Тестирование осциллографами систем аудиоустройств

Магазин Gtest(R) предлагает широкую номенклатуру Осциллографов на приводимой страничке сайта в самом конце настоящего Раздела, а также рекомендуемые приборы и статьи для самообразования

Человеческое ухо, которое достаточно молодо и не слишком много страдало от сильного шума, может улавливать звуковые частоты в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. Таким образом, этот диапазон чаще всего используется для тестирования. Современное электронное испытательное оборудование может легко воспроизводить эти частоты для использования в качестве входных тестовых сигналов; или захватывать их для анализа качества выходного аудиосигнала.

Рисунок 1: Настройка WaveStation для создания синусоидальной волны с качающейся частотой. Прибором легко управлять с передней панели или через программное обеспечение ПК.

Генерация тестовых сигналов

Существует множество тестов для аудиоустройств. Самый простой — это ввод одночастотной синусоиды. Более распространенный тест — это развертка синусоиды, которая охватывает диапазон частот. Также можно проверить реакцию устройства на внезапный импульс. В некоторых случаях аудиоустройства управляются через последовательную шину, такую как I2S, или в автомобильной системе через CANbus. Может быть, желательно проверить такие системы, отправляя последовательные потоки данных, которые активируют функции аудиосистемы. Во всех этих случаях требуется генератор сигналов. Такие приборы, как WaveStation или ArbStudio от LeCroy, могут генерировать сигналы в диапазоне от короткого импульса, пачки или непрерывного сигнала. Сигнал может иметь стандартную форму (импульс, пилообразный сигнал, синусоида и т. д.), развертку частот, контролируемое количество шума или произвольную форму волны. Можно даже захватить реальную форму волны, такую как музыка или команда последовательных данных, отредактировать этот сигнал, добавив шум или помехи, а затем воспроизвести сигнал. На рисунке 1 показан пример настройки WaveStation для создания синусоидальной волны с качающейся частотой, которая начинается с 10 Гц и проходит через частоты до 30 кГц. Этот сигнал может быть отправлен один раз, несколько раз или он может быть зациклен непрерывно.

Захват, декодирование и характеристика сигналов

Для захвата и измерения аудиосигналов можно использовать несколько типов испытательного оборудования. Анализаторы спектра могут измерять частотный состав сигнала. Поскольку они имеют динамический диапазон более 100 дБ, эти приборы хорошо подходят для обнаружения небольших количеств энергии сигнала при наличии гораздо больших частотных пиков на первичных частотах. Цифровые осциллографы лучше подходят для проверки равномерности отклика аудиосистемы. Осциллограф делает выборку сигнала и выполняет преобразование Фурье, которое измеряет частотный состав от постоянного тока до частоты, равной половине частоты дискретизации (частота Найквиста). Некоторые современные осциллографы могут генерировать анализ FFT на один миллион точек, который показывает равномерность отклика аудиоустройства с гораздо большим разрешением и точностью, чем анализатор спектра. Для этого типа измерений важно выбрать осциллограф с большой памятью сбора данных и возможностью выполнять FFT на большой длине записи.

Рисунок 2: Короткая увеличенная деталь последовательного потока данных аудиосигнала декодируется в верхней трассе. Две нижние трассы представляют собой аналоговые формы звуковых волн, соответствующие значениям в цифровой форме волны.

На рисунке 2 показано использование осциллографа, который может декодировать аудиосигналы, передаваемые по последовательному протоколу данных. Верхняя трасса представляет собой увеличенную деталь последовательного потока данных, который декодируется в шестнадцатеричные значения. Параметр 1 (P1) и параметр 2 (P2) были определены как значения данных в последовательном потоке данных для левого и правого каналов аудиоинформации. Две нижние трассы, F1 и F2, показывают дорожки этих декодированных значений. Это позволяет просматривать аудиоинформацию в виде формы волны и даже воспроизводить ее через наушники или динамики. Инженер может использовать этот метод для просмотра и прослушивания эффектов отсечения, сбоев и других проблем. Этот тип возможностей очень полезен при проектировании или отладке аудиокомпонентов/систем, которые включают методы последовательных данных для управления устройством или для кодирования аудиоинформации. Такой же вид декодирования и отслеживания может быть выполнен для значений в потоке данных CANbus, используемом в автомобильных приложениях.

Рекомендуемое оборудование

И LeCroy WaveStation, и ArbStudio могут создавать стандартные функции (пилообразные, синусоидальные, импульсные и т. д.) и произвольные формы сигналов. Оба могут импортировать реальные формы сигналов, которые были захвачены осциллографом. Как стандартные функции, так и произвольные формы сигналов можно редактировать, чтобы добавлять шум, помехи или другие особенности к сигналу. WaveStation лучше подходит для создания более коротких и простых форм сигналов, поскольку у него более короткая память, чем у ArbStudio.

Многие типы осциллографов могут использоваться для тестирования аудиосигналов. Одной из линеек продуктов, которая хорошо подходит, является WaveSurfer от LeCroy. Он может выполнять БПФ до миллиона точек, когда требуется анализ спектра, и, с добавлением опции AudioBus, может декодировать протоколы I2S, LJ, RJ и TDM. Для автомобильных приложений также есть опции для декодирования CANbus, LIN и FlexRay.

Выводы

Тестирование, характеристика и отладка аудиоустройств могут быть выполнены быстрее и тщательнее с использованием правильного типа приборов. Генерация тестовых сигналов может быть выполнена с помощью генераторов функциональных/произвольных сигналов. Цифровые осциллографы могут просматривать сигнал как во временной, так и в частотной области. Доступны дополнительные пакеты для запуска и декодирования последовательных потоков данных, что очень полезно для тестирования устройств, использующих последовательные протоколы.