Em 2000,
Angelo Farina , professor da Universidade de Parma, propôs um
método original para medir simultaneamente a resposta ao impulso e a distorção não linear usando um sinal harmônico de frequência de variação exponencial (doravante ESS - varredura senoidal exponencial).
Para obter essas características, é necessário registrar o efeito do sinal ESS no dispositivo testado e encontrar a função de correlação mútua do sinal gravado com o sinal ESS original, mas modulado em amplitude (para obter mais detalhes, consulte as publicações de A. Farin).
O resultado é um conjunto de características de impulso (IH), o último dos quais é uma resposta de impulso linear do dispositivo. É precedido pela resposta de impulso da não linearidade quadrática do dispositivo, antes de ser a resposta de impulso da não linearidade cúbica, etc. Na prática, é possível corrigir não-linearidades de até 20 pedidos.
Esse recurso (separação de produtos de não linearidade de uma resposta de impulso linear) é uma vantagem exclusiva do método ESS em comparação com outros métodos. O método ESS tem outras vantagens:
- Maior resistência ao ruído aleatório. Isso ocorre porque o sinal harmônico “varre” um intervalo de frequência muito estreito a cada intervalo de tempo, o que reduz o nível de ruído aleatório na resposta ao impulso resultante. Quanto mais longo o sinal do ESS, mais perceptível é o efeito da redução de ruído.
- Facilidade de uso. Todo o procedimento de decodificação se resume a vários cálculos de FFT.
- Capacidade de automatizar o processo de medição.
A localização das características de distorção em relação à resposta de impulso linear pode ser encontrada pela seguinte regra: se a frequência do sinal ESS aumentar a uma velocidade de 1 oitava por segundo, a característica de não linearidade de segunda ordem será localizada 1 segundo antes da resposta de impulso linear; A característica de não linearidade de 4ª ordem será localizada 1 segundo antes da característica de 2ª ordem, etc.
Apesar das vantagens óbvias, o método ESS tem seus próprios limites de aplicação. O próprio autor do método lista as seguintes restrições:
- A resposta de impulso resultante, bem como a resposta de frequência, apresentam irregularidades notáveis ("toque")
- O método é sensível à instabilidade do eixo do tempo.
Para reduzir a desigualdade da resposta de frequência e a resposta de impulso A. Farina sugere modular o início do sinal ESS em amplitude (fade-in), além de aplicar várias técnicas de filtragem.
Outra entusiasta, Katja Vetter, em
sua pesquisa, descobriu outro problema relacionado ao fato de que cada oitava do sinal não inicia na fase zero. Isso impõe um erro na medição de harmônicos. Como solução, o autor propôs uma nova abordagem para a formação de um sinal ESS: cada oitava deve começar com uma fase zero.
Exemplos práticos da aplicação do método ESS.
Ao selecionar e modelar no MATLAB, um sinal ESS foi gerado com uma duração de 43 segundos, um intervalo de 11 oitavas (11,7-24000 Hz), com modulação de amplitude das bordas do sinal. Isso possibilitou obter uma irregularidade da resposta de freqüência <0,2dB nas bordas da faixa de medição (22 e 23000 Hz) e um nível de erro relativo <-140dB.
Medição das características da célula do equalizador (corretor de frequência).
O método ESS acabou sendo muito útil ao configurar um equalizador montado em amplificadores operacionais. O esquema mostrou instabilidade, cuja causa foi difícil de analisar. Usando o método ESS, foi possível determinar que o dispositivo tinha aumentado distorções não lineares na faixa de frequência do equalizador.
Medição das características de uma placa de áudio de computador.
Neste exemplo, a saída da placa de áudio foi conectada à entrada e a resposta da frequência passante do dispositivo foi medida. Como você pode ver, alguma irregularidade (na região de 20 a 60 Hz) está associada ao erro do próprio método ESS. O restante da contribuição para a irregularidade está relacionado à placa de áudio.
Medição acústica de alto-falante
Este exemplo mostra medições da resposta de frequência de monitores de estúdio no campo próximo. Nesse caso, a relação sinal / ruído foi de 90 dB, enquanto as medições foram feitas em uma sala de estúdio com um nível moderado de pressão sonora (não superior a 90 dB NPS).
O envelope da resposta de impulso medida do monitor de estúdio (pode-se ver que a faixa dinâmica de medição era de 90dB).Medição das características acústicas da sala
Este exemplo mostra o envelope da resposta ao impulso de uma sala. O tempo de reverberação foi de 3,8 segundos. Como você pode ver, a energia decai uniformemente e sem rebentamentos até os níveis mais baixos.
O método proposto por A. Farin permite medições de alta precisão de dispositivos eletrônicos e eletroacústicos, bem como as propriedades acústicas das instalações. Sabe-se que esse método é utilizado com sucesso em programas de medição acústica como
CLIO e
REW .
Links úteis:
- Medição simultânea da resposta ao impulso e distorção com uma técnica de varredura do seno
- Avanços nas medições da resposta ao impulso por varreduras senoidais
- Medição da resposta ao impulso com varreduras senoidais e esquemas de modulação de amplitude
- Otimizando o sinal de varredura senoidal exponencial (ESS) para medições in situ em barreiras acústicas