Där-igenom kan man avgöra vilka felkällor som kan föreligga och hur de påverkar mätningarna.
* Artikeln analyserar olika normers for- och nackdelar samt klargör skillnader så att man med utgångspunkt i detta kan jämföra mätningar, utförda enligt olika normer.
* Avslutningsvis behandlas lämplig uppbyggnad aven modern för-stärkare från brussynpunkt.
• • I tidigare artiklar har de olika brustyper som finns analyserats teoretiskt.!) Bandbred-den ingår som en faktor i dessa formler. Man ser här att en angivelse av inom vilken band-bredd brusmätningarna försiggår är av stor vikt. I dessa teoretiska artiklar utgår man från ett känt brus på förstärkarens ingång och stärker därefter detta i en frekvenslinjär för-stärkare. Samtidigt delar man upp bruset i de två teoretiska brusen (termiskt- och l/f-bru-set) och behandlar dem därefter var för sig.
Vid praktiska mätningar på en grammofon-förstärkare adderas de bägge brusen, och man har en förstärkare som ej har rak frekvens-gång (RIA A-korr). Samtidigt tillför man andra, icke önskvärda signaler som en 50 Hz brumkomponent med dess övertoner. De på utgången befintliga, icke önskvärda signalerna avviker som synes till stor del från de teore-tiska.
Mätmetoder ror brusmätningar
Det vanligaste sättet att mäta brus är att på utgången ansluta ett mätinstrument med en effektvärdesavkännande likriktare. Vid kort-sluten ingång uppmäts därefter den störspän-ning, som finns på utgången vid fullt
uppvri-den volym. .
l)
Leif Asbrink: Bedömning av f"örstärkare från brussynpunkt, se RT 1971, nr 6, p 28.Denna mätning blir helt värdelös om man därefter försöker jämföra dessa mätvärden med andra värden, uppmätta med andra mät-instrument. Vid brusmätningar är det av stor vikt att man känner mätinstrumentets band-bredd samt vilken tidskonstant (integrations-tid) som finns i likriktare och instrument. Typ av likriktare har också stor betydelse för mät-värderesultatet.
Många gånger anges mätvärden vid s k vägningskurva. Detta förutsätter att man an-ger vilken typ av vägnings kurva som används
Eftersom dessa instrument är konstruerade för att mäta ljudtryck i samband med en mätmikrofon och ej de elektriska signaler som finns i förstärkare, har dessa instrument andra typer av likriktare och vägningskurvor. Då
beräkningsvärden kan anges) skalljag fi;irsöka ange skillnaden enligt DIN.
Bandbredden i mätinstrumentet
DIN-normen föreskriver en bandbredd från 31,5 Hz till 20 kHz. Brantheten på på sitt mätinstrument möjlighet att koppla in band begränsning vid 22,5 Hz och 22,5 kHz.
Lutningen på avskärningen följer normerna för de standardiserade oktavfilter, som ingår i CC/TT-rekommendationerna. De tv.å band-begränsningarna är inritade på samma kurv-papper, sefig 1 .
Denna skillnad får väl ses som liten (ca 0,1 dB högre värde hos DIN-normen), vilket medför att ingen korrektion mellan dessa mät-värden behÖver ske. Psofometerkorva P av-bildas ifig 2.
I mätförstärkare för ljudmätningar finns en vägningskurva, som benämns A. Denna kurva är i stort örats s k hörtröskelkurva (Fletcher
& Munson-diagrammet), som har inverterats.
Kurvan är inritad i fig 2. Som synes värderar det A-vägda bruset med RMS likriktare.
En senare kurva, som troligtvis kommer att utgöra en ny standard, är Q-kurvan, se fig 2.
I denna vägningskurva värderas bruset inom l kHz till 12,5 kHz mera vilket ger en ökning i förhållandet till A-vägning på ca 10,6 dB.
Alla dessa olika vägningskurvor har till uppgift att försöka objektivt mäta bruset och få en överensstämmelse med det subjektiva intrycket av brusets styrka.
Genom att ange både det linjära och det vägda värdet på bruset kan man avgöra om bruset består av mycket lågfrekventa
kompo-nenter eller om nätbrum ingår.
~
RADIO & TELEVISION-NR 9-1971 59
Nivå
dB
o DIN
-10
- fCCITT -20
-30
-40 10 20 50 100 200 500 1k Zk
Fig l. Bandbegränsningar enl DIN resp CCIR.
Nivå
dB
(100 pV) O
-10
-20
20 50 100 200 SOO 1k 2k
DN
cClTr\
5k 10k 20k 40k Hl _ f
5k 10k 20k Hl _ f Fig 3. Brusnivå uppmätt med tersfilter hos PAT4 förförstärkare med kortsluten ingång.
Nivå
dB
l
-1050 100 200 500 1k 2k 5k 10k 20k Hl _ f
Fig 5. Brusnivi uppmätt med tersfilter hos Acoustical Quad förförstärkare med kortsluten ingång.
Nivå
o
-10
•
-20
-3~0 so 100 200 500 1k 2k Sk 10k 20k Hl _ f Fig 7. Vitt brus upptaget med B &K tersbandsanalysator.
60
RADIO & TELEVISION-NR,9-1971Nivå
+10
Q-kurva
o
A kurva -10
P-kurva -20
-30
-40 10 20 50 100 200 500 1k 2k 5k 10k 20k 40k Hl - f Fig 2. Psofometerkurva (P) och inverterad hörtröskelkurva (A).
+10
(100)JV)O
-"I-I.
50 100 200 500 1k 2k Sk 10k 20k Hl ___ f
Fig 4. Brusnivå uppmätt med tersfilter hos PAT4 förförstärkare med mät-pick-up.
Nivå dB
-40 20 50 100 200 500 1k 2k Sk 10k 20k Hl ___ f
Fig 6. Brusnivå uppmätt med tersfilter hos Acoustical Quad förförstärkare med mät-pick-up.
Nivå dB
+10
O ~ .
-10
-20 20 50 100 200 500 1k 2k 5k 10k -20k Hl
_ f
Fig 8. Rosa brus upptaget med B &K tersbandsanalysator.
Ett bättre system att avgöra brusets form är dock att frekvensanalysera det.
Brusspektrogram och dess utvärdering Frekvensanalys kan ske mycket smalbandigt med·våganalysator, som bekant. Ett vanligare sätt är att använda en serie filter, som har en känd band bredd, som täcker hela det frekvens-område man vill undersöka. Vanligtvis har filtren en tredjedels oktav bandbredd och benämns ofta tersoktavfilter. Om filterbanken kopplas till en skrivare så, att varje filter automatisKt inkopplas samtidigt som man på skrivaren registrerar den utspänning som finns efter filtret, erhålls en kurva enligtfig 3.
Då bandbredden i dessa filter ökar med stigande frekvens, måste man för att erhålla absolutvärdet inom varje filter korrigera med en sänkning av I dB för varje tredjedels oktav.
Detta åskådliggörs lättast om man registre-rar ett vitt brus med denna metod. - Sefig 7! överförings-karakteristiken på förstärkare, ordnar man ofta den nämnda korrigeringen i brusgenera-torn genom att där införa ett filter som sänker med 3 dB/oktav. Detta brus kallas vanligtvis behöver denna smalbandighet vid dessa mät-ningar. En våganalysator med liten band bredd kostar också mycket mera än ett tersfilter av fabrikat B &K.
Inverkan av mätinstruments likriktare Då dessa mätningar går ut på att objektivt mäta brusets subjektiva inverkan på örat, in-ser man snart atr ett instrument som mäter RMS-värdet ej är särskilt lämpat. Överens-stämmelsen är relativt god vid mätningar med vitt brus, eftersom det har en någorlunda jämn amplitudfördelning. I förstärkare före-kommer mycket ofta kortvariga störningar med hög amplitud, s k pop-cornbrus. Dessa
Denna likriktare har kort insvängningstid och en betydligt längre utsvän'gningstid. I B &K-instrumentet sker en RMS-likriktning med 100 ms tidskonstant. Denna skillnad gör, att värden som uppmäts med RMS instru-ment kan anta 4 till 7 dB lägre. värden än med "quasi peak" likriktare, uppmätt med samma vägningskurva.
En nyare, mer avancerad likriktning, anges i DIN 45633, Del 2, för impulsljudmätningar.
Där sker en kvadrering av signalspänningen (som är proportionell mot ljudtrycket). Den utjämnas därefter i ett RC-nät, som har 35 rns tidskonstant, varefter kvadratroten drages.
Därpå tages toppvärdet av denna signal med en krets, som har kortare insvängningstid än 35 ms och en utsvängningstid på omkring 3 s.
T ex B &K impulsljudmätare typ 2204.
Mätvärdesskillnad mellan DIN och IEC . på hi fi-förstärkare
De tidigare angivna värdena på skillnaden mellan DIN 45405 och IEC 268-1 hänför sig till beräkningar med vitt brus. Vid mätningar på hi fi-förstärkare kan 'dessa värden endast tjänstgöra som riktvärden.
Som synes ifig 3 -6 avviker denna registre-ring av ett förstärkarbrus till stor del från det förstärkare. Värdering och jämförande av mätvärden uppmät~a med samma typ av
Mätningar på mikrofoner och mikrofonförstärkare
En kondensatormikrofon kan från brussyn-punkt ses som en ren brusresistans, vilken har shuntats med en kondensator. Motståndets värde bestäms av resistansen över vilken den växelspänningsvariation, som uppstår vid kapacitansvariationen, uttages. Typiskt värde är omkring 10 MQ. Den kapacitans som shuntar denna resistans bestäms av kapaci-tansen mellan mikrofonmembranen.
Det brus, som därvid alstras, får en frekvens-sammansättning som sjunker med 6 dB/oktav vid stigande frekvens. Man kan säga, att det vita bruset, som motståndet lämnar, passerar ett RC-nät, där lutningen på frekvenskurvan som bekant blir ju!,t 6 dB/oktav.
Inom mikrofonmättekniken har man därför infört en ny typ av brus, som benämnes rött brus, vars frekvenssammansättning sjunker med 6 dB/oktav.
Vid mätningar av detta brus med P-kurva och A-kurva blir skillnaden den, att A-kurvan ger ca 1,5 dB lägre brusvärde än P-kurvan, uppmätt med RMS-Iikriktare och snabb tids-konstant. Om DIN-normens quasi-peak an-vänds, blir dess värde ca 4,2 dB högre än RMS-värdet. Totalt ger mätvärdet i denna mätning 5;7 dB lägre värde för vägning med A-filter och RMS likriktning än DIN-normen
Kortsluten ingång eDer "mät-pick-up"
DIN-normen anger ingenting om hur man.
skall förfara med ingången vid mätningar av brus. Vanligaste metoden ä'r troligtvis att kort-sluta ingången. Detta ger också .det lägsta brusvärdet vid transistorförstärkare. Kort-slutning av ingången ger ju en missanpassning, då en pick-up ej har oändligt låg resistans. De i dag vanligaste pick-uperna har ett ekvivalent schema enligtfih 10.
Från brussynpunkt får denna typ av pick-up ett med stigande frekvens sjunkande frekvensspektrum. För en transistorförstärka-re, vars egen brus är beroende av generator-impedansen, ser man här att en pick-up av-viker stort från en kortsluten ingång. Anled-ning till att man har använt metoden med kortslu(en ingång härrör troligtvis från tiden för rörförstärkare, där generatorimpedansen inte har lika stor inverkan, vilket syns om man jämförfig 3 ochfig 4.
En konstruktör som ej ser upp med detta, kan alltså vid injustering av basströmmen i första transistorn få ett mycket lågt brusvärde vid kortsluten ·ingång.
I en serie mätningar på olika förstärkare som utförts, visas att olika värden erhålls mellan kortsluten respektive "pick-up. ekvi-valent" eller "konst-pick-upen" på ingången;
se tab 1. Den minsta skillnaden uppvisar rör-förstärkaren. "Pick-up ekvivalenten" är en Shure pick-up, som monterats i skärm burk av Il-metall för att förhindra magnetisk strålning.
Införandet av denna nålmikrofon eller konstgjorda avkännare i de av RT:s
I DIN 45500 sägs, att om det finns volymkon-troll på förstärkaren, skall den inta ett visst läge. l förförstärkare skall utsignalen sänkas 20 dB från det värde, som erhålls vid fullt uppvriden volym och h.ar en sådan insignal att förstärkaren är fullt utstyrd.
RT har till egna mätningar ritat ett dia-gram, där man ser dynamiken vid olika totaI-förstärkning i förstärkaren. Samtidigt har också inritats volymkontrollens vridningsvin-kel för olika förstärkning. De olika kurvorna som inritas visar dynamiken'vid olika utspän-ning från pick-u pen.
Ett sätt att i tabellform ange några mätvär-den är önskvärt. Den bästa lösningen på detta problem vore att ange brusvärdet vid det i DIN rekommenderade värdet på ·volymkon-trollen.
De värden, som då bör anges, är följande: Kortsluten respektive "pick-up ekvivalent"
på ingången, det A-vägda värdet samt det·
linjära värdet, för att man på detta sätt skall kunna avgöra hur stor del av mätvärdet som ...
kommer från brum komponenterna.
r
RADIO & TELEVISION-NR S-1971 61
Nivå dB
P kurv r
-o
-10 A-kurva
-20
c ~
R
Fig 10. Pic-upens ekviva-lentschema.
50 100 200 500 1k 2k 5k 10k 20k Hz _ _ f Fig 9. Kurvan i tig 3 omräknad till A-resp P-korrektion.
Fig 11. Förslag till lämplig uppbyggnad hos förstärkare.
Nivå och brusanpassning
meDan de olika stegen i förförstärkare En vanlig förstärkare kan delas upp i block enl fig 11. Hittills har enbart grammofonste-get och mikrofonsteget berörts. Efterföljande steg måste också dimensioneras så, att den dynamik, som erhållits i tidigare steg, ej för-sämras.
l effektsteget är det inga nämnvärda pro-blem att erhålla stor dynamik. Ingen påtagli-gare spänningsförstärkning behöver ske, var-vid det interna bruset ej blir stort. Det brus som tillförs ingången förstärks ej så mycket.
Om det brus, som alstras av effektförstärka-ren är så lågt att det ligger under hörseltrös-kein, uppfattar man inget brus om