п.. Это первое. И второе - показать, что нижний уровень измерений ограничивается уровнем собственных шумов осциллографа и находится для конкретного экземпляра на уровне примерно -52 Дб. Т.е. он может "видеть" в режиме FFT искажения синусоидального сигнала большие, чем 0,25%. Установил опытным путем. Это главное. В опыте участвуют два генератора, один FY6900 с коэффициентом гармоник 0,007% и второй, для контраста - внутренний от осциллографа SigPeak 2512G с коэффициентом гармоник 2,39% Можно было обойтись и без усилителя. Но с усилителем - ближе к реальным условиям. Усилитель здесь мы не ремонтируем и не исследуем, он просто инструмент для проведения опытов.
Спасибо- полезно в любом случае.
Теперь ждем обзор самодельного генератора. Обзор, замер, схемотехника.
Если это будет интересно еще кому-нибудь, то придется пойти навстречу пожеланиям подписчиков и посетителей канала.
@@user-dn9tb3ol8f я думаю это актуально и видео с обзором самодельного генератора должно стрельнуть. Когда-то я тоже себе собирал ГЗЧ на мосту Вина, потом подарил его и купил себе китайский бюджетный генератор. Удобно да, цифровой до 30 МГц, два канала, но качество сигналя оставляет желать лучшего.
@@user-dn9tb3ol8f интересно! Тоже хотел написать, но опередили.
@@user-uc3uz1qb4q Именно! С мостом Вина. Сделаю обзор. Но сначала сделаю небольшой обзор по самодельному ESR-метру. Потребуется помощь клуба знатоков 😄Присоединяйтесь!
@@user-dn9tb3ol8f Хорошо, присоединяюсь
Спасибо, очень полезное видео! (я вам хочу посоветовать - вы возьмите за основу, что свои видео вы ВСЕГДА, в случае неудачного момента, СМОЖЕТЕ ИСПРАВИТЬ в редакторе! тогда вы НЕ БУДЕТЕ так волноваться во время съемки. Возьмите за основу писать видео непрерывно, но разделенными частями и НЕ ПЕРЕЖИВАЙТЕ если гдето чтото нетак сказали - тутже не останавливая запись переговаривайте дубль, а затем на монтаже СПЕЦИАЛЬНО делайте обрезки каждого эпизода, тогда все привыкнут к такому стилю и если вдруг у вас возникнет момент где дубль пришлось переписать и вклейка не будет так отвлекать зрителя! так все делают и вам тоже будет легче и ненапрягаясь вести съемку)
Попали в точку. Огромная благодарность! У меня ещё очень мало опыта в этом деле. Хороший совет!
@@user-dn9tb3ol8f ничего страшного! каждый блогер через это прошел! у когото подсмотрел, ктото посоветовал! если канал полезный то и благодарных зрителей должно быть больше!
Главное знать меру. Попадаются видео, где каждые несколько секунд - склейка, и такое смотреть невозможно, слишком действует на нервы. А вот когда в случае ошибки накладывают на видео текстовый комментарий - такое смотрится очень по-человечески.
@@hamper3049 ну "воду" надо вырезать. затянутые видео недосматриваются. а склейку надо делать, это уже норма на ютубе. а вот поверх писать исправление это уже напрягает. такое можно делать уже на обработке, когда переснимать уже некогда или не счем, а если начал говорить и сбился проще тутже сделать паузу, вставить для себя какойто маркер словом и тутже повторить эпизод.
@@niknam. да, всё так. И склейки, разумеется, это не какое-то абсолютное зло. Просто во всём нужно знать меру.
Лайк за олдскульные графики от руки 👍
Без миллиметровки не считается.
@@redtex 👌
Очень интересное видео! Спасибо!
А что это за чудесный генератор из 80-х? Можно об его устройстве подробнее рассказать когда-нибудь, когда будет такая возможность?
Вижу, что интерес есть - запилю обзорчик.
-34,6 дБ соответствует уровню второй гармоники 1,86% [формула 100*10степень(-34,6/20)]. По всей видимости значение 0,251% осталось от предыдущего вычисления, программа не сработала. Различия с ноутбуком могут объясняться тем, что по осциллографу была взята только вторая гармоника, а программа в ноутбуке учла вторую, третью и другие гармоники. Но даже в этом случае 2,4% нельзя называть истинным значением. Можно назвать это более точным значением. К сожалению, в природе не существует средств измерений, которые способны показывать истинные значения. Всегда есть погрешность измерений или более правильно - неопределённость измерений. Я никогда раньше не пользовался такой функцией осциллографа (FFT) и для меня это было весьма поучительно. Теперь я знаю, что гармоники от 1% и выше вполне можно оценивать таким способом.
Здравствуйте! По поводу рассматривания возбуждения на краю синусоиды. Не пользовался С1-99, про который говорите. Но в таком режиме у ригола действительно минус в том, что он цифровой и всего 8 бит уровня сигнала. Зачем вы его используете как аналоговый показометр в режиме постоянного обновления сигнала? Но вы можете воспользоваться его цифровыми преимуществами. А именно памятью. Можно растянуть сигнал по вертикали сделав фокус на нижней части, а верхняя часть пусть уходит в небеса, по горизонтали можно поместить несколько периодов, главное чтобы триггер сработал. И потом выбрать максимальную память 24МБ (или по ситуации). Потом нажать или через одиночный запуск захватить картинку. Дальше можно растягивать по горизонтали сколько угодно и по вертикали тоже хватит диапазона, чтобы увеличить эти возбуды и измерить их параметры курсорами. Второй способ. Можно увеличить нижнюю часть сигнала почти на весь экран. также половить одиночным триггером или даже настроить триггер на нужный период сигнала. если там несколько МГц, то период можно поставить меньше 1Мкс. Покопайтесь в меню триггера.
Благодарю за совет. Но пробовал по разному, в том числе и используя цифровые преимущества осциллографа. Под небеса поднять усиление не получается. Пробовал. С памятью тоже. С триггером все фишки тоже знаю. Еще поэкспериментирую. Вы не обратили внимание на то, что этот возбуд быстро проходит с прогревом, что осложняет процедуру исследования. Полагаю, что и 8 бит здесь играют не последнюю роль. Самое главное - низкая возможность сходу наглядно засечь этот дефект, по сравнению с аналоговым прибором.
Очень интересные эксперименты, не всегда пишу, не люблю клавиатуру, пытаюсь понять то что должен был понять в военном училище связи, но..., у меня просьба не подскажете где скачать программу для измерения гармоник, и важно чтобы была внешняя звуковая карта.
Желательно внешнюю звуковую карту с линейным входом. Программу можно взять бесплатную RMAA.
@@user-dn9tb3ol8f спасибо, а ссылки нет, а то могу ошибиться
Visual Analyzer, Arta, SpectraLab. RMAA - бездарный автоматический "измеритель"для чайников, не позволяющий посмотреть спектр в реальном времени.
@@REFLAR_LAB с этим не поспоришь. Но одна бесплатная, а другая стоит диких денег
Чтоб лучше рассмотреть высокочастотные колебания на риголе, надо выбрать в меню минимальный объем памяти и увеличить яркость луча на максимум. Еще очень хорошо помогает кнопка Stop
К сожалению, из-за малой амплитуды паразитных колебаний, да еще и быстроисчезающих с прогревом, никакие ухищрения мне не помоги. Пробовал разное. Честно, я бы их и не заметил, если бы не моя пометка на микрухе, что она подвержена подвозбуду. Его я увидел на старом аналоговом C1-99. Из партии в 22 микрухи только две имели такой подвозбуд. Он еще сильно зависил от выходного сопротивления источника сигнала. Но это уже другая тема😄
А кто вам мешает замерить основной сигнал,. потом каждую гармонику до 7 или 9. По формуле рассчитайте.
Можно, но долго и не всегда возможно. Уровень гармоник нечетко выражен и находится на уровне шумов осциллографа и ниже. Разве это не видно на спектрограмме? И только во втором случае вторая гармоника четко видна. Но это уже запитка усилителя от генератора, встроенного в малый осциллограф SigPeak. А он имеет коэф. гармоник 2,4% Первый же генератор - 0,007% Это вам не меандр, гармоник не увидишь, тонут в шумах осциллографа.
Разрядность вашего осциллографа 8 бит. Разрядность вашего ацп на компьютере 16 или 24 бит (АЦП компа на частотах до 22050 точнее АЦП осциллографа). Полагаю поэтому у вас и погрешность в ту и иную сторону по коэффициенту гармоник. Для объективности можете урезать разрешающую способность АЦП компа до 8 бит и сравнить измерения. Они должны быть в таком случае максимально близки. И понятно, что для частоты до 22050 Гц. На более высоких частотах только вашим методом и осциллографом.
Благодарю, интересная мысль. Проверю. Но полагаю, что дело не столько в разрядности, сколько в уровне собственных шумов карты или осцила.
@@user-dn9tb3ol8f шумы играют роль, не спорю. Но 2-я и 3-я гармоники шумами не задавлена. Ошибка в расчётах связана вот с чем. 2^8(bit)=256 значений(квантований) при оценки амплитуды уровня сигнала по вертикали. А 2^16(bit)=65536 значений. Для наглядности пример. Устанавливаем чувствительность аттенюатора осциллографа 10в на деление. У нас по вертикали на экране 8 клеток, значит для оценки уровня сигнала, размах напряжения не должен превысить 80в (пик ту пик) для примера мы их и подадим на вход. 80/256=0.3125v шаг измерения напряжения, если в процентах то точность ацп 8 битного осциллографа равна 0.3125%. Теперь для 16 битного ацп. 80/65536=0.0012207031v в процентах соответственно 0.0012207031% то же значение. Поэтому на 8 битных осциллографах невозможно детально рассмотреть слабые сигналы (подвозбуды) на синусоиде примерно 40в (пик то пик) что равно 20в амплитудного значения. 10, 12, 14, 16 битные осциллографы имеют неадекватно высокую стоимость. Недостаток разрядности приведет к следующим недостаткам в зависимости от алгоритмов работы ацп. Сигнал в виде иглы(всплеск) к примеру от 0.0001в до 0.3124в на данных пределах измерения будет показан только величиной 0.3125в или проигнорирован вовсе! Что ещё важно добавить! Измерения проводите одним и тем же пробником (щупом осциллографа), подавайте сигнал с гератора на звуковуху компа этим же щупом осциллографа, т.к. даже в режиме 1:1 щуп осциллографа имеет встроенный защитный резистор в районе 100 Ом проверьте! Это тоже приведёт к разным показаниям! Если сигнал с гены будете подавать по аудио кабелю.
@@user-gx9ln9ge1l очень похоже на истину. Опытным путем я установил, что порог замера гармоник осцилом примерно 0,3%, что согласуется с вашими доводами. Благодарю за дельное разъяснение.
Цифровые тоже прекрасно могут. Могут все с большой памятью записи и достаточной частотой дискретизации, а с малым объемом ~ десятки кбайт не могут. Этот тоже может, только надо включить режим с Авто на максимум памяти (24Мб) и максимальную частоту дискретизации. И всё будет почти как на аналоговом.) У самого такой есть. Всплески на мегагерцах прекрасно видно. Запоминающий же, записал хоть однократный цикл и рассматривай сколько угодно.) Лишь настройка по умолчанию Авто размера памяти не дает такое посмотреть.
Интересно. Посмотрю.
В моем случае - слабовато, не видно ничего. Слишком мала амплитуда паразитных ВЧ-колебаний да и исчезают они быстро с прогревом усилителя.
Аналогично раньше пытался поворачивать такие фокусы по fft с осциллографом, но давольно быстро понял, что это все полная ерунда. Только если прям одним глазком глянуть что там с сигналом при настройке усилителя, а потом уже измерять по комплексу Шмелева. По началу тоже очень интересовала данная функция, но применения не нашла.
Согласен на все 100%. Я везде подчеркивал, что это оценочный замер. Т.е. быстрый и не очень точный. Мало того - минимальный уровень, примерно от 0,3% . Но если нет под рукой других инструментов, то очень даже сгодится.
Сильно зависит от того, сколько сэплов берёт осциллограф для расчёта FFT. Аппарат с двумя мегасэмплами для FFT, да с правильным окном, чтобы минимизировать ошибку по амплитуде, да с хорошим усреднением - даст достаточно точные измерения минимум 7-9 гармоник до уровня -110dB. Тогда можно будет оценить THD с точностью примерно трёх знаков.
@@kiryllrepchin7311 Остается только мечтать о таких возможностях осциллографа.
@@user-dn9tb3ol8f А чего мечтать - пошёл и купил. сиглент SDS2000X+ не сильно дорогой, умеет в 10 бит режим для полосы до 100MHz, и имеет хоть и медлнноватый расчёт FFT, зато офигенно детальный
@@user-dn9tb3ol8f Все недорогие осциллографы, даже если имеют 1 М памяти, считают БПФ по 2048 точкам, и получают 1024 отсчета частоты. Нужны осциллографы, которые считают БПФ, например, по 1 М точек. На сегодня самые дешевые осциллографы с БПФ 1М - это АКИП-4131/1_/2 (Siglent SDS1000X-E), АКИП-4131/1А_/2А (Siglent SDS2000X-E), GDS-71000B (GW Instek GDS-1000B). Но Вы напрасно скромничаете, когда включаете Mode в режим Trace, то получаете 16к точек БПФ, что уже неплохо.
У меня на канале - электроника по чесноку - есть видео - усилитель устойчивость возбуждение качество звука - где подробно о том как выявить и устранить любой под возбуд усилителя. На канале мало видео найдете легко.
Спасибо, загляну!
Для таких измерений нужен ЦО или ПСД с АЦП 14-16 бит.
а, что это за райгол такой обрубленый? я такого еще не видел. у меня их несколько все 4 канала...
Бывает.
Возбуд усилителя увидеть очень просто меандр 100кгц.
Благодарю, надо попробовать
@@user-dn9tb3ol8f у меня на канале - электроника по чесноку - есть видео где очень подробно об этом - усилитель устойчивость частотная коррекция качество звука- как то так называется там мало видео найдёте легко.
@@user-dn9tb3ol8f у меня на канале - электроника по чесноку - есть видео - усилитель устойчивость возбуждение качество звука - где подробно об этом.
@@user-dn9tb3ol8f У меня на канале - электроника по чесноку - есть видео где подробно об этом.
а вы цифровым зумом это не увидите. он же работает с той низкой дискретизацией которая идет на нч развертке. попробуйте с нормальным щупом и на высокой скорости посмотреть без зума. Так можно попытаться увидеть максимум деталей в сигнале.
Благодарю за совет. Пробовал вроде по всякому. Пока не получилось. Этот подвозбуд очень неустойчив, с подогревом быстро исчезает и ещё зависит от выходного сопротивления каскада, которого подаю сигнал. При низком сопротивлении он практически не возникает. Короче много нюансов.
@@user-dn9tb3ol8f надо схему смотреть. если на входе унч стоит r-c цепочка на землю то возбуд может возникнуть при определенных положениях регулятора громкости на входе.
@@dummyload5648 Это все понятно. Но здесь все проще - бракованная микруха. Из партии в 22 шт - 2 возбуждаются. Покупал в разное время в разных местах. Так, что здесь все нормально.
Вывод: измерять КНИ осциллографом - гиблое дело, тем более 8-битным.
Ну смотря какой диапазон коэффициента гармоник.
Для частот до 100кгц существут звукоаые карты , компьютор с соответствующим софтом. Результат в десятки раз будет лучше. Для ВЧ тоже не годится. Вывод - баловство все это , разводилово и маркетинг .
Замечательно, клянусь! Видео, то хоть смотрели? Карты до 100 кГц не работают.
@@user-dn9tb3ol8f А ну да. до 96кГц😃Каков ДД вашего осцилоскопа FFT. И его тормрознутое железо для вычислений ? Нижний предел 2мв или больше ? А уровень собственных шумов осцилографа ?И еще совет в конце системы использовать проволочный реостат, а не гирлянду резисторов -наводки гарантированы. Можно конечно прспособится и к такого рода измерениям применяя режекторные фильтры. Если вы конечно понимаете о чем я и как из применить.😀. Только вот если их же использовать в связке м компом и зуковой картой......... . И да хорошая звуковая карта вполне доступна за вменяемые деньги .
@@kaskod1730 А вы не путаете частоту дискретизации звуковой карты с её полосой пропускания? Звук вообще-то это 20Гц - 20 кГц, примерно, но не 100😄
Видео гляньте 20:30, прежде, чем рассуждать.
@@user-dn9tb3ol8f Как у вас все запущено. а 24 бит 192 кГц вам о чем то говорят ?
Как я люблю домашние лаборатории. И с первых минут автор заявляет, что гармонические искажения он замериет в лёгкую с помощью компьютера и умной программы. И даже опуская массу неточностей, но самое интересное далее... измеряем гармоники через ПЕРЕМЕННЫЙ резистор. Вы серьёзно? При точности звукового интерфейса 0.0004% гармонических искажений, всё делаете на зажимах хз каких кабелях ( дай бог чтобы экранированных, хотя бы раз) и измеряете "точно" гармонические искажения?! По-чему то мне думается, что там даже длинна провода может повлиять на измерения. Что такое наводки и какие наводки там есть изначально автор не померил, не при измерении осцилом вообще ни как.... далее даже писать и смотреть видео смысла не вижу... как я люблю домашние лаборатории.... P.S. А вообще не плохой вариант ориентироваться по тех документации микросхемы.
Не стал вас обременять такими подробностями. Кабели при измерениях действительно имеют большое значение, как и их длина. Насчет экранов, полагаю все в курсе. Это было лишнее с вашей стороны. Кабель закачивается действительно кусочками не экранированных проводов с крокодилами. А потенциометр - куда же без него. Если подробнее, то измерительная цепь состоит из переменника в 200 Ом и постоянного резистора в 1,2к, которые соединены между собой последовательно, а вместе - параллельно сопротивлению нагрузки усилителя в 7,5 Ом. Здесь видно, что вход звуковой карты сильно зашунтирован выходным сопротивлением измерительной цепочки. Отсюда делаем выводы по помехам и наводкам - они очень малы по сравнению с величиной действующего сигнала. Исходное значение гармоник генератора я указал в файле, прикрепленном в шапке комментов, он составляет 0,007% у одного из генераторов. Виноват, не показал уровень гармоник на входе усилителя. Но я его померял - 0, 007%. Уровни сигналов видны на экранах и частота - 1кГц. Не думаю, что при таких уровнях сигнала на конечной оценке гармоник сильно скажется и переменный резистор и кусочки не экранированных проводов по 12 см. Цель - оценочный замер, а не научные изыскания с претензией на точность. И это действительно не палата мер и весов. Здесь радиолюбители😄. Насчет "точно" - все в этом мире относительно. Так, что не надо по этому поводу изголяться. "А вообще не плохой вариант ориентироваться по тех документации микросхемы." - мысль хорошая, в результате опыта я и получил с 0,007% на входе - 0,012% на выходе по звуковой карте и 0,25% - по осциллографу. С бОльшего и с учетом ограничений - коррелирует. Я показал лишь, как это делать и ограничения осциллографа в этом деле. Подобных роликов на ютубе похоже не густо. По делу есть, что сказать или показать? Будем рады. В любом случае, благодарю за отзыв.