ऑडियो विश्लेषक
एक ऑडियो विश्लेषक एक परीक्षण और माप उपकरण है जिसका उपयोग इलेक्ट्रॉनिक और इलेक्ट्रो-ध्वनिक उपकरणों के ऑडियो गुणवत्ता माप को मापने के लिए किया जाता है। ऑडियो गुणवत्ता आव्यूह आयाम, लाभ (इलेक्ट्रॉनिक्स), ध्वनी, कुल हार्मोनिक विरूपण और इंटरमॉड्यूलेशन विरूपण, आवृत्ति प्रतिक्रिया, संकेतों के सापेक्ष चरण, क्रॉसस्टॉक, और अधिक सहित कई प्रकार के मापदंडों को आवरण करते हैं। इसके अतिरिक्त कई निर्माताओं के पास ऑडियो उपकरणों के व्यवहार और कनेक्टिविटी के लिए आवश्यकताएं होती हैं जिनके लिए विशिष्ट परीक्षण और पुष्टि की आवश्यकता होती है।
ऑडियो विश्लेषण के लिए आवश्यक है कि परीक्षण के तहत उपकरण ज्ञात विशेषताओं का प्रोत्साहन संकेत प्राप्त करे जिसके साथ विशिष्ट माप में व्यक्त मतभेदों को निर्धारित करने के लिए विश्लेषक द्वारा आउटपुट संकेत (प्रतिक्रिया) की तुलना की जा सकती है। यह संकेत विश्लेषक द्वारा स्वयं उत्पन्न या नियंत्रित किया जा सकता है या किसी अन्य स्रोत से आ सकता है (उदाहरण के लिए, एक रिकॉर्डिंग) जब तक वांछित माप से संबंधित विशेषताओं को परिभाषित किया जाता है।
परीक्षण और माप उपकरण के रूप में ऑडियो एनालाइज़र को परीक्षण (डी.यू.टी) के तहत विशिष्ट उपकरणों से उत्तम प्रदर्शन प्रदान करने की आवश्यकता होती है। उच्च गुणवत्ता वाले ऑडियो एनालाइजर को सार्थक माने जाने के लिए ध्वनी, विरूपण और हस्तक्षेप के लुप्त स्तर के निम्न स्तर को प्रदर्शित करना चाहिए, और इंजीनियरों और डिजाइनरों द्वारा विश्वास किए जाने के लिए निरंतर और विश्वसनीय रूप से ऐसा करना चाहिए। उदाहरण के लिए जबकि एक वाणिज्यिक सीडी प्लेयर 1 kHz पर लगभग -98 dB का कुल हार्मोनिक विरूपण प्लस ध्वनी (THD+N) अनुपात प्राप्त कर सकता है, एक उच्च गुणवत्ता वाला ऑडियो विश्लेषक THD+N को -121 dB जितना कम प्रदर्शित कर सकता है (यह है ऑडियो प्रेसिजन APx555 का निर्दिष्ट विशिष्ट प्रदर्शन)।
ऑडियो विश्लेषक उत्पादों के विकास और उत्पादन दोनों में उपयोग किए जाते हैं। उत्पाद के प्रदर्शन को समझने और परिष्कृत करते समय एक डिज़ाइन इंजीनियर इसे बहुत उपयोगी पाएगा जबकि एक प्रोडक्शन इंजीनियर तेजी से पुष्टि करने के लिए परीक्षण करना चाहेगा कि इकाइयां विनिर्देशों को पूरा करती हैं। बहुत बार ऑडियो विश्लेषक इन दो स्थिति में से किसी एक के लिए अनुकूलित होते हैं।
वर्तमान लोकप्रिय ऑडियो विश्लेषक मॉडल में सम्मिलित हैं: APx585 और APx555 (ऑडियो प्रेसिजन से), डीस्कोप M1 और श्रेणी III (स्पेक्ट्रल मापन से, पूर्व में प्रिज्म साउंड), U8903A (एजीलेंटसे) और यूपीपी और यूपीवी विश्लेषक (रोहडे और श्वार्ज से)।
इतिहास
ऑडियो परीक्षण के लिए उपयोग किए जाने वाले प्रारंभिक विश्वसनीय स्रोतों में से एक 1939 में हेवलेट-पैकर्ड द्वारा बनाया गया पहला उत्पाद, HP200A ऑडियो ऑसिलेटर था। HP200A के चतुर और अल्पमूल्य डिजाइन ने परीक्षकों को बहुत उच्च गुणवत्ता, कम विरूपण साइन लहरें उत्पन्न करने की अनुमति दी जो परीक्षण के लिए इस्तेमाल की जा सकती हैं। इसके बाद 1941 में कंपनी ने HP320A और HP320B डिस्टॉर्शन एनालाइजर प्रस्तुत किए।
ये प्रारंभिक विश्लेषक केवल कुल हार्मोनिक विरूपण और ध्वनी को संयुक्त रूप से निर्धारित कर सकते थे, और डट के आउटपुट से उत्तेजना संकेत की मौलिक आवृत्ति को हटाने के लिए एक तेज पायदान फिल्टर को नियोजित करके काम किया। शेष संकेत को एसी वोल्टेज के रूप में मापा गया था और इस प्रकार कुल ध्वनी और विरूपण की मैन्युअल गणना के लिए लगभग 0.1% न्यूनतम की अनुमति दी गई थी।
एचपी, वांडेल और गोल्टरमैन, रेडफोर्ड, मार्कोनी, ध्वनि प्रौद्योगिकी, और अंबर के बाद के उत्पादों ने 1950 के दशक से 1970 के दशक तक माप क्षमताओं को परिष्कृत करना जारी रखा किंतु उपयोग का मॉडल अपेक्षाकृत स्थिर रहा; संकेत जनरेटर और विश्लेषक उपकरण के अलग-अलग टुकड़े थे, और परीक्षण में उच्च तकनीकी कौशल वाले व्यक्ति द्वारा प्रत्येक की सावधानीपूर्वक ट्यूनिंग सम्मिलित थी। यह 1980 में टेकट्रोनिक्स AA501 डिस्टॉर्शन एनालाइज़र की प्रारंभिक के साथ बदल गया जिसने सेटिंग लेवल, आवृत्ति ट्यूनिंग और न्यूलिंग की प्रक्रियाओं को स्वचालित कर दिया। इसी समय हेवलेट पैकर्ड ने लोकप्रिय HP8903B प्रस्तुत किया जिसने एक इकाई में उच्च गुणवत्ता वाले संकेत जनरेटर और विश्लेषक को संयोजित किया।
अस्सी के दशक के मध्य तक टेक्ट्रोनिक्स ने ऑडियो परीक्षण उपकरण का उत्पादन बंद कर दिया और 1984 में AA501 विकसित करने वाली टीम के सदस्यों ने ऑडियो प्रेसिजन प्रारंभ किया। पहला ऑडियो प्रिसिजन उत्पाद प्रणाली वन था जिसने एक एकीकृत जनरेटर और विश्लेषक को एक कनेक्टेड पीसी के साथ जोड़ा जिससे परीक्षण प्रक्रियाओं को पूरी तरह से स्वचालित किया जा सके और उस समय अन्य उत्पादों में उपयोग किए जाने वाले सरल माइक्रोप्रोसेसरों की तुलना में कम्प्यूटेशनल शक्ति का एक उच्च स्तर प्रदान किया जा सके। एक पीसी के उपन्यास उपयोग ने उच्च स्तर के कस्टम स्वचालन के लिए अनुमति दी और परिणामों की एक अलग दृश्य प्रस्तुति को सक्षम किया।
ऑडियो एनालाइजर के साथ पीसी विधि के संयोजन को प्रिज्म साउंड (डीस्कोप) रोहडे और श्वार्ज़ (यूपीएल) और स्टैनफोर्ड रिसर्च (एसआर1) सहित अन्य लोगों द्वारा अपनाया गया था। जैसे ही उपलब्ध पीसी की शक्ति में वृद्धि हुई, माप स्वयं ऑडियो एनालाइजर द्वारा आंतरिक रूप से निष्पादित किए जाने से फास्ट फूरियर ट्रांसफॉर्म (फास्ट फूरियर ट्रांसफॉर्म) गणना करने वाले कनेक्टेड पीसी पर चलने वाले अनुप्रयोगों में स्थानांतरित हो गए, जिससे कई परिणामों का लचीलापन और संकल्प बढ़ गया।
एनालॉग के अतिरिक्त ऑडियो विश्लेषक आज कई अलग-अलग प्रकार के डिजिटल I/O पर ऑडियो संकेत उत्पन्न करने और मापने में अधिकांशतः सक्षम होते हैं। उदाहरण के लिए रोडे और श्वार्ज यूपीपी एईएस/ईबीयू, एस/पीडीआईएफ, आई²एस और HDMI विकल्प प्रदान करता है; ऑडियो प्रिसिजन APx500 श्रेणी एनालाइजर AES/EBU, S/PDIF, I²S, HDMI,पल्स-घनत्व मॉड्यूलेशन (पल्स डेंसिटी मॉड्यूलेशन) और ब्लूटूथ रेडियो को समर्थन करते हैं और पूरी तरह से डिजिटल संकेत प्रोसेसर आधारित हैं।
ब्लॉक डायग्राम और ऑपरेशन
एक आधुनिक ऑडियो विश्लेषक में निम्न सम्मिलित हैं:
- एक ऑडियो जनरेटर जो DUT को एनालॉग और डिजिटल दोनों तरह से प्रोत्साहन प्रदान करता है।
- ऑडियो इनपुट चरण जो DUT से प्रतिक्रिया प्राप्त करते हैं, दोनों एनालॉग और डिजिटल और इसे विश्लेषण के लिए उपयुक्त संकेत (एनालॉग या डिजिटल) में परिवर्तित करते हैं
- एक संकेत विश्लेषक जो प्रतिक्रिया को फ़िल्टर करता है और माप के परिणामों की गणना करता है जो सामान्यतः आधुनिक समाधानों में एक कनेक्टेड या एम्बेडेड पीसी है
- उपयोगकर्ता के लिए आउटपुट का एक रूप (प्रदर्शन, सूची, आदि)
एक बंद-लूप परीक्षण में, विश्लेषण इंजन ऑडियो जनरेटर को नियंत्रित करता है, साथ ही DUT के आउटपुट को मापता है, जैसा कि नीचे दिखाया गया है:
संकेत विश्लेषक ऑडियो जनरेटर और ऑडियो इनपुट चरणों दोनों को नियंत्रण प्रदान कर सकता है, यह सुनिश्चित करता है कि परीक्षण की स्थिति पूरी हो गई है। यह निर्धारित करने के लिए एक DUT की उत्तेजना और प्रतिक्रिया के बीच स्पष्ट समय संबंधों की भी अनुमति देता है।
ओपन-लूप परीक्षण में, सिग्नल विश्लेषक का DUT चलाने वाले ऑडियो स्रोत पर कोई नियंत्रण नहीं होता है, और इस प्रकार उपयोगकर्ता को यह सुनिश्चित करने के लिए ध्यान रखना चाहिए कि स्रोत उपयुक्त विशेषताओं का संकेत प्रदान कर रहा है। ओपन लूप टेस्ट उन DUTs को मापने के लिए उपयोगी होते हैं जिनमें कोई सीधा सिग्नल इनपुट नहीं होता है, जैसे कि CD या MP3 प्लेयर।
ओपन-लूप परीक्षण में, संकेत विश्लेषक का DUT चलाने वाले ऑडियो स्रोत पर कोई नियंत्रण नहीं होता है, और इस प्रकार उपयोगकर्ता को यह सुनिश्चित करने के लिए ध्यान रखना चाहिए कि स्रोत उपयुक्त विशेषताओं का संकेत प्रदान कर रहा है। ओपन लूप टेस्ट उन DUTs को मापने के लिए उपयोगी होते हैं जिनमें सीडी या एमपी3 प्लेयर जैसे कोई सीधा संकेत इनपुट नहीं होता है।
इलेक्ट्रो-ध्वनिक उपकरण
लाउडस्पीकर और माइक्रोफोन जैसे इलेक्ट्रो-ध्वनिक उपकरण विश्लेषण के लिए विशेष समस्याएं प्रस्तुत करते हैं क्योंकि उन्हें हवा के माध्यम से संकेत प्राप्त या प्रसारित करना चाहिए। इन स्थिति में ऊपर दिखाए गए मॉडल में DUT को पूर्ण इलेक्ट्रो-मैकेनिकल प्रणाली से बदला जाना चाहिए उदाहरण के लिए लाउडस्पीकर चलाने के लिए एक पावर एम्पलीफायर एक लाउडस्पीकर एक मापक माइक्रोफोन और माइक्रोफोन प्री-एम्पलीफायर परीक्षण के तहत वास्तविक उपकरण को केवल तभी मापा जा सकता है जब इस प्रणाली के अन्य उपकरणों को पूरी तरह से चित्रित किया जाता है, जिससे इन उपकरणों के योगदान को प्रतिक्रिया से घटाया जा सकता है । कई आधुनिक ऑडियो एनालाइजर में माप अनुक्रम होते हैं जो इस प्रक्रिया को स्वचालित करते हैं, और वर्तमान के विकास का ध्यान अर्ध-एनीकोइक माप पर रहा है। ये विधिया लाउडस्पीकरों को एक गैर-आदर्श (ध्वनी वाले) वातावरण में चित्रित करने की अनुमति देती हैं बिना किसी अप्रतिध्वनिक कक्ष की आवश्यकता के जो उन्हें उच्च मात्रा उत्पादन लाइन निर्माण में उपयोग के लिए आदर्श रूप से अनुकूल बनाता है। अधिकांश अर्ध-एनीकोइक माप एक साइन तरंग से निर्मित एक आवेग प्रतिक्रिया के आसपास आधारित होते हैं जिसकी आवृत्ति लॉगरिदमिक मापदंड पर बह जाती है जिसमें किसी भी ध्वनिक प्रतिबिंब को हटाने के लिए विंडो फ़ंक्शन प्रयुक्त होता है। लॉग स्वेप्ट साइन विधि संकेत-टू-ध्वनी अनुपात को बढ़ाती है और निक्विस्ट आवृत्ति तक व्यक्तिगत विरूपण हार्मोनिक्स के मापन की भी अनुमति देती है, कुछ ऐसा जो पहले एमएलएस (अधिकतम लंबाई अनुक्रम) जैसी पुरानी विश्लेषण विधियों के साथ असंभव था।
ऑडियो जेनरेटर
परीक्षण और माप में उपयोग के लिए उपयुक्त एक ऑडियो जनरेटर को कई मानदंडों को पूरा करना चाहिए जो एनालॉग और डिजिटल उत्तेजना दोनों पर प्रयुक्त होते हैं:
- विभिन्न तरंग प्रकार उत्पन्न करने की क्षमता
- साइन
- वर्ग
- मल्टीटोन (एक साथ साइन तरंगों का एक समूह)
- स्वीप (एक निर्दिष्ट आवृत्ति से दूसरे में निरंतर जाना)
- मानक इंटर-मॉड्यूलेशन वेवफॉर्म (SMPTE, DIN, DFD, और DIM)
- इच्छानुसार तरंग
- बहुत कम अवशिष्ट विरूपण और ध्वनी
- आयाम की पर्याप्त सीमा
- आवृत्ति की पर्याप्त सीमा
- आयाम की अत्यधिक उच्च स्पष्टता
- आवृत्ति की अत्यधिक उच्च स्पष्टता
- समायोज्य और स्पष्ट स्रोत प्रतिबाधा
- संतुलित/असंतुलित आउटपुट विकल्प (एनालॉग)
- एसी और डीसी युग्मन
इसके अतिरिक्त जनरेटर एक स्पष्ट आवृत्ति सीमा की परिभाषा और DUT को प्रस्तुत प्रोत्साहन के आयाम की अनुमति देगा। DUT की विशेषताओं के लिए परीक्षण स्थितियों को संरेखित करते समय यह महत्वपूर्ण है।
संकेत विश्लेषक
एकीकृत ऑडियो विश्लेषक की प्रारंभिक से पहले ऑडियो जनरेटर और ऑडियो विश्लेषक उपकरण के अलग-अलग टुकड़े थे। इस लेख में संकेत विश्लेषक एक आधुनिक ऑडियो विश्लेषक के तत्व को संदर्भित करता है जो वास्तविक मापों को प्रयुक्त करता है।
चाहे एनालॉग परिपथ डिजिटल संकेत प्रोसेसिंग (डीएसपी) या एफएफटी में अनुभव किया गया हो विश्लेषक इंजन को उच्च परिशुद्धता कार्यान्वयन प्रदान करना चाहिए:
- एसी/डीसी वाल्टमीटर (शिखर और आरएमएस)
- उच्च पास फिल्टर, लो पास फिल्टर और भार फिल्टर
- बंदपास छननी और पायदान फिल्टर
- आवृत्ति काउंटर
जैसा कि अधिकांश आधुनिक उपकरण डिजिटल रूप से आधारित होते हैं, संकेत विश्लेषण अधिकांशतः एफएफटी-आधारित गणनाओं का उपयोग करके किया जाता है, जिससे कई परिणामों को एकल परीक्षा पास में गणना की जा सकती है।
इन मापों के परिणामों को विश्लेषक द्वारा विभिन्न मानक इकाइयों और प्रारूपों जैसे वोल्ट, डेसिबल, डीबीयू या वोल्टेज, ध्वनि दबाव, ओम, सापेक्ष प्रतिशत आदि का उपयोग करके पढ़ने योग्य डेटा में संसाधित किया जाता है जो विशिष्ट माप की सूचना पर निर्भर करता है। कई प्राथमिक परिणामों को एक परिकलित परिणाम में जोड़कर व्युत्पन्न परिणाम प्राप्त किए जाते हैं।
माप और परिणाम
ऑडियो विश्लेषक कई प्रकार के मापदंडों को मापने में सक्षम हैं। मौलिक माप हैं:
- आयाम और लाभ (इलेक्ट्रॉनिक्स): स्तर संकेत की परिमाण का वर्णन करता है, और पूर्ण या सापेक्ष नियमो में व्यक्त किया जा सकता है। सामान्य निरपेक्ष इकाइयाँ वोल्ट, वाट, डीबीवी या वोल्टेज हो सकती हैं, जबकि सापेक्ष माप सामान्यतः डेसिबल में व्यक्त किए जाते हैं। स्तर को शिखर माप या मूल माध्य वर्ग माप के रूप में भी अनुकूलित किया जा सकता है। लाभ एक DUT के आउटपुट पर संकेत स्तर का अनुपात है जो इनपुट पर संकेत स्तर से विभाजित होता है जिसे सामान्यतः dB में व्यक्त किया जाता है।
- आवृत्ति प्रतिक्रिया: आवृत्ति के कार्य के रूप में DUT के आउटपुट स्तर को मापता है। स्तर समान इकाइयों में आमतौर पर डीबीवी और डीबीयू के रूप में व्यक्त किया जाता है।
- टोटल हार्मोनिक डिस्टॉर्शन टोटल हार्मोनिक डिस्टॉर्शन प्लस ध्वनी (THD+N): हार्मोनिक डिस्टॉर्शन प्रोडक्ट स्टिमुलस आवृत्ति के गुणक होते हैं, जबकि ध्वनी ऊर्जा है जो इनपुट संकेत से गणितीय रूप से असंबंधित है। संकेत परिणाम के रूप में, THD+N को DUT प्रतिक्रिया में सभी संकेत सामग्री माना जा सकता है जो प्रोत्साहन में सम्मिलित नहीं है।
- संकेत-से-ध्वनी रेशियो (एसएनआर): DUT से आने वाले वांछित संकेत और अवांछित ध्वनी का अनुपात, dB में व्यक्त किया जाता है।
- क्रॉसस्टॉक: एक ऑडियो चैनल से संकेत की अवांछित उपस्थिति जैसा कि यह एक DUT के अन्य ऑडियो चैनलों में दिखाई देता है। चूँकि यह एक अनुपात है, इसे dB में व्यक्त किया जाता है।
- चरण विलंब: समान आवृत्ति के दो संकेतों के बीच समय में संबंध संकेत की अवधि के एक अंश के रूप में व्यक्त किया गया। यह सामान्यतः डिग्री में व्यक्त किया जाता है, जिसमें साइनसॉइडल संकेत का एक पूरा चक्र 360 डिग्री होता है।
- इंटरमॉड्यूलेशन डिस्टॉर्शन इंटरमोड्यूलेशन डिस्टॉर्शन (आईएमडी): विरूपण जो दो या दो से अधिक संकेतों के गैर-रैखिक मिश्रण का परिणाम है सामान्यतः दो साइन-तरंगें अलग-अलग आवृत्तियों पर या एक साइन-वेव और स्क्वायर-वेव का योग आवृत्तियों के हार्मोनिक गुणकों पर विरूपण उत्पादों के अतिरिक्त उत्पादों को रकम के गुणकों और मूल आवृत्तियों के अंतर पर भी पाया जाता है।
- समय डोमेन: संकेत के एक आस्टसीलस्कप प्रदर्शन के समान समय के एक समारोह के रूप में तात्कालिक आयाम दिखा रहा है।
