En 2000,
Angelo Farina , professeur à l'Université de Parme, a proposé une
méthode originale pour mesurer simultanément la réponse impulsionnelle et la distorsion non linéaire en utilisant un signal harmonique de fréquence à variation exponentielle (ci-après ESS - balayage exponentiel sinus).
Pour obtenir ces caractéristiques, il est nécessaire d'enregistrer l'effet du signal ESS sur l'appareil testé et de trouver la fonction de corrélation mutuelle du signal enregistré avec le signal ESS d'origine, mais modulé en amplitude (pour plus de détails, voir les publications de A. Farin).
Le résultat est un ensemble de caractéristiques d'impulsion (IH), dont la dernière est une réponse impulsionnelle linéaire du dispositif. Elle est précédée de la réponse impulsionnelle de la non-linéarité quadratique du dispositif, avant d'être la réponse impulsionnelle de la non-linéarité cubique, etc. En pratique, il est possible de corriger des non-linéarités allant jusqu'à 20 ordres.
Cette caractéristique (séparation des produits de non-linéarité d'une réponse impulsionnelle linéaire) est un avantage unique de la méthode ESS par rapport à d'autres méthodes. La méthode ESS présente d'autres avantages:
- Résistance accrue au bruit aléatoire. En effet, le signal harmonique «scanne» un écart de fréquence très étroit à chaque intervalle de temps, ce qui nous permet de réduire le niveau de bruit aléatoire dans la réponse impulsionnelle résultante. Plus le signal ESS est long, plus l'effet de réduction du bruit est perceptible.
- Facilité d'utilisation. L'ensemble de la procédure de décodage se résume à plusieurs calculs FFT.
- Capacité à automatiser le processus de mesure.
L'emplacement des caractéristiques de distorsion par rapport à la réponse impulsionnelle linéaire peut être trouvé par la règle suivante: si la fréquence du signal ESS croît à une vitesse de 1 octave par seconde, alors la caractéristique de non-linéarité du second ordre sera située 1 seconde avant la réponse impulsionnelle linéaire; La caractéristique de non-linéarité du 4ème ordre sera localisée 1 seconde avant la caractéristique du 2ème ordre, etc.
Malgré les avantages évidents, la méthode ESS a ses propres limites d'application. L'auteur de la méthode lui-même énumère les restrictions suivantes:
- La réponse impulsionnelle résultante, ainsi que sa réponse en fréquence, présente des irrégularités notables («sonnerie»)
- La méthode est sensible à l'instabilité de l'axe du temps.
Pour réduire les irrégularités de la réponse en fréquence et la réponse impulsionnelle, A. Farina suggère de moduler le début du signal ESS en amplitude (fondu d'entrée), ainsi que d'appliquer diverses techniques de filtrage.
Un autre passionné, Katja Vetter, dans
ses recherches, a découvert un autre problème lié au fait que chaque octave du signal ne démarre pas dans la phase zéro. Cela impose une erreur sur la mesure des harmoniques. En guise de solution, l'auteur a proposé une nouvelle approche de la formation d'un signal ESS: chaque octave devrait commencer par une phase nulle.
Exemples pratiques d'application de la méthode ESS.
En sélectionnant et en modélisant dans MATLAB, un signal ESS a été généré avec une durée de 43 secondes, une gamme de 11 octaves (11,7-24000 Hz), avec une modulation d'amplitude des bords du signal. Cela a permis d'obtenir une irrégularité de réponse en fréquence <0,2 dB aux bords de la plage de mesure (22 et 23000 Hz) et un niveau d'erreur relatif <-140 dB.
Mesure des caractéristiques des cellules de l'égaliseur (correcteur de fréquence).
La méthode ESS s'est avérée très utile lors de la mise en place d'un égaliseur monté sur des amplificateurs opérationnels. Le schéma a montré une instabilité dont la cause était difficile à analyser. En utilisant la méthode ESS, il a été possible de déterminer que le dispositif avait augmenté les distorsions non linéaires dans la gamme de fréquences de l'égaliseur.
Mesure des caractéristiques d'une carte audio d'ordinateur.
Dans cet exemple, la sortie de la carte audio a été connectée à l'entrée et la réponse en fréquence traversante de l'appareil a été mesurée. Comme vous pouvez le voir, certaines irrégularités (de l'ordre de 20 à 60 Hz) sont associées à l'erreur de la méthode ESS elle-même. Le reste de la contribution à l'inégalité concerne la carte audio.
Mesure acoustique de haut-parleur
Cet exemple montre les mesures de la réponse en fréquence des moniteurs de studio dans le champ proche. Dans ce cas, le rapport signal / bruit était de 90 dB, tandis que les mesures ont été effectuées dans une salle de studio à un niveau de pression acoustique modéré (pas plus de 90 dB SPL).
L'enveloppe de la réponse impulsionnelle mesurée du moniteur de studio (on peut voir que la plage dynamique de mesure était de 90 dB).Mesure des caractéristiques acoustiques de la pièce
Cet exemple montre l'enveloppe de la réponse impulsionnelle d'une pièce. Le temps de réverbération était de 3,8 secondes. Comme vous pouvez le voir, l'énergie se désintègre uniformément et sans éclats jusqu'aux niveaux les plus bas.
La méthode proposée par A. Farin permet des mesures de haute précision des appareils électroniques et électro-acoustiques, ainsi que des propriétés acoustiques des locaux. Il est connu que cette méthode est utilisée avec succès dans des programmes de mesure acoustique tels que
CLIO et
REW .
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