Misure col PC: ce l'ho fatta

Messaggio da **Giaime** » 01 lug 2006, 23:48

Ciao a tutti!

Finalmente, essendo io quasi in vacanza, ho avuto un pomeriggio libero per mettere su l'accrocchio per usare il PC come oscilloscopio e FFT.

Nel PC ho una SoundBlaster Live! piuttosto vecchiotta, che dispone on-board di una entrata "Aux". A questa ci ho collegato tramite qualche centimetro di RG58 un potenziometro da 100k, per settare il livello (ed evitare che si saturi l'ingresso), prima ancora una R da 1k (una sorta di protezione, nel caso di problemi) e prima ancora una presa jack mono da pannello, tutto questo avvitato sul frontale del PC.
Alla presa jack viene collegato un cavo (sempre 58) jack-BNC, che termina con una T, la quale mi permette di monitorare con l'oscilloscopio "reale" cosa entra dentro l'oscilloscopio "virtuale".

(nota: perchè la presa jack da 6.35? perchè voglio usarla anche per registrare con la chitarra, perciò questa scelta).

Ho fatto, tanto per vedere come si fa, qualche misura sul PP di EL36 che ho in fase di "prototipo". Spero nessuno si offenda se consumo un po' di spazio web su AudioFaiDaTe allegando qualche gif.

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Questa è l'onda quadra a 1khz, circa 1W, senza nfb.

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Questo lo spettro del segnale all'uscita dell'ampli (ovviamente c'è un carico fittizio), circa 1W, senza nfb globale.

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Diciamo che ho scelto 7W circa come "massima potenza", ossia mi sono fermato dove il THD è circa il 2% e la sinusoide inizia a comprimersi sui picchi. Sempre senza nfb globale.

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Questo lo spettro e il THD per 1W con circa 4dB di nfb globale.

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E questo come sopra, lo spettro al 2% di THD. La potenza d'uscita è salita a circa 8W, sempre con nfb.

I valori di potenza sono un po' bassini perchè il TA di cui dispongo adesso non ce la fa a darmi i 300V di B+ sotto carico, nell'ampli definitivo dovremmo essere sui 10-11W.

Che ne dite?

ah a proposito, il rumore di fondo della scheda audio è di circa -120dB, e ho misurato il 0.04% di THD al massimo livello di entrata.

Saluti termoionici
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Giaime Ugliano

http://giaime.altervista.org

Messaggio da **drpaolo** » 02 lug 2006, 03:31

Giaime, scusami se mi intrometto, ma non ti fidare del software FFT a scatola chiusa (te lo dico perchè ho una qualche esperienza).

Innanzitutto la tua scheda audio non ha un livello di rumore di -120 dB, ma può arrivare al massimo a -90/92 dB, pesato A (ed è già un ottimo risultato), con 85/87 dB di dinamica.

Poi ti vorrei chiedere un'altra cosa: quale finestra di filtro stai usando ? (Hamming, Hanning, Rettangolare) ? Perchè se non usi una finestra di filtraggio adeguata, il risultato della FFT, su un campione che è per forza di cose limitato, sarà errato.

Una terza cosa: il dato di distorsione. Non ti fidare di quanto vedi, perchè se i livelli che leggo sui tuoi grafici sono quelli corretti (ad es. nella finestra che ti dà il 2% di distorsione) il livello di distorsione, calcolato con la buona vecchia formula, è all'incirca del 7% e non del 2%

Sull'ingresso leva il potenziometro da 100 K, che mi pare eccessivo e lascia solo il resistore da 1KOhm, con due diodi di protezione a bassissima capacità.

Scusa se ti dico queste cose, non per levarti l'entusiasmo, ma perchè queste metodiche di misura "moderne", con la FFT implementata su schede audio, sono spesso colossali "ciofeche" , anche se un tipo di misura qualitativa e non quantitativa te la danno.

Saluti.

Paolo Caviglia

Messaggio da **tonino60** » 02 lug 2006, 04:57

Secondo me è piu' pratico e sicuro usare un buon distorsometro.Se ne trovano a buon prezzo usati...

Messaggio da **Giaime** » 02 lug 2006, 05:08

Giustissimo Paolo quanto dici specialmente sulla THD: di fatto mi pare assurdo che mi segna il 5% quando oramai l'onda è praticamente quadra :o c'è modo di "correggere"?

Il potenziometro non lo posso levare, come attenuo il segnale? In ogni caso metterò dei diodi per limitare.

Non ti so rispondere per quanto riguarda il filtro, dovrò spulciare tra le opzioni di Virtual Analyzer.

Per Tonino e eventualmente altri, appena mi scovate un distorsimetro per 20 euro fatemi un fischio

Saluti termoionici
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Giaime Ugliano

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Messaggio da **MBaudino** » 03 lug 2006, 16:52

Poi ti vorrei chiedere un'altra cosa: quale finestra di filtro stai usando ? (Hamming, Hanning, Rettangolare) ? Perchè se non usi una finestra di filtraggio adeguata, il risultato della FFT, su un campione che è per forza di cose limitato, sarà errato.

Bell' osservazione. Mi sorge spontanea la domanda: quale finestra è opportuno usare e (se possibile) perchè? :p
Il sw che utilizzo con una scheda M-Audio USB Audiophile è Audiotester (www.audiotester.de) Prevede le seguenti finestre:
nessuna
Hamming
Van Hann
Blackman
Bla/Harris
Flat Top
Rife-Vinc 1
Rife-Vinc 2
Rife-Vinc 3
con scelta dai 64 p.ti ai 32769 p.ti
Di norma uso la Hamming, mediando su un numero relativamente elevato di acquisizioni (20-50).
Fra un tipo di finestra ed un' altra, per segnali sinusoidali non ho però mai notato hrosse differenze sui risultati: cambia la forma dei picchi e della linea di base, ma i numeri mi sembrano abbastanza costanti al variare della finestra (sempre per segnali sinusoidali): diciamo però che ai miei fini 1,6% di 2° o 1,5 o 1,8% cambia anche poco.
Ciao
Mauro

Messaggio da **clane** » 03 lug 2006, 17:10

Ciao a tutti,
per quel che ne so', se devi misurare una risposta in frequenza la miglior risoluzione la da' la finestratura rettangolare (uniform); la flat top la usi con l'opzione peak-hold per misurare la risposta in frequenza via analizzatore di spettro usando uno sweep in frequenza.
Per le altre misure si usa la Hanning, che è un buon compromesso tra risoluzione e reiezione al "sidelobe leakage" (perdite che sporcano il grafico, credo).
La parola ai piu' esperti di me!

Ciao,
Claudio

www.claudionegro.com

Messaggio da **rlorello** » 04 lug 2006, 04:11

per quel che ne so', se devi misurare una risposta in frequenza la miglior risoluzione la da' la finestratura rettangolare (uniform); la flat top la usi con l'opzione peak-hold per misurare la risposta in frequenza via analizzatore di spettro usando uno sweep in frequenza.
Per le altre misure si usa la Hanning, che è un buon compromesso tra risoluzione e reiezione al "sidelobe leakage" (perdite che sporcano il grafico, credo).
La parola ai piu' esperti di me!

Sono un pò arrugginito sulla materia, ma provo a dare un contributo.

Consideriamo la finestra di campioni su cui viene eseguita la FFT. In pratica il segnale viene assunto come periodico ed è come se i campioni fossero ripetuti in sequenza infinite volte. Tutto bene se un segnale è periodico e il suo periodo è un sottomultiplo della frequenza con cui lo stiamo campionando. Se così non è, succede che l'analisi FFT mostra dei lobi o picchi che in realtà il segnale non ha. Applicando una pesatura ai campioni, si riduce questo fenomeno dei lobi spuri (il "sidelobe leakage" di cui sopra) , ma si introducono delle alterazioni della risposta in sequenza. La pesatra di Hanning è quella che di solito fornisce il migior compromesso, le altre sono più o meno sbilanciate tra riduzione dei lobi e miglior risposta in frequenza.

Per fare delle misure di distorsione accurate sarebbe bene che i segnali sinusoidali fossero generati in sincrono con il campionamento di acquisizione, cosa che avviene ad esempio con una Clio.

--
Raffaele

Messaggio da **Giaime** » 04 lug 2006, 04:52

Mi pare che si possa fare una sincronizzazione con Visual Analyzer, proverò a vedere.

Nel frattempo, qualcuno ha qualche altro programma freeware da consigliarmi?

Saluti termoionici
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Giaime Ugliano

http://giaime.altervista.org

Messaggio da **drpaolo** » 04 lug 2006, 13:22

La trasformata di Fourier (FT) "funziona" su un campione di lunghezza infinita; se si è costretti a lavorare in un intervallo finito, si deve usare la DTF (Discrete Fourier Transform), che viene applicata al prodotto tra il valore dei campioni e una finestra di "filtro".

La trasformata discreta di Fourier crea però una serie di lobi laterali alla frequenza misurata (il già citato leakage) che, ovviamente, disturbano la misura delle frequenze vicine.

Il compromesso da ottenersi è una buona "dinamica" (capacità di discernere una frequenza a basso livello vicino ad una ad alto livello) e una buona "sensibilità", cioè la capacità di discernere una componente armonica a basso livello dal rumore di fondo, nonostante la presenza dei lobi.

La finestra di Hanning è un compromesso tra le due richieste ed è consigliabile (secondo me) usarla per le misure di distorsione armonica. La finestra rettangolare, come già consigliato da Claudio, è preferibile per misure di risposta in frequenza.

L'applicazione di una determinata finestra incide, ovviamente, sulla risposta in banda dell'analizzatore, come pure la misura di frequenze il cui periodo non è un esatto multiplo della frequenza di campionamento (come ha fatto notare Raffaele) incide sull'accuratezza (ho detto accuratezza, non precisione !) della misura del valore di tensione o potenza.

L'ulteriore problema che si evidenzia è che, a certe frequenze il valore della componente armonica viene annullato (si veda la misura di Giaime, con -125 dB di livello - praticamente zero - a 19 KHz).
In un'analisi effettuata su una funzione continua, infinita , con la Trasformata di Fourier, questo potrebbe essere corretto, ma in un circuito che ha un rumore di fondo, anche cospicuo, è assurdo che il valore calcolato sia di oltre 30 dB inferiore al minimo rumore di fondo della scheda di misura utilizzata.

Se fosse veramente possibile realizzare un buon sistema FFT incentrato su PC, non si capirebbe perchè sul mercato esistano ancora gli analizzatori Audio Precision AP1, usati, venduti ad almeno 2000 Euro a pezzo.

E' da circa 18 anni che non mi occupo più di queste cose, per cui scusate l'approssimazione; spero di essere stato chiaro, però.

Per fare delle misure di distorsione accurate sarebbe bene che i segnali sinusoidali fossero generati in sincrono con il campionamento di acquisizione, cosa che avviene ad esempio con una Clio.

Questa metodica di misura non implica necessariamente l'uso di un algoritmo DFT, ma può essere realizzata, in maniera molto più accurata con una circuitazione eterodina o "sincrodina" (cfr. Marcus Scroggie - Wireless World).

Il segnale da eterodinare viene inviato ad un moltiplicatore analogico, al cui secondo ingresso viene inviato il segnale di eterodinaggio, a frequenza fissa o variabile. Un filtro passabasso a banda stretta (0-2 Hz o 0-10 Hz) provvede a lasciar passare solo la componente armonica individuata.

Questo è un bel progetto da sviluppare, ora che esistono generatori di segnale sweppato a bassima distorsione (anche su PC) ed operazionali a zero offset.

Per Tonino e eventualmente altri, appena mi scovate un distorsimetro per 20 euro fatemi un fischio

Facendogli la posta con tanta pazienza io ho comprato, su eBay, un analizzatore d'onda HP 331A in buono stato, a 30 Euro, comprese le spese di spedizione.

Il potenziometro non lo posso levare, come attenuo il segnale?

Con l'attenuatore perogrammabile della scheda audio !

Nel frattempo, qualcuno ha qualche altro programma freeware da consigliarmi?

Un buon software, sviluppato in maniera adeguata, era il FFT di Paolo Mattei, presentato su Costruire HiFi molti anni fa.; esso funzionava sulle Sound Blaster. Non so se sia compatibile con il tuo modello.

Saluti.

Paolo Caviglia

Messaggio da **MBaudino** » 04 lug 2006, 13:32

Con l'attenuatore perogrammabile della scheda audio !

Le schede accettano 1-2Vrms max in ingresso, poi iniziano i possibili guai fisici alla scheda. Si può proteggere con diodi, come mi avevate suggerito in un vecchio post ( mi pare Vexator) ma i segnali sopra i 2 Vrms vanno comunque attenuati.
Può essere una buona idea un attenuatore compensato (per risposta alla quadra, tipo oscilloscopio)????
Mauro

Messaggio da **MBaudino** » 04 lug 2006, 14:14

incide sull'accuratezza ...L'ulteriore problema che si evidenzia è che, a certe frequenze il valore della componente armonica viene annullato ...Se fosse veramente possibile realizzare un buon sistema FFT incentrato su PC, .....
Per fare delle misure di distorsione accurate sarebbe bene che i segnali sinusoidali fossero generati in sincrono con il campionamento di acquisizione, ......... ma può essere realizzata, in maniera molto più accurata con una circuitazione eterodina o "sincrodina" (

.Paolo Caviglia

Originariamente inviato da drpaolo - 04/07/2006 : 08:22:56

Ho un vecchio distorsiometro eterodina a cui sono affezionato ma è lentissimo....
Tornando alle schede audio, che cosa possiamo aspettarci dal loro uso, tenendo conto che:
- le schede su MB e quelle economiche sono penose, ma quelle ''prosumer'' fanno quanto dichiarato (perlomeno con il test di RMMA)
- ovviamente le armoniche sopra i 18-20 Khz non esistono, e bisogna tenerne conto
- le esigenze dell' hobbista medio sono quelle di vedere come varia la distorsione al crescere del segnale e/o variando la polarizzazione (o cose analoghe). Parlando di tubi siamo comunque su valori alti, anche nei pre è difficile essere sotto lo 0,1%.

Se misuro le armoniche di una sinusoide prodotta dalla stessa scheda (a 1000 Hz, bassa distorsione, in sincrono), a 1Vrms in uscita dello stadio sotto misura, se la scheda è buona o decorosa, medio il risultato su 30 letture, non ho loop di massa o rumori vari e leggo che la seconda armonica è a -47dB, cosa mi potrei attendere come ''incertezza'':
+- 1dB (stupendo), :p
+- 2dB (accettabile),

+- 5 dB (male),

+- 10 dB (meglio andare a prendersi un aperitivo).

???????????????

Ovviamente a spanne, riesci (riuscite) a darmi un indicazione? Giusto per capire se quelli ottenuti con le schede audio sono numeri del lotto o hanno una qualche attinenza con la ''verità''

L' anno scorso avevo fatto qualche misura di confronto con il distorsiometro, ma non avevo ottenuto risultati strani ( a parte la banda limitata a 20 KHz), però non avevo approfondito troppo.

Mauro

Messaggio da **drpaolo** » 04 lug 2006, 14:52

Ovviamente a spanne, riesci (riuscite) a darmi un indicazione? Giusto per capire se quelli ottenuti con le schede audio sono numeri del lotto o hanno una qualche attinenza con la ''verità''

E chi lo sa ? Se si considera la misura presentata da Giaime, l'errore è inaccettabile (valore dichiarato pari al 30% del valore calcolato in base ai livelli relativi delle singole componenti armoniche).

I software FFT che girano non sono -spesso- molto attendibili. Errori simili a quelli di Giaime li ho ottenuti anch'io con un software italiano che va per la maggiore, usando una buona scheda Terratec ed una SoundBlaster 16 (che si comportava peraltro benissimo con il programma di Paolo Mattei).

In realtà per l'hobbista questo non conta (a patto di usare sempre la stessa configurazione e la stessa frequenza per tutte le misure), a meno che non si pretenda di dare dei valori assoluti . La limitazione della banda di frequenza (15 KHz per RightMark, assai realistica) può essere comunque un problema (vedi misure su amplificatori in classe D).

Saluti.

Paolo Caviglia

Messaggio da **Giaime** » 04 lug 2006, 15:49

Il potenziometro non lo posso levare, come attenuo il segnale?
Con l'attenuatore perogrammabile della scheda audio !

Originally posted by drpaolo - 04/07/2006 : 08:22:56

Non si può! L'attenuatore "software" lavora nel dominio digitale, e se il segnale in ingresso sta già clippando l'ADC, c'è poco da attenuare, mi attenuerà un onda quadra. Magari è inesatto quello che dico poichè non me ne intendo di schede audio, però ti assicuro che succede così almeno nella mia, ho provato.

E Virtins? Vexator mi pare lo usi con ottimi risultati...

Saluti termoionici
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Giaime Ugliano

http://giaime.altervista.org

Messaggio da **MBaudino** » 04 lug 2006, 15:57

Vado a recuperare il distorsiometro da uno dei tanti depositi dove ho sparso le mie cose.
Per il fine settimana provo a fare un serio confronto fra i due, e poi posto i risultati.

Condizioni di prova:

ampli in prova: 1 monotransistor ed 1 transistor tradizionale
scheda M-Audio Audiophile USB
F= 1000 Hz
1V rms out su 8 ohm
finestra Hamming
16384 punti FFT ( o altri secondo vostra indicazione, ma <32768)
Software: Audiotester -demo

Posso fare il confronto anche con un oscilloscopio/FFT su porta parallela 8 bit (Handy Probe Tie Pie)

Altri consigli o vincoli per la prova, giusto perchè abbia un significato condiviso?????
Mauro

Messaggio da **clane** » 04 lug 2006, 16:37

Condizioni di prova:
......
finestra Hamming
.........

Originariamente inviato da MBaudino - 04/07/2006 : 10:57:48

Non sarebbe meglio usare la HaNNing?

Ciao,
Claudio

www.claudionegro.com

Messaggio da **MBaudino** » 04 lug 2006, 16:59

Non sarebbe meglio usare la HaNNing?

Mi ero accorto già dal primo post della differenza... ma Adiotester la chiama HaMMing. Ho verificato prima di riscrivere per l' ennesima volta HaMMing, pensavo sbagliaste voi
Presumo a questo punto che sia giusto Hanning e sia un errorino di Audiotester.:o
Ciao
Mauro

Messaggio da **clane** » 04 lug 2006, 17:15

Non sarebbe meglio usare la HaNNing?
Mi ero accorto già dal primo post della differenza... ma Adiotester la chiama HaMMing. Ho verificato prima di riscrivere per l' ennesima volta HaMMing, pensavo sbagliaste voi
Presumo a questo punto che sia giusto Hanning e sia un errorino di Audiotester.:o
Ciao
Mauro

Originariamente inviato da MBaudino - 04/07/2006 : 11:59:50

Esiste sia la finestratura HaNNing che quella HaMMIng: la hamming ha una miglior risoluzione
dei picchi ma una peggire reiezione ai lobi laterali, rispetto alla Hanning.
Se ricordo bene Audiotester chiama la Hanning "van Hann".

Ciao,
Claudio

www.claudionegro.com

Messaggio da **MBaudino** » 04 lug 2006, 17:29

OK, ma secondo questo link non dovrebbero essere la stessa cosa (non ci ho capito granche', però)
http://www.cescg.org/CESCG99/TTheussl/node9.html
Mauro

Messaggio da **clane** » 05 lug 2006, 00:53

Pare proprio che siano differenti, Van Hann e Hanning....
Comunque visto che quello che ci interessa e verificare la bonta' delle misure fatte via scheda audio+software, usa la stessa finestratura (Hamming) anche con l'Handy Probe.

Ciao,
Claudio

www.claudionegro.com

Messaggio da **MBaudino** » 07 lug 2006, 00:43

Vado a recuperare il distorsiometro da uno dei tanti depositi dove ho sparso le mie cose.
Mauro

Originariamente inviato da MBaudino - 04/07/2006 : 10:57:48

Recuperato..... ma ha cessato di funzionare.
Ci sono molto affezionato e proverò a ripararlo, anche se la vedo dura
Era questo Marconi
http://www.messmuseum.de/marconitf2330a.htm
roba da museo ma è un vero gioiello di soluzioni meccaniche.
Ciao spero di risolvere in fretta
Mauro