TP MESURES AUDIO - BANC DE MESURE AUDIOPRECISION ATS-2. Clément Follet et Romain Matuszak - Professeur : Dominique Santens

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1 TP MESURES AUDIO - ANC DE MESURE AUDIOPRECISION ATS- Clément Follet et Romain Matuszak - Professeur : Dominique Santens Mai 008

2 Table es matières 1 Présentation 1.1 Présentation u TP Précautions e manipulation Outils Mesures sur amplicateur e puissance auio 3.1 Mesure e la sensibilité 'entrée : Tension 'oset Rapport signal à bruit ane passante et courbe e réponse en fréquence Diaphonie (ou crosstalk) Non-linéarités : THD et IMD Carctéristique e transfert Distorsion harmonique THD+N Distorsion par intermoulation IMD Mesures sur appareils numériques : CNA DIGITEC et SONY Niveau e sortie à 0FS Caractéristique e transfert Eet u ither noise Eet 'une gigue u signal AES sur la conversion numérique analogique

3 Chapitre 1 Présentation 1.1 Présentation u TP Le TP a pour but 'aborer les mesures en auiofréquence en analogique et en numérique à l'aie u système e mesure professionnel ATS- Auioprecision. L'étue se fera sur un amplicateur e puissance Hi gran public e marque Monarch et sur eux convertisseurs numérique analogique e marques Digitec et Sony. 1. Précautions e manipulation -éviter e connecter une sortie symétrique vers une entrée asymétrique (si la sortie symétrique est électronique mettre son point froi à la masse la court-circuite) -sorties 'ampli e puissance brigéees : aucun es points e sortie ne oit être à la masse, en mettre un fusille l'ampli -chaque chassis es appareils oit être relié à la terre par l'installation électrique -éviter les boucles e masse en utilisant le plus possible es liaisons symétriques (moinre sensibilité aux parasites inuits et aux tensions prouites par les boucles e masse) -si on veut une plus grane précision e mesure ayant es entrées et sorties 'ampli en asymétrique, on peut ajouter un transfo 'isolation secteur pour alimenter l'ampli e façon à ce que sa masse soit ottante. 1.3 Outils Le banc e mesure ATS- se compose 'une carte externe reliée en PCI au PC, elle possèe eux entrées/sorties analogiques asymétriques et symétriques, une entrée/sortie AES/EU symétrique XLR, une entrée/sortie AES/EU asymétrique NC. Ces sorties peuvent être commanées par le logiciel à travers le panel analog generator (type e sortie, réglage u niveau, fréquence, forme u signal). Les entrées sont choisies suivant leur type (panel analog input) puis analysées à travers le panel analyser.

4 Chapitre Mesures sur amplicateur e puissance auio.1 Mesure e la sensibilité 'entrée : La sensibilité est la tension que l'on oit envoyer à l'entrée 'un amplicateur pour qu'il élivre la puissance maximale. On relie la sortie e l'ats- à l'entrée e l'ampli et la sortie e l'ampli à l'entrée u banc e mesure, en asymétrique NC (analogique). On augmente progressivement le niveau 'entrée e l'ampli (gain e l'ampli au maximum) et on mesure les niveaux 'entrée et e sortie lorsque la sortie commence à saturer. On obtient les valeur suivantes : Niveau 'entrée Niveau e sortie -11, u 8,3 u 00 mve 0,1 Ve On a alors le gain e l'ampli : Gs=8,3-(-11,)=39,5.V eff).0,1) et une puissance e sortie Ps= U R = ( R = ( R =101W (Résistance e charge e 8 ohms) Remarque : Lorsqu'un amplicateur est peu chargé, cas es 8 ohms en question, il consomme relativement peu 'énergie et élivre onc une tension e sortie 'amplitue assez importante. Le gain maximum e l'amplicateur étant constant, c'est avec une charge e 8 ohms qu'il faura le plus e volts ou e u pour arriver à sortir la puissance maximale.. Tension 'oset Il s'agit e mettre l'entrée e l'ampli à zéro (output OFF en sortie e l'ats-) et e mesurer la tension continu résiuelle en sortie e l'ampli. Pour se faire, on mesure une première fois la tension e sortie e l'ampli en écochant la case DC (Vout1) ans le panel analog input, puis on fait une secone mesure en moe DC Vout). La mesure Vout en moe DC supprime les valeurs alternatives e la tension onc le bruit. La mesure Vout1 est en moe AC onc mesure le bruit résiuel. On fait la iérence pour obtenir Voset. On obtient la tension 'oset par la formule : Voset= V out V out1 = (.mv ) (15.3mV ) =15,1mV.3 Rapport signal à bruit Pour mesurer le bruit on enlève la tension continu 'oset (moe DC écoché), on limite la bane passante à - 0k et on mesure ans le panel analyser en moe Det Q-Peak (mesure e 3

5 T la valeur ecace à partir e l'enveloppe u signal). On obtient une première mesure u bruit en sortie égale à -47u. On ajoute ensuite le ltre e ponération A qui pren en compte la sensibilité fréquentielle e l'oreille humaine et on obtient -56u. On obtient un rapport signal à bruit par la formule : Rs/b = Gain max avant écrêtage (calculé précéement) - niveau e bruit. D'où 47u+8,3u(Gain)=77,3 si non ponéré et 56+8,3=84,3 si ponération A. Tension e bruit ramenée à l'entrée : Niv.sonore u = 0 log ( V eff 0,775 ) Venonponérée=0, ( 47 0 ) = 3,46 mv VeponéréeA=0, ( 56 0 ) = 1.3 mv.4 ane passante et courbe e réponse en fréquence Tout 'abor on ajuste le niveau 'entrée e l'ampli (potentiomètre e gain e l'ampli à 0 ) (10W.8Ω) pour avoir = 6.3 Ve en sortie e l'ampli. Choisir la mesure en ga qui onne le gain en sortie A par rapport à l'entrée A. Dans le panel sweep, paramétrer la source comme Analog Generator frequency et un balayage allant e 30k à 5 par pas e 5. On eectue trois mesures, une sans égalisation, une avec ass au maximum et Treble au minimum (en vert), une avec ass au minimum et Treble au maximum (en bleu). On obtient la courbe suivante : Auio Precision 03/0/03 16:04:1 g A k k 5k 10k 0k 30k 1 1 Cyan Soli 1 Analyzer.Amplitue A Left 1 Green Soli 1 Analyzer.Amplitue A Left 3 1 Yellow Soli 1 Analyzer.Amplitue A Left On en éuit la bane passante à -3 sans égalisation : ~[13 - fmax oreille humaine] Tracé e la courbe e phase : Dans le panel auioanalyser choisir phase, ceci onne la phase e l'entrée par rapport à l'entrée A. Il faut que l'entrée A soit le signal e référence. La courbe onne : 4

6 T Auio Precision 03/0/03 16:08: e g k k 5k 10k 0k 30k 1 1 Cyan Soli 1 Analyzer.Phase Left La phase varie beaucoup ans les basses fréquences..5 Diaphonie (ou crosstalk). La iaphonie ou séparation e canaux est le rapport entre le signal e la voie active et le signal transmis à la voie inactive par la voie active e l'ampli. En utilisant la fonction Crosstalk e l'analyseur on relève par balayage e fréquence la courbe e iaphonie : Auio Precision 03/0/03 16:4: k k 5k 10k 0k 30k 1 1 Cyan Soli 1 Analyzer.Crosstalk A Left On remarque que ans sa phase linéaire la iaphonie est e (corresponant à la valeur à 1k), c'est à ire qu'il y a 0 'écart entre le canal où un signal est envoyé, et le canal où aucun signal est envoyé. Cet écart à tenance à baisser lorsque la fréquence augmente..6 Non-linéarités : THD et IMD.6.1 Carctéristique e transfert On relève la caractéristique e transfert e l'amplicateur, c'est à ire la sortie en fonction e l'entrée. Ce balayage 'amplitue se fait à 1kH. On fait varier l'amplitue e u à -5u : 5

7 Auio Precision 03/0/03 16:55: u u 1 1 Cyan Soli 1 Analyzer.Amplitue A Left On repère la zone linéaire e -87u à -10u, où le gain est constant et égal à +40. La zone e saturation arrive onc lorsqu'on épasse les -10u, on sature alors à +30u en sortie. Le niveau e bruit correspon au palier se trouvant à -44u (sans ponération on avait trouvé -47u). Le rapport signal à bruit est égal à 30+44=74 ~ 77,3 calculés précéement..6. Distorsion harmonique THD+N Lorsqu'on envoie une sinusoïe pure à 1k et que l'on fait saturer l'amplicateur, es harmoniques apparaissent ûes à la istorsion u signal sinusoïal vers un signal carré (innité 'harmoniques). On évalue ce taux e istorsion harmonique en écrivant le rapport entre la racine e la somme es amplitues es harmoniques au carré sur l'amplitue e la fonamentale. TDH = V outk V out1 Tracé e THD+N en fonction u niveau 'entrée : On choisit la fonction THD+N ratio ans l'analyseur et on eectue un balayage e -80u à -10u. On obtient : Auio Precision 03/0/03 16:56: % u 1 1 Cyan Soli 1 Analyzer.THD+N Ratio A Left On remarque que le THD est plus important ans les faible niveau, car le bruit et ses harmoniques occupent e plus en plus 'importance ans le signal par rapport au son pure. On remarque aussi la belle poussée 'harmoniques lorsque le signal se met à saturer vers -13u. Spectre e istorsions harmoniques : On règle l'analyseur en moe FFT points et fenêtre e lackman-harris. On fait un balayage en choisissant ata1 : FFT Ch A Amplitue et 6

8 source1 : FFT frequency : Auio Precision 03/0/03 17:04:04 x= k V k k 5k 10k k 0k 0 Cursor1 Cursor 1 1 Cyan Soli 1 FFT.ChA Amplitue Left.... On istingue bien la sinusoïe pure (pic à 1k) et ses harmoniques à,4,5,6,7,8,9...0k. Et 'un autre côté le bruit qui augmente vers les basses fréquences. On repère aussi le 50 u secteur..6.3 Distorsion par intermoulation IMD Les istorsion 'intermoulation sont prouites lorsqu'on envoie ans l'ampli eux fréquences f1 et f, on voit alors apparaître après amplication es prouits 'intermoulation 'harmoniques f+-kf1,f1+-nf. On paramètre le générateur suivant les normes SMPTE/DIN en choisissant IMD SMPTE/DIN 4 :1 (4 :1 rapport entre les amplitues e f1 et f), High 7k (f), Low 70 (f1), -15u (amplitue e f1). On paramètre l'analyseur sur measurement function SMPTE/DIN et eectue un balayage e 6k à 8k. Auio Precision 03/0/03 17:18: u k 7k 7.k 6.k 7.5k 1 1 Cyan Soli 1 FFT.ChA Amplitue Left Le spectre est tronqué ans les basses fréquence pour n'observer que f et les prouits 'intermoulation f+-kf1 et supprimer la composante 50 u secteur. 7

9 Chapitre 3 Mesures sur appareils numériques : CNA DIGITEC et SONY On relie la sortie igitale D.OUT e l'ats- à l'entrée numérique XLR 110 Ω u convertisseur choisi, et ses sorties analogiques XLR vers les entrées analogiques symétriques u banc e mesure. On envoie aussi ans l'oscilloscope les sorties arrières source monitor A et function monitor A e l'ats-. Dans igital generator, on envoire une sinusoïe e 1k sans ithering et on paramètre ans igital I/O le type e 'échantillonnage : 48k, 4bits. 3.1 Niveau e sortie à 0FS On mesure le niveau e sortie u CNA DIGITEC pour 0FS en entrée, il est e 14u. Celui-ci ne possèe pas e potentiomètres pour ajuster le niveau e sortie (en u). Par contre le Sony en possèe, on le règle pour avoir 14u aussi. 3. Caractéristique e transfert On balaye e 0 à FS : Auio Precision 03/0/03 17:57: g A FS 1 1 Cyan Soli 1 Analyzer.Amplitue A Left 0FS est le maximum 'amplitue u signal en numérique, il correspon à un niveau e sortie e 30u. -56u est le seuil u bruit. on a alors un rapport signal à bruit e 56+30=96 et un convertisseur e 96/6 = 16bits. 8

10 On trace ésormais la courbe u taux e istorsion harmonique : Auio Precision 03/0/03 18:05: % FS 1 1 Cyan Soli 1 Analyzer.THD+N Ratio A Left Sur cette courbe on voit apparaître es phénomènes e non linéarité à -10FS que l'on n'observait pas sur la caractéristique e transfert. Le gain reste le même après -10FS mais le signal et son spectre se éforme. On visualise maintenant par FFT le spectre e sortie u CNA lorsqu'on envoir en entrée un signal e 440 à iérents niveaux -60,-70,-80,-90FS. Auio Precision 03/0/03 18:08:59-60 V k k 5k 10k 0k 1 1 Cyan Soli 1 FFT.ChA Amplitue Left -90FS 1 Green Soli 1 FFT.ChA Amplitue Left -80bFS 3 1 Yellow Soli 1 FFT.ChA Amplitue Left -70bFS 4 1 Re Soli 1 FFT.ChA Amplitue Left -60bFS En rouge la courbe e plus fort niveau à -60FS a un pic plus important que les autres et se trouve majoritairement en essous es autres courbes ans le reste u spectre. 3.3 Eet u ither noise Le ither noise est un bruit qui permet quan il est ajouté au signal e ne pas osciller e manière répétée entre un pas e quantication et un autre. De cette manière le bruit 'amplitue un pas e quantication évite au signal e se trouver juste à la frontière entre le niveau le plus bas n et le niveau n+1. Le signal rectangulaire est le plus ecace mais le plus auible, le shape est le plus approprié. Ci-essous, à gauche la FFT sans ither noise, et à roite avec ither noise. 9

11 Auio Precision Auio Precision -5-5 V -75 V k k 5k 10k 30k k k 5k 10k 30k 1 1 Cyan Soli 1 FFT.Ch Amplitue Left 1 1 Cyan Soli 1 FFT.Ch Amplitue Left Click the "Sweep Spectrum/Waveform" swap button to switch between Frequency an Time omain isplays. Click the "Sweep Spectrum/Waveform" swap button to switch between Frequency an Time omain isplays. A-A FFT.ats A-A FFT.ats 3.4 Eet 'une gigue u signal AES sur la conversion numérique analogique Le jitter sert à synchroniser les échantillons avec l'horloge lorsqu'il y a e leger écalages ûes à la transmission. Sur un iagramme e l'oeil on mesure la largeur pour mesurer l'ecacité u jitter. Si ce jitter synchronise mal, es istorsions u signal apparaissent sous formes e fréquences latérales autour e la fréquence u signal, c'est à ire fs+-fj : on peut repérer ces fréquences fs+-fj, ici, autour e fs=440 avec un jitter e 10UI à fj=140. Auio Precision -5 V k k 5k 10k 30k 1 1 Cyan Soli 1 FFT.Ch Amplitue Left Click the "Sweep Spectrum/Waveform" swap button to switch between Frequency an Time omain isplays. A-A FFT.ats 10

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