TEORIA E TECNICA: STRUMENTAZIONE E MISURE, PRESTAZIONI COMPONENTIGeneratore sinusoidale basato su SVF

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Luka
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Generatore sinusoidale basato su SVF

#1

Messaggio da leggere da Luka » mercoledì 30 dicembre 2009, 23:14

Come promesso, e visto che a qualcuno puo' forse interessare, ecco lo schema della bestiola (sperando che la riduzione delle dimensioni non lo abbia sgranato troppo):

Immagine

L'utilizzo di un SVF (State Variable Filter - d'altra parte cos'e' un oscillatore se non un filtro passa banda a Q infinito...?) come base per un generatore a bassa distorsione e' cosa relativamente poco nota in un ambito in cui il Wien Bridge la fa da padrone; in realta' i vantaggi di questa topologia (Q molto piu' alto di un ponte di Wien, possibilita' di derivare il segnale dall'uscita di un passa basso del II ordine - o, addirittura, da un notch centrato sull'armonica piu' robusta - con tutti i vantaggi che ne conseguono in termini di distorsione) superano ampiamente i suoi relativi svantaggi (sostanzialmente la maggiore complessita'). Lo schema in questione e' desunto (quasi) pari pari da un libro di JLH (la cui ottima mano si nota anche nel disegno del raddrizzatore attivo a doppia semionda); altri autori di pregevoli generatori SVF sono, nientemeno, Ian Hickman (chi leggeva Wireless World dovrebbe ricordarselo) e Bruce Hofer, la qual cosa dovrebbe essere di per se' una buona garanzia...

Tornando a noi, le (poche) modifiche apportate allo schema originale (che JLH accredita gia' di una THD dell'ordine dello 0.0003% @ 1 kHz e 1Vrms out) consistono nell'aggiunta di un paio di trimmer e di un vetusto OA5 in posizioni strategiche:
  1. il multigiri da 1k (THD) permette di miminizzare le armoniche pari prodotte dal rivelatore del circuito di controllo dell'ampiezza;
  2. il multigiri da 5k (livello) permette, variando il riferimento che va a sommarsi al segnale raddrizzato che pilota il LED, di cambiare il livello d'uscita senza alterare la distorsione o squilibrare il punto di innesco (per trovare il quale si agisce invece sul multigiri da 20k inserito nel loop di feedback positivo - c'e' un punto di innesco stabile e minima distorsione).
  3. il diodo 'di blocco' che precede la sezione del TL084 che pilota il LED, originariamente un canonico 1N4148, e' stato sostituito con un fantastico OA5 d'annata (Germanium Gold Bonded Diode), nella speranza che la sua ridicola VF (~0.2V) potesse servire a diminuire un po' la distorsione (che, vale la pena di notarlo, in questo circuito e' quasi interamente imputabile all'elemento di controllo del livello - la fotoresistenza - ed al ripple della tensione di controllo). Effettivamente sembra che funzioni.
I due trimmer in serie alle capacita' degli integratori sono un esperimento stimolato dalla lettura di un articolo di Cyril Bateman (un'altra delle colonne portanti di WW dei bei tempi andati) dedicato ad un ponte di Wien a bassissima distorsione (sub-ppm): hanno effettivamente un certo effetto sulla composizione della distorsione (minimizzano la II armonica), ma dato che non mi e' del tutto chiaro come agiscano, nel prototipo assemblato su millefori non ci sono - tra innesco, regolazione della simmetria del raddrizzatore e livello d'uscita le regolazioni per trovare il miglior punto di lavoro sono gia' tre, ad aggiungerne altre due si richia di uscire pazzi.

Un aspetto assolutamente notevole del circuito e' che, contrariamente a quello che vale normalmente, e cioe' che la THD e' - grosso modo - inversamente proporzionale alla costante di tempo del circuito di controllo di ampiezza, qui tale costante di tempo e' piuttosto bassa (il che garantisce l'assenza del classico bouncing in caso di variazione della frequenza operativa), e puo' essere azzerata del tutto (omettendo la rete a valle dell'OA5) senza comprometterne granche' le prestazioni. Di piu': la posizione del trimmer da 1k che minimizza la THD in uscita non e' quella che minimizza le armoniche pari in uscita al raddrizzatore - e' probabile che intervenga qualche tipo di cancellazione di alcune delle armoniche (per via del fatto che si presentano come segnale di modo comune ai due ingressi del primo NE5532), ma non ho ancora avuto tempo di guardarci con calma.

Che dire ancora? LED ed LDR sono due oggetti assolutamente standard (il primo e' un normalissimo LED rosso, la seconda una medium-size), intimamente accoppiati in una struttura a tenuta di luce (nel mio caso sono incollati, quindi infilati in un tubetto di gomma autorestringente ed infine sigillati con gomma liquida); ho fissato la tensione di uscita in circa 2 dBV (LO) e 8-10 dBV (HI), sufficienti nella stragrande maggioranza dai casi (ma, volendo, si puo' portare sino a 6 dBV ed oltre direttamente sull'uscita LO senza peggiorare troppo la THD - per la HI dipende dal guadagno del buffer d'uscita). Il prototipo e' assemblato su millefori con una certa (anche se non maniacale) attenzione; ho fatto un largo uso di ancoraggi a pettine per i componenti suscettibili di essere cambiati in caso di prove; il tutto e' ovviamente chiuso in un contenitore metallico.

Quanto vale la THD in uscita? Che dire: un certo rodaggio e' in questo caso auspicabile: all'accensione la II armonica e' alta (per modo di dire: ~0.0004%), quindi diminuisce sino a valori ridicoli per stabilizzarsi infine poco sotto i -120 dBV, le altre armoniche visibili rimangono piu' o meno inchiodate ai valori iniziali - in questo momento, dopo circa 1h di funzionamento, la THD totale vale 0.00011%:

Immagine

Calcolando che la EMU0202 monta sugli ingressi degli NJM2114 (sono dei 5532 migliorati con una THD tipica di ~0.0005% @ 1kHz e 5 Vrms), e che la scheda e' accreditata di una THD dell'ordine di 0.00025% (misurati), direi che il baracco in questione potrebbe effettivamente stare su questo ordine; forse riesce anche ad andare oltre, ma io non sono in grado di valutarlo (nemmeno con il mio delizioso Fliege notch doppio: i residui sono comunque troppo bassi...). In ogni caso THD minori di 0.0001% (ho misurato sino a 0.000065%....!!!!) mi sembrano abbastanza irrealistiche e frutto di accidenti (fortunati, ma sempre accidenti). L'utilizzo di opamp piu' nobili (LME49720) non cambia di molto le cose; con il TL082C invece le cose cambiano un po' in peggio, il che depone a favore della sostanzialita' di alcune osservazioni (i TL082C esibiscono valori tipici di THD un po' piu' alti dei 5532).

Chiedo venia per la lunghezza - sono comunque a disposizione per eventuali masochisti che avessero bisogno di chiarimenti. Come detto a Piercarlo qualhe tempo fa lo consiglio senz'altro a chi avesse necessita' di un oscillatore a bassa distorsione e di complessita' non eccessiva; considerando che con poche modifiche, e rinunciando a prestazioni cosi' spinte, lo si puo' rendere variabile con scala (quasi) lineare, ne vale sicuramente la pena.

Ciao,

L.



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Pierluigi Marzullo
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#2

Messaggio da leggere da Pierluigi Marzullo » giovedì 31 dicembre 2009, 16:09

Complimenti, davvero ECCELLENTE!

Il tocco di genio di JLH ?

Comunque di tuo ci hai messo sicuramente molto ! :wink:

Potresti darci anche i riferimenti di JLH e al. ?


A questo punto, mi toccherà metterne in cantiere uno anch'io, ormai non ho più scusanti (sono alcuni anni che indugio col pensiero sui soliti Wien abarthizzati, ma questo mi sembra extraterrestre) ...

:D :D :D
Pierluigi Marzullo

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#3

Messaggio da leggere da harris74 » giovedì 31 dicembre 2009, 18:04

Circuito molto interessante e da provare.

Che strumenti e sonde hai usato per rilevare distorsioni cosi basse?

Buon anno!
Ciao! Christian.

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#4

Messaggio da leggere da Luka » giovedì 31 dicembre 2009, 19:55

Sono contento che abbiate apprezzato - prestazioni a parte, e' una cosa un po' diversa dai Wien Bridge (che, per quanto curati, alla fine sono sempre la stessa zuppa...).

Il circuito originale si trova su 'The Art of Linear Electronics'; per quanto riguarda quelli di Hickman me ne ricordo almeno tre, comparsi a suo tempo su WW e raccolti anche in un paio di suoi libri - per i riferimenti vi tocchera' aspettare domani (bagordi friulani permettendo - forse e' meglio posdomani... :D).

Per le misure uso una EMU0202 (se ne e' parlato brevemente in un topic riguardante appunto le schede audio usate come strumenti) ed ARTA; con il canale migliore mi sembra relativamente affidabile (cioe' ripetibile e coerente) sino a valori dell'ordine dello 0.0003% o poco meno (campionando a 24bit/44kHz-48kHz su lunghezze robuste, > 32768, il fondo si attesta su poco meno di -140dBV; a SR maggiori il rumore fuori banda risale in modo inaccettabile). Sino a circa 0.001% ci arrivo (sia pure a prezzo di qualche sforzo) con un doppio notch ad operazionali ed un oscilloscopo digitale USB, ma la EMU e' incomparabilmente piu' comoda...

Ciao, e auguri a tutti!

L.

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Piercarlo
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#5

Messaggio da leggere da Piercarlo » venerdì 1 gennaio 2010, 15:49

Uno splendido regalo di fine anno! A questo punto mi ci devo mettere io di buzzo buono per costruirne un paio (in modo da poter fare anche qualche misura di intermodulazione). Per il momento però prosegue anche per me il lento ritorno alla normalità digestiva... ;-)

Buon anno a tutti! :-)
Piercarlo
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TUTTORA IN CERCA DI IMPIEGO

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harris74
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#6

Messaggio da leggere da harris74 » venerdì 1 gennaio 2010, 23:57

Luka ha scritto:Sono contento che abbiate apprezzato - prestazioni a parte, e' una cosa un po' diversa dai Wien Bridge (che, per quanto curati, alla fine sono sempre la stessa zuppa...).

Il circuito originale si trova su 'The Art of Linear Electronics'; per quanto riguarda quelli di Hickman me ne ricordo almeno tre, comparsi a suo tempo su WW e raccolti anche in un paio di suoi libri - per i riferimenti vi tocchera' aspettare domani (bagordi friulani permettendo - forse e' meglio posdomani... :D).

Per le misure uso una EMU0202 (se ne e' parlato brevemente in un topic riguardante appunto le schede audio usate come strumenti) ed ARTA; con il canale migliore mi sembra relativamente affidabile (cioe' ripetibile e coerente) sino a valori dell'ordine dello 0.0003% o poco meno (campionando a 24bit/44kHz-48kHz su lunghezze robuste, > 32768, il fondo si attesta su poco meno di -140dBV; a SR maggiori il rumore fuori banda risale in modo inaccettabile). Sino a circa 0.001% ci arrivo (sia pure a prezzo di qualche sforzo) con un doppio notch ad operazionali ed un oscilloscopo digitale USB, ma la EMU e' incomparabilmente piu' comoda...

Ciao, e auguri a tutti!

L.
Ciao Luca,
Ti ho chiesto appositamente che tipologia di strumentazione usi in quanto, tali valori di distorsioni, (oltre i 2 zeri dopo la virgola) sono realmente misurabili con strumentazioni di laboratorio assai costose. In ogni caso lo schema è davvero molto interessante. Grazie e buon anno!
Ciao! Christian.

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#7

Messaggio da leggere da Luka » sabato 2 gennaio 2010, 16:08

harris74 ha scritto:Ciao Luca,
Ti ho chiesto appositamente che tipologia di strumentazione usi in quanto, tali valori di distorsioni, (oltre i 2 zeri dopo la virgola) sono realmente misurabili con strumentazioni di laboratorio assai costose. In ogni caso lo schema è davvero molto interessante. Grazie e buon anno!
Ni. Nel senso: 20 anni fa o suppergiu' era sicuramente cosi': oggi, avendo a disposizione ADC a 24 bit da ~120 dB di gamma dinamica ed operazionali in grado di star loro appresso, le cose sono cambiate decisamente in meglio (almeno pero chi non ha voglia di comprarsi un AP...). Quando ho scelto la EMU0202, piu' che altro per la curiosita' di verificare fino a dove ci si potesse spingere con un oggetto - sostanzialmente - consumer, ho fatto qualche ricerca in rete e trovato risconti piuttosto incoraggianti: la sezione di conversione A/D della scheda, basata su un AK5385, e' accreditata (tramite misura diretta fatta, appunto, con strumenti AP nella maggioranza dei casi) di una THD variabile tra 0.0002% e 0.0004% @ 1kHz, e di un dynamic range compreso tra 110dB e 116dB (il data sheet riporta un valore tipico di 114dB) - calcolando che il SNR di un convertitore ideale a 24bit vale circa 146dB al netto del processing gain (cioe' - sostanzialmente - il numero di punti della FFT, che gioca comunque a nostro favore, abbassando ulteriormente il noise floor), direi che la possibilita' di fare misure ragionevolemente attendibili anche sotto lo 0.001% c'e' tutta. Con il limite, ovvio, della THD della catena di misura

Cosa succede quando la THD del segnale di test e' paragonabile ai residui del sistema di misura? Succede che il risultato finale a' largamente dipendente dalla fase relativa delle armoniche presenti nel segnale e di quelle introdotte dal sistema stesso: se l'intensita' della n-esima componente armonica presente nel segnale e' Dn, e quella della corrispondente armonica prodotta dal sistema e' Sn, allora l'intensita' misurata puo' variare tra Dn+Sn e Dn-Sn senza soluzione di continuita' in dipendenza di come si combinano le rispettive fasi - si puo' avere, in altre parole, un sensibile effetto di cancellazione che porta a sottostimare notevolmente la distorsione misurata. La cancellazione si mostra essenzialmente sotto forma di variabilita' nel tempo di alcune delle componenti armoniche del segnale, che poi e' quello che effettivamente vedo nel caso del generatore in questione: alcune armoniche del segnale (la II, ed in misura minore la III) variano lentamente nel tempo tra due valori estremi, in corrispondenza dei quali misuro altrettanti valori estremi di THD dell'ordine di 0.00045% e 0.000065%. Il che mi porta ad affermare con ragionevole sicurezza che la THD del generatore stia da qualche parte intorno allo 0.00025% - se anche fosse 0.0005% non mi formalizzerei granche': in ogni caso mi sembra ragionevolmente (e sensibilmente) inferiore allo 0.001%.

Ho speso un po' di tempo a ragionare sui limiti di un sistema di questo tipo, e mi sono anche divertito a simularne il comportamento - ti risparmio l'esposizione del tutto, ma ti assicuro che i conti tornano. E' chiaro che una controprova risolutiva mi piacerebbe averla (chesso', se qualche anima pia dotata di un AP provasse il baracco... :D), ma allo stato non mi sono venute in mente ragioni particolari per cui un sistema come quello che uso io dovrebbe sottostimare a) di almeno un ordine di grandezza, b) costantemente e c) ripetibilmente una misura...\

Insomma: non sottovaluterei le possibilita' offerte da questi oggetti; se ne e' parlato anche qui qualche tempo fa, e lgcm ha anche presentato i risultati di una misura abbastanza illuminante:
Immagine
dalla quale si evince come i prodotti di distorsione initrinseci di una EMU tracker (assai simile alla EMU0202), misurati con un AP, siano sostanzialmente sovrapponibili a quelli dell'AP stesso - il limite ultimo di queste schede e' il valore di THD+N (che infatti anche nel mio caso assume valori anche di un ordine di grandezza superiori a quelli della THD nuda e cruda): come linearita' di conversione siamo su livelli di assoluta eccellenza.

Sempre pronto a discutere eventuali obiezioni, neh?, ma per il momento il sistema (EMU0202 + ARTA, di cui mi sono preoccupato di valutare l'attendibilita' analizzando off-line i dati acquisiti) mi sembra degno di fede, e lo consiglio senz'altro a chi volesse cimentarsi in misure un po' piu' 'fini' della norma.

L.

ps - buon anno a tutti!!

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Pierluigi Marzullo
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#8

Messaggio da leggere da Pierluigi Marzullo » sabato 2 gennaio 2010, 17:00

Luka ha scritto:Sono contento che abbiate apprezzato - prestazioni a parte, e' una cosa un po' diversa dai Wien Bridge (che, per quanto curati, alla fine sono sempre la stessa zuppa...).

Il circuito originale si trova su 'The Art of Linear Electronics'; per quanto riguarda quelli di Hickman me ne ricordo almeno tre, comparsi a suo tempo su WW e raccolti anche in un paio di suoi libri - per i riferimenti vi tocchera' aspettare domani (bagordi friulani permettendo - forse e' meglio posdomani... :D).
Scusami, ma nella sezione dei generatori di segnale del JLH non l'ho trovato, potresti essere più preciso?


Nel frattempo, dovrei darmi una mossa anch'io, perché la EMU ce l'ho già da parecchio, mi manca solo un computer affidabile (sono stato travagliato da innumerevoli problemi sui miei due computer di lavoro, grazie all'ICH10R ed ai mitici dischi Seagate Barracuda 7200 (la famigerata release firmware SD15), che dopo l'aggiornamento firmware e upgrades in factory si sono pure guastati definitvamente (meno male ... ), in tutto 6 dischi da 500G ...

(Ho tutti i miei dati ancora sparsi in mille dischi e BackUp... :cry: )
Indubbiamente, BACIATO DALLA FORTUNA (reduce dagli inarrivabili DeathStar IBM, pardon, DeskStar)


Come va ARTA?

Di che hardware/sw necessita?

:D
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#9

Messaggio da leggere da marco-64 » sabato 2 gennaio 2010, 17:19

Hai realizzato gli stampati, se si facesse un gruppo d'aquisto sarei interessato a partecipare, sarebbe ora che aggiornassi il mio laboratorietto, avete un Link per vedere le caratteristiche/costi di Arta che, immagino a pagamento.
ciao ciao
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#10

Messaggio da leggere da Pierluigi Marzullo » sabato 2 gennaio 2010, 17:56

Se non ho capito male, potrebbe essere freeware ... :shock:

http://www.fesb.hr/~mateljan/arta/download.htm

:wink:
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#11

Messaggio da leggere da marco-64 » sabato 2 gennaio 2010, 18:44

ma sbaglio o è simile a,
Visual Analyser e speaker workshop, più precisamente ad un mix dei 2?
Sarebbe interessante, una comparative tra i vari programmi, da chi li ha provati.
ciao ciao
Molto interessante, la modalita di taratura dei microfoni e, la misura dell'escursione di un altoparlante tramite laser, spero di non aver capito male, il mio inglese dire che fà schifo è fargli un complimento.
Mi ricorda molto anche la Clio.
riciao ciao
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#12

Messaggio da leggere da Luka » sabato 2 gennaio 2010, 20:09

Pierluigi, lo schema di partenza si trova a pagina 210, cioe' alla fine del capitolo 10.

Di ARTA e' sicuramente scaricabile una demo perfettamente funzionante al netto di alcune features (se non ricordo male e' impossibile salvare/esportare i risultati delle misure in qualsiasi formato che non sia grafico); poiche' l'oggetto comodissimo da utilizzare e' fatto piuttosto bene anche dal punto di vista degli algoritimi utilizzati, alla fine mi e' sembrato giusto acquistarne una licenza, ad un prezzo, a mio parere, piu' che commisurato alla qualita' globale del programma (si e' trattato, se la memoria non mi inganna, di una sessantina di euro). Calcolando che la medesima licenza vale anche per altri due applicatiivi (STEPS e LIMP, dedicati rispettivamente alle misure di risposte in frequenza/distorsione il primo, e di impedenze ed altri parametri di altoparlanti il secondo) direi che sono soldi spesi bene. Per utilizzarli e' sufficiente una scheda audio di buona qualita - la EMU a mio parere e' ottima, gia' con quella interna al mio portatile pero' qualcosa si puo' fare (magari non misure di THD a livelli particolarmente bassi, ma risposte all'impulso, risposta in frequenza etc. si').

Per quanto riguarda lo stampato, ahime', la mia pigrizia ed il non molto tempo a disposizione mi hanno impedito di dedicarmici con un certo impegno - non appena riusciro' a metterne in cantiere uno vi faro' sapere. Il circuito comunque e' ancora abbastanza semplice da permettere di ottenere buoni risultati gia' sulle millefori standard - magari posso pubblicare una foto di quest'ultima...

L.

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#13

Messaggio da leggere da harris74 » sabato 2 gennaio 2010, 21:02

Luka ha scritto:Pierluigi, lo schema di partenza si trova a pagina 210, cioe' alla fine del capitolo 10.

Di ARTA e' sicuramente scaricabile una demo perfettamente funzionante al netto di alcune features (se non ricordo male e' impossibile salvare/esportare i risultati delle misure in qualsiasi formato che non sia grafico); poiche' l'oggetto comodissimo da utilizzare e' fatto piuttosto bene anche dal punto di vista degli algoritimi utilizzati, alla fine mi e' sembrato giusto acquistarne una licenza, ad un prezzo, a mio parere, piu' che commisurato alla qualita' globale del programma (si e' trattato, se la memoria non mi inganna, di una sessantina di euro). Calcolando che la medesima licenza vale anche per altri due applicatiivi (STEPS e LIMP, dedicati rispettivamente alle misure di risposte in frequenza/distorsione il primo, e di impedenze ed altri parametri di altoparlanti il secondo) direi che sono soldi spesi bene. Per utilizzarli e' sufficiente una scheda audio di buona qualita - la EMU a mio parere e' ottima, gia' con quella interna al mio portatile pero' qualcosa si puo' fare (magari non misure di THD a livelli particolarmente bassi, ma risposte all'impulso, risposta in frequenza etc. si').

Per quanto riguarda lo stampato, ahime', la mia pigrizia ed il non molto tempo a disposizione mi hanno impedito di dedicarmici con un certo impegno - non appena riusciro' a metterne in cantiere uno vi faro' sapere. Il circuito comunque e' ancora abbastanza semplice da permettere di ottenere buoni risultati gia' sulle millefori standard - magari posso pubblicare una foto di quest'ultima...

L.
Ciao Luca,
Grazie per le informazioni, molto corrette e precise.
Ti ho chiesto questo, perchè i grafici da te postati sembrano fin troppo perfetti...Purtroppo sono sempre stato scettico sulla strumentazione da PC specialmente quando Hardware e software non sono stati fatti appositamente per fare quello che serve.
In ogni caso, il software ARTA (76 euro per una licenza) non sembra affatto male.
Dunque dalla EMU tu riesci a prelevare segnali e impulsi molto fedeli? La cosa mi interessa molto...Grazie ancora!
Ciao! Christian.

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#14

Messaggio da leggere da Pierluigi Marzullo » domenica 3 gennaio 2010, 0:27

Svelato il mistero ...

Sull'edizione che ho io (1993) ancora non c'era; compare nell'edizione del 1998 !

:wink:
Pierluigi Marzullo

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#15

Messaggio da leggere da marco-64 » domenica 3 gennaio 2010, 16:34

Ma questo link è giusto:
http://www.fesb.hr/~mateljan/arta/download.htm
non ho trovato nessun riferimento all'aquisto o, perlomeno non l'ho visto.
ciao ciao
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#16

Messaggio da leggere da Pierluigi Marzullo » domenica 3 gennaio 2010, 19:22

In fondo alla pagina:

Here you can download postal order form for Media Audio d.o.o. in Microsoft Word format or in PDF format. It contain full explanation of payment modes. After receiving the payment the customer will get the license key (by email or normal postal service).

Clicca sul PDF ed hai il modulo.

Visto che c'è la possibilità, è meglio che prima lo provi!

:D
Pierluigi Marzullo

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#17

Messaggio da leggere da marco-64 » lunedì 4 gennaio 2010, 13:32

Ok grassie, avevo evidentemente ancora un qualche panettone che galleggiava sullo spumante di capodanno :oops: :oops: :oops:
ciao ciao
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#18

Messaggio da leggere da Luka » martedì 5 gennaio 2010, 1:04

harris74 ha scritto: Ti ho chiesto questo, perchè i grafici da te postati sembrano fin troppo perfetti...Purtroppo sono sempre stato scettico sulla strumentazione da PC specialmente quando Hardware e software non sono stati fatti appositamente per fare quello che serve.
Anche io ero abbastanza scettico, devo pero' ammettere di essere rimasto piacevolmente stupito dalla qualita' della EMU; non e' ovviamente uno strumento professionale, ma a quel prezzo francamente non credo si possa pretendere di piu'. E' chiaro che a quei livelli di distorsione i risultati non devono essere presi automaticamente per buoni ma, viceversa, valutati con un minimo di prudenza; arrivare pero' intorno allo 0.001%, o poco sotto, con un sistema da ~200 euro in totale (al netto, ovviamente, del pc - lasciamo perdere il costo del mio portatile...) mi sembra un bell'andare.

Per avere un termine di paragone questa sera mi sono dedicato a realizzare un piccolo supplemento di indagine sulla THD del generatore con metodi piu' canonici, e terribilmente piu' lunghi: un sano notch (basato - c'e' bisogno di dirlo? - su un SVF) ed un oscilloscopio digitale. Questo e' quello che viene fuori, avendo gia' applicato le debite correzioni dovute al guadagno post-notch (20dB) ed al livello del segnale in ingresso:

Immagine

Il picco a ~4.5kHz e' una spuria la cui origine ancora mi sfugge (calcolando il livello a cui viaggia e' pero' un problema piu' estetico che pratico...); al netto di questo, l'inviluppo spettrale e' compatibile assai con il tipo di generatore (che, ricordo, esce con un passa-basso del II ordine) e, se si esclude il livello di II e III armonica (probabilmente affette, come detto, da qualche fenomeno di cancellazione dovuto alla EMU), confrontabile con il risultato della misura fatta con EMU+ARTA. L'armonica piu' alta e' la II a ~-115dB, le successive scalano piu' o meno esattamente a 12dB/ottava, sopra la VII non c'e' praticamente nulla di stabilmente rilevabile. Facendo i conti, ne risulta una THD pari a circa -112dB, cioe' 0.00025%, cioe', pericolosamente simile a quella di cui sembra sia capace la EMU0202. Considerando che in questo caso alla distorsione del generatore ha da essere aggiunta quella del notch (SVF nella topologia a 4 opamp + buffer + passabasso del II ordine tagliato a ~ 20 kHz - tutti 5532), piu' quella dell'oscilloscopio USB (che non e' certo un fulmine di guerra da questo punto di vista), direi che il dato potrebbe anche essere lievemente pessimistico. Insomma: l'ordine di grandezza del risultato (e anche qualcosa di piu') torna abbastanza egregiamente con quello del dato rilevato (un po' stimato, in realta'...) tramite EMU/ARTA.
harris74 ha scritto:Dunque dalla EMU tu riesci a prelevare segnali e impulsi molto fedeli? La cosa mi interessa molto...Grazie ancora!
Direi di si' - si 'automisura' a meno dello 0.001% sino a 1Vrms abbondante in uscita, e sta sullo 0.0005% (guardacaso quasi esclusivamente di II e III armonica...) a livelli piu' bassi - la mia impressione e' che la THD del generatore sia anche inferiore a quella misurata da ARTA medesimo, ma non mi sono ancora impegnato per verificarlo. Per il resto, e come e' lecito attendersi, il generatore interno e' un po' rumoroso (nulla a cui non si possa rimediare con un passa basso) ma direi che con ARTA (o qualsiasi altro applicativo di questo tipo) ci si possono fare con comodita' estrema delle discrete misure (THD, intermodulazione, THD vs livello/frequenza, risposta all'impulso, etc. etc.).

Ciao,

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#19

Messaggio da leggere da harris74 » martedì 5 gennaio 2010, 12:14

Luka ha scritto:
harris74 ha scritto: Ti ho chiesto questo, perchè i grafici da te postati sembrano fin troppo perfetti...Purtroppo sono sempre stato scettico sulla strumentazione da PC specialmente quando Hardware e software non sono stati fatti appositamente per fare quello che serve.
Anche io ero abbastanza scettico, devo pero' ammettere di essere rimasto piacevolmente stupito dalla qualita' della EMU; non e' ovviamente uno strumento professionale, ma a quel prezzo francamente non credo si possa pretendere di piu'. E' chiaro che a quei livelli di distorsione i risultati non devono essere presi automaticamente per buoni ma, viceversa, valutati con un minimo di prudenza; arrivare pero' intorno allo 0.001%, o poco sotto, con un sistema da ~200 euro in totale (al netto, ovviamente, del pc - lasciamo perdere il costo del mio portatile...) mi sembra un bell'andare.

Per avere un termine di paragone questa sera mi sono dedicato a realizzare un piccolo supplemento di indagine sulla THD del generatore con metodi piu' canonici, e terribilmente piu' lunghi: un sano notch (basato - c'e' bisogno di dirlo? - su un SVF) ed un oscilloscopio digitale. Questo e' quello che viene fuori, avendo gia' applicato le debite correzioni dovute al guadagno post-notch (20dB) ed al livello del segnale in ingresso:

Immagine

Il picco a ~4.5kHz e' una spuria la cui origine ancora mi sfugge (calcolando il livello a cui viaggia e' pero' un problema piu' estetico che pratico...); al netto di questo, l'inviluppo spettrale e' compatibile assai con il tipo di generatore (che, ricordo, esce con un passa-basso del II ordine) e, se si esclude il livello di II e III armonica (probabilmente affette, come detto, da qualche fenomeno di cancellazione dovuto alla EMU), confrontabile con il risultato della misura fatta con EMU+ARTA. L'armonica piu' alta e' la II a ~-115dB, le successive scalano piu' o meno esattamente a 12dB/ottava, sopra la VII non c'e' praticamente nulla di stabilmente rilevabile. Facendo i conti, ne risulta una THD pari a circa -112dB, cioe' 0.00025%, cioe', pericolosamente simile a quella di cui sembra sia capace la EMU0202. Considerando che in questo caso alla distorsione del generatore ha da essere aggiunta quella del notch (SVF nella topologia a 4 opamp + buffer + passabasso del II ordine tagliato a ~ 20 kHz - tutti 5532), piu' quella dell'oscilloscopio USB (che non e' certo un fulmine di guerra da questo punto di vista), direi che il dato potrebbe anche essere lievemente pessimistico. Insomma: l'ordine di grandezza del risultato (e anche qualcosa di piu') torna abbastanza egregiamente con quello del dato rilevato (un po' stimato, in realta'...) tramite EMU/ARTA.
harris74 ha scritto:Dunque dalla EMU tu riesci a prelevare segnali e impulsi molto fedeli? La cosa mi interessa molto...Grazie ancora!
Direi di si' - si 'automisura' a meno dello 0.001% sino a 1Vrms abbondante in uscita, e sta sullo 0.0005% (guardacaso quasi esclusivamente di II e III armonica...) a livelli piu' bassi - la mia impressione e' che la THD del generatore sia anche inferiore a quella misurata da ARTA medesimo, ma non mi sono ancora impegnato per verificarlo. Per il resto, e come e' lecito attendersi, il generatore interno e' un po' rumoroso (nulla a cui non si possa rimediare con un passa basso) ma direi che con ARTA (o qualsiasi altro applicativo di questo tipo) ci si possono fare con comodita' estrema delle discrete misure (THD, intermodulazione, THD vs livello/frequenza, risposta all'impulso, etc. etc.).

Ciao,

L.
Luca, complimenti e molte grazie per il tempo che mi hai dedicato.

Non sarà un sistema professionale, ma i risultati direi proprio che sono ottimi.

Conosci qualche negozio o sito web sicuro per aquistare la EMU?
Che tu sai, accetta o esiste qualche versione con connessione Ethernet? Cosi potrei collegarla al sistema di rete Agilent I/O control...

Ancora grazie!
Ciao! Christian.

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#20

Messaggio da leggere da Telstar » giovedì 7 gennaio 2010, 11:59

La mia scheda audio ha lo stesso A/D e sembra ben realizzata.
Non ho ancora fatto delle misure (mi mancano degli stupidi cavetti di loopback).

In sostanza, riesci a misurare fino a 0,01% di distorsione con la emu, giusto?
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#21

Messaggio da leggere da Luka » venerdì 8 gennaio 2010, 0:40

harris74 ha scritto:Conosci qualche negozio o sito web sicuro per aquistare la EMU?
Che tu sai, accetta o esiste qualche versione con connessione Ethernet? Cosi potrei collegarla al sistema di rete Agilent I/O control...

Ancora grazie!
Figurati. Io l'ho comprata da playback-europe.com - considerato che era fine luglio il loro servizio e' stato ottimo: e' arrivata in una settimana circa. Poi e' finita in mano ad un corriere beota che non e' riuscito a vedere il numero civico del mio palazzo, la qual cosa mi ha costretto ad andare a ritirarmela a Linate - niente di grave, avendo una moto, ma tanto playback e' stata efficiente quanto TNT cialtrona... Non mi risulta che esista un modello dotato di scheda di rete - questo e' il modello piccolo della EMU, ma nemmeno la 0404 e' dotata di connessioni di rete. In realta' non mi viene in mente alcuna scheda audio ad alte prestazioni dotata di questa feature - e' troppo da strumento di misura...
Telstar ha scritto:In sostanza, riesci a misurare fino a 0,01% di distorsione con la emu, giusto?
Anche meno, almeno campionando sino a 48 kHz; a sampling rate maggiori (arriva a 192 kHz) puoi fare deliziose misure di risposta in frequenza e fase, ma il rumore ultrasonico e' troppo alto per misure ragionevoli di THD e THD+N. Per quello che ho potuto capire questo comportamento e' dovuto sia al meccanismo di noise-shaping, sia alle spurie ad alta frequenza che si mescolano al segnale del generatore (il quale, come e' ragionevole che sia, non sembra essere dotato di un passa basso in uscita) - puoi sempre mettercelo tu, ma visto che campionando a 44.1 e 48 khz disponi di un robustissimo filtraggio digitale anti-aliasing, la cosa piu' comoda (almeno dal mio punto di vista) e' limitarsi a queste frequenze. Usando un generatore esterno a bassa distorsione la situazione migliora ma il noise shaping finisce sempre per fregarti a SR >= 96 kHz. Questo per quanto riguarda la EMU; magari la tua e' meno problematica da questo punto di vista, oppure puoi puntare su un applicativo che ti permetta di filtrare digitalmente il segnale - uno dei (non molti, per la verita') difetti di ARTA e' l'assenza di questa opzione.

Ciao,

L.

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#22

Messaggio da leggere da Pierluigi Marzullo » venerdì 8 gennaio 2010, 8:07

Luka ha scritto:
Telstar ha scritto:In sostanza, riesci a misurare fino a 0,01% di distorsione con la emu, giusto?
Anche meno, almeno campionando sino a 48 kHz; a sampling rate maggiori (arriva a 192 kHz) puoi fare deliziose misure di risposta in frequenza e fase, ma il rumore ultrasonico e' troppo alto per misure ragionevoli di THD e THD+N. Per quello che ho potuto capire questo comportamento e' dovuto sia al meccanismo di noise-shaping, sia alle spurie ad alta frequenza che si mescolano al segnale del generatore (il quale, come e' ragionevole che sia, non sembra essere dotato di un passa basso in uscita) - puoi sempre mettercelo tu, ma visto che campionando a 44.1 e 48 khz disponi di un robustissimo filtraggio digitale anti-aliasing, la cosa piu' comoda (almeno dal mio punto di vista) e' limitarsi a queste frequenze. Usando un generatore esterno a bassa distorsione la situazione migliora ma il noise shaping finisce sempre per fregarti a SR >= 96 kHz. Questo per quanto riguarda la EMU; magari la tua e' meno problematica da questo punto di vista, oppure puoi puntare su un applicativo che ti permetta di filtrare digitalmente il segnale - uno dei (non molti, per la verita') difetti di ARTA e' l'assenza di questa opzione.
Potreti spiegare meglio questo concetto di rumore ultrasonico?

:wink:
Pierluigi Marzullo

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#23

Messaggio da leggere da Luka » venerdì 8 gennaio 2010, 16:02

Questo e' lo spettro del rumore di fondo del canale migliore della mia EMU (con ingresso chiuso a massa) rilevato a 4 differenti sampling rate alla massima lunghezza possibile (131072 punti) e con finestra rettangolare:

Immagine

Trascurando l'aumento apparente del fondo (dovuto semplicemente alla diminuzione del processing gain - ho incrementato la frequenza di campionamento tenendo costante la lunghezza della FFT), ed alcune spurie particolarmente evidenti a 192 kHz, la risalita del fondo per frequenze superiori a 22 kHz e' quella che in ultima analisi ti frega quando tenti di fare misure a 96/192 kHz; a frequenze inferiori il filtro antialiasing (il cui - brutale - ingresso si vede all'estremo superiore di tutti gli spettri) invece fa il suo bel lavoro. Quello che succede quando invece del fondo si analizza un tono puro e' che, nonostante il livello delle armoniche sotto i 20 kHz non cambi sostanzialmente, l'algoritmo di calcolo (che non so a quale ordine si fermi) probabilmente va a pescare anche armoniche ultrasoniche il cui livello e' completamente falsato dall'aumento del fondo:

Immagine

Ne segue che la THD del tono di cui sopra viene stimata a ~0.00045% @ 44.1 kHz e 48 kHz; ~0.001% @ 96 kHz; 0.13% (!!) @ 192 kHz - se si potesse scegliere l'ordine della armonica piu' alta da considerare durante la stima della THD (per il calcolo della THD ARTA usa, se non ricordo male, l'algoritmo di Goertzel, con il quale e' piuttosto semplice scegliere sino a quale armonica spingere la stima), o implementare una qualche forma di filtraggio digitale (cosa che altri programmi ti permettono di fare), le cose andrebbero meglio. E' sempre possibile salvare i dati (lo spettro, o direttamente il vettore campionato) per analizzarli off-line con Matlab o Octave, ma avere l'indicazione in tempo reale e' indubbiamente piu' comodo.

Quanto alle ragioni del bizzarro comportamento (la scheda interna al portatile non si comporta cosi'), il rumore ultrasonico sembra - a giudicare dall'inviluppo - imputabile a qualche forma di modellamento implementato dalla scheda; all'estremo superiore poi il fondo e' cosi' alto che non escluderi anche qualche problema di aliasing nonostante il filtro interno (il 'pettine' che si intravede sopra i 40 kHz puzza un po'...). Nulla che possa infastidire in banda audio, alla fine il noise-shaping nasce appunto per aumentare il SNR esattamente sotto i 20 kHz; ma se si parla di misure...

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#24

Messaggio da leggere da Pierluigi Marzullo » venerdì 8 gennaio 2010, 16:48

Ottima spiegazione, complimenti! :wink:


Hai provato magari con un'altra scheda?

:D
Pierluigi Marzullo

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harris74
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#25

Messaggio da leggere da harris74 » venerdì 8 gennaio 2010, 20:02

Grande Luca! Molto interessante, complimenti anche da parte mia!
Ciao! Christian.

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