En 2000,
Angelo Farina , profesor de la Universidad de Parma, propuso un
método original para medir simultáneamente la respuesta al impulso y la distorsión no lineal utilizando una señal armónica de frecuencia que cambia exponencialmente (en adelante ESS - barrido senoidal exponencial).
Para obtener estas características, es necesario registrar el efecto de la señal ESS en el dispositivo probado y encontrar la función de correlación mutua de la señal grabada con la señal ESS original, pero modulada en amplitud (para más detalles, consulte las publicaciones de A. Farin).
El resultado es un conjunto de características de impulso (IH), la última de las cuales es una respuesta de impulso lineal del dispositivo. Está precedido por la respuesta al impulso de la no linealidad cuadrática del dispositivo, antes de que sea la respuesta al impulso de la no linealidad cúbica, etc. En la práctica, es posible arreglar no linealidades de hasta 20 órdenes.
Esta característica (separación de productos no lineales de la respuesta de impulso lineal) es una ventaja única del método ESS en comparación con otros métodos. El método ESS tiene otras ventajas:
- Mayor resistencia al ruido aleatorio. Esto se debe a que la señal armónica "escanea" un intervalo de frecuencia muy estrecho en cada intervalo de tiempo, lo que reduce el nivel de ruido aleatorio en la respuesta al impulso resultante. Cuanto más larga sea la señal ESS, más notable será el efecto de la reducción de ruido.
- Facilidad de uso. Todo el procedimiento de decodificación se reduce a varios cálculos FFT.
- Capacidad para automatizar el proceso de medición.
La ubicación de las características de distorsión en relación con la respuesta al impulso lineal se puede encontrar mediante la siguiente regla: si la frecuencia de la señal ESS aumenta a una velocidad de 1 octava por segundo, entonces la característica de no linealidad de segundo orden se ubicará 1 segundo antes de la respuesta al impulso lineal; La característica de no linealidad de cuarto orden se ubicará 1 segundo antes de la característica de segundo orden, etc.
A pesar de las ventajas obvias, el método ESS tiene sus propios límites de aplicación. El autor del método mismo enumera las siguientes restricciones:
- La respuesta de impulso resultante, así como su respuesta de frecuencia, tiene un desnivel notable ("timbre")
- El método es sensible a la inestabilidad del eje del tiempo.
Para reducir la desigualdad de la respuesta de frecuencia y la respuesta al impulso A. Farina sugiere modular el comienzo de la señal ESS en amplitud (desvanecimiento), así como aplicar diversas técnicas de filtrado.
Otra entusiasta, Katja Vetter, en
su investigación, descubrió otro problema relacionado con el hecho de que cada octava de la señal no comienza en la fase cero. Esto impone un error en la medición de armónicos. Como solución, el autor propuso un nuevo enfoque para la formación de una señal ESS: cada octava debería comenzar con una fase cero.
Ejemplos prácticos de la aplicación del método ESS.
Al seleccionar y modelar en MATLAB, se generó una señal ESS con una duración de 43 segundos, un rango de 11 octavas (11.7-24000 Hz), con modulación de amplitud de los bordes de la señal. Esto permitió obtener un desnivel de respuesta de frecuencia <0.2dB en los bordes del rango de medición (22 y 23000 Hz) y un nivel de error relativo <-140dB.
Medición de las características de la celda del ecualizador (corrector de frecuencia).
El método ESS resultó ser muy útil al configurar un ecualizador montado en amplificadores operacionales. El esquema mostró inestabilidad, cuya causa fue difícil de analizar. Usando el método ESS, fue posible determinar que el dispositivo había aumentado las distorsiones no lineales en el rango de frecuencia del ecualizador.
Medición de las características de una tarjeta de audio de computadora.
En este ejemplo, la salida de la tarjeta de audio se conectó a la entrada y se midió la respuesta de frecuencia directa del dispositivo. Como puede ver, algunas irregularidades (en la región de 20-60 Hz) están asociadas con el error del propio método ESS. El resto de la contribución a las irregularidades se refiere a la tarjeta de audio.
Medición acústica de altavoces
Este ejemplo muestra mediciones de la respuesta de frecuencia de monitores de estudio en el campo cercano. En este caso, la relación señal / ruido fue de 90 dB, mientras que las mediciones se realizaron en una sala de estudio a un nivel moderado de presión sonora (no más de 90 dB SPL).
La envolvente de la respuesta de impulso medida del monitor de estudio (se puede ver que el rango dinámico de medición fue de 90 dB).Medición de las características acústicas de la sala.
Este ejemplo muestra la envolvente de la respuesta al impulso de una habitación. El tiempo de reverberación fue de 3,8 segundos. Como puede ver, la energía decae de manera uniforme y sin explosiones hasta los niveles más bajos.
El método propuesto por A. Farin permite mediciones de alta precisión de dispositivos electrónicos y electroacústicos, así como las propiedades acústicas de las instalaciones. Se sabe que este método se utiliza con éxito en programas de medición acústica como
CLIO y
REW .
Enlaces utiles:
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