Как протестировать звуковую карту…
Итак, Вы решили заняться оцифровкой с внешнего источника (магнитофон, проигрыватель виниловых пластинок и пр.), но не совсем уверены в характеристиках Вашей звуковой карты. Да и как можно быть уверенным в параметрах, когда даже дорогие звуковые карты (продаваемые в России) бывают сомнительного происхождения… Хотя, не всегда можно винить Китай и прочих монстров, развернувшихся в изготовлении (зачастую глюкавого) «железа». Не секрет, что очень часто бывает рядовая несовместимость комплектующих… Обычный слушатель редко заметит, что его карточка имеет характеристики обычного радиоприемника, не более. Вроде бы работает карточка, звук есть, вроде как без явных искажений … и ладно… слушать пойдет…
Но мы с же Вами — оцифровщики!
И являемся монстрами «От» и «До» в любом вопросе, связанным со звуком!
Нас не устраивают параметры рядовых слушателей! Мы боремся за качественное воспроизведение звука на любой карточке! Нас не упрекнет качеством ни один музыкант со своим идеальным слухом! Ведь правда?…
Ладно, шутки-шутками, но это и есть моральные рамки оцифровшика. Если оцифровщик отступает от этих «тезисов», то он переходит в разряд обычного цифруна.
Если Вы намерены всерьез заняться качественной оцифровкой, либо восстановлением аудио архивов, то настоятельно рекомендую, перед приобретением звуковой карты, договориться в фирме (где Вы собираетесь совершить покупку) на счет замены на аналогичную, если Вас не устроят ее технические характеристики.
Кстати на это, как потребитель, Вы имеете полное право. Не дайте себя «одурачить»!
Например я, свою SB Live! менял минимум раз шесть, пока не остановился на устраивающем меня экземпляре!
В нижеприведенном описании Вы узнаете, чем и как протестровать имеющийся девайс.
Только имейте ввиду, что подобранная Вами карточка с идеальными параметрами, например при смене материнской платы уже не будет соответствовать характеристикам, которые Вы тщательно тестировали. Такая уж зависимость чипов и мелкосхем, что идеальный вариант можно подобрать лишь однажды…
Ниже даю описание «от изготовителя».
Измерительный комплекс Analyser(R)
Содержание:
Описание программы
Программа Analyser(R) предназначена для проверки характеристик электронных устройств с использованием возможностей звуковой карты. Работает под управлением операционных систем Windows’95,’98, ME, NT4, Win2000.
Программа состоит из трех, относительно независимых блоков:
- синтеза и вывода сигнала,
- ввода и предварительной обработки сигнала,
- анализа сигнала и отображения результатов.
Все эти блоки реализованы как процессы начинающие свою жизнь при запуске программы и текущие параллельно друг другу. Фактически звуковая карточка, вместе с компьютером, работает как генератор тестового сигнала, так и как измерительный прибор. Так как процесс вывода и ввода аудио сигнала протекают одновременно, необходимо, что бы звуковая карта и ее драйвер поддерживали режим full-duplex.
Analyser(R) выступает как цифровой генератор звуковой частоты, осциллограф и спектроанализатор. Так как ЦАП звуковой карточки синхронизируется от кварцевого генератора, то стабильность тестового сигнала получается порядка 10-9. Использование компьютера в качестве измерительного прибора позволяет существенно упростить и ускорить процесс тестирования карточки. Аналогичная аппаратура, используемая для тестов аудиотехники, может стоить десятки тысяч долларов.
Цифровой генератор тестового сигнала позволяет генерировать синусоидальный сигнал с частотой в диапазоне от 20 Гц до 20 КГц. Значение генерируемой частоты задается в окне Frequency (Hz). Этот тестовый сигнал, имеющий амплитуду соответствующую максимальному уровню сигнала звуковой карты, в цифровом виде умножается на 1, 0.1 и 0 в зависимости от положения переключателя Signal (0dB, -20dB, No). Что позволяет проводить измерения при номинальном (максимальном) уровне сигнала, при стандартном (для тестовых измерений) уровне сигнала, и при его отсутствии (имеются только шумы в канале записи-воспроизведения).
В правом верхнем углу программы имеется окно осциллографа, позволяющего визуально отследить форму сигнала. «Частота горизонтальной развертки» осциллографа синхронизирована с выставленной в окне Frequency (Hz) частотой генератора, что позволяет наблюдать на экране ровно один период сигнала. Ползунок под окном осциллографа смещает начальную фазу отображения сигнала.
В зависимости от положения переключателя Signal (0dB, -20dB, No) сигнал в окне осциллографа масштабируется по вертикальной оси так, ч тобы он занимал все окно. Другими словами график сигнала «умножается» на 1, 10, 100. Отметим, что случай Signal — No соответствует отсутствию синусоиды на выходе генератора (в канале присутствует только тепловой шум и наводки). Поэтому масштабный множитель, при таком положении переключателя Signal, был задан эмпирически.
Программа позволяет в реальном времени измерять мощность входного сигнала. Мощность измеряется в децибелах относительно мощности синусоидального сигнала максимальной амплитуды и отображается в окне Power (dB). В левой части окна располагается спектроанализатор. Шкала частот представлена в логарифмическом масштабе от 10 Гц до 22.5 КГц. Розовым цветом отмечены частоты 100 Гц, 1000 Гц и 10 КГц. По вертикальной шкале отложены децибелы, 0 соответствует синусоидальному сигналу максимальной амплитуды. Розовым цветом отмечены уровни в 0 и -20 дБ. Спектр сигнала рассчитывается по 8128 отсчетам сигнала, что позволяет иметь спектральное разрешение 10.76 Гц. При расчете спектра может быть использовано либо прямоугольное, либо квазичебышевское окно. Первое позволяет получить самый узкий (острый) пик полосовых фильтров, второе — более низкий уровень боковых лепестков. Выбор между различными типами окон производится через контекстное меню спектроанализатора. При запуске программы, по умолчанию, используется квазичебышевское окно.
Кнопка Function/Memory включает режим памяти, т.е. изображение сигнала и спектра накладываются на оные, полученные с предыдущих тактов измерений.
Кнопка Function/-||- включает режим фильтрации постоянной составляющей входного сигнала. Кнопка имитирует подобную функцию для измерительных приборов. Отличие состоит только в том, что фильтрация осуществляется в цифровом виде, а значит одновременно с фильтрацией постоянной составляющей входного сигнала устраняется и сдвиг нуля звуковой карточки (постоянной составляющей АЦП).
Кнопка Function/AFC включает режим измерения Амплитудно-Частотной Характеристики — АЧХ (Amplitude-Frequency Characteristic — AFC). В этом режиме Analyser(R) превращается в цифровой измеритель АЧХ: генератор автоматически изменяет частоту синусоидального сигнала, сигнал проходит по аналоговым цепям карточки, спектроанализатор рассчитывает полученный спектр входного сигнала, определяется амплитуда спектрального максимума, затем полученный уровень (для данной частоты) запоминается. При сканировании всего звукового диапазона, по полученным точкам, строится график АЧХ (желтого цвета). Измерение АЧХ производится либо при уровне тестового сигнала в 0дБ, либо при уровне -20 дБ (стандартный уровень для подобных измерений).
Одним из возможных применений программы — проверка характеристик звуковых карточек. При измерениях линейный выход звуковой карты соединяется с ее линейным входом. Схема соединения приведена ниже:
«Идеальный» сигнал после цифрового синтеза подвергается цифро-аналоговому преобразованию, выходит через линейный выход, проходит по соединительному кабелю, входит в карточку через линейный вход, преобразуется в цифровую форму аналогово-цифровым преобразователем карточки и начинает обрабатываться в блок ввода и предварительной обработки. На этапе аналогового представления сигнала на него действуют наводки, шумы, он подвергается различным искажениям, перестает быть «идеальным». Так как синтез исходного и обработка полученного сигналов выполняются в цифровом виде, имеется возможность отследить практически все искажения.
Процесс измерения звуковых характеристик карточки схож с процессом тестирования характеристик звуковых магнитофонов и отличается от него следующим: при тестировании магнитофона измерительный («идеальный») сигнал от генератора записывается на ленту, а во время воспроизведения и с помощью измерительной аппаратуры, можно оценить появившиеся искажения. Именно так измеряются сквозные (запись-воспроизведение) характеристики. Для звуковой карточки изменяется только последовательность операций: сначала сигнал генерируется (воспроизводится), а затем, после прохождения по аналоговым цепям, вводится (записывается) в компьютер и анализируется программой. Таким образом, можно померить сквозные характеристики аналоговых трактов звуковой карты.
Руководство пользователя программы
Содержание:
- Возможности программы
- Общее описание
- Жучки и подводные камни
- Методика измерений.
Возможности программы:
Analyser(R) позволяет за считанные минуты проверит: сквозную АЧХ карточки; уровень шумов, наводок; проникновение сигнала из канала записи в канал воспроизведения на различных частотах, оценить гармоники. Так как и спектроанализатор, и генератор, и осциллограф — цифровые, то измерения получаются достаточно точными. К примеру, можно задать частоту генерации синусоидального сигнала в диапазоне от 10 Гц до 22КГц, при этом нестабильность частоты будет порядка 10-9 (нестабильность кварца).
Общее описание:
Программа состоит из цифрового генератора сигналов, осциллографа и спектроанализатора. Для ее нормальной работы необходима звуковая карточка с установленным драйвером, поддерживающим режим full-duplex. При испытаниях линейный выход звуковой карточки необходимо соединить с ее линейным входом. В общем-то, если есть желание, можно проверить еще и встроенные в карточку усилители мощности и/или микрофонный усилитель, соединив друг с другом, через делитель напряжения, одноименные выходы и входы. При тестировании карточка моделирует «идеальный» сигнал и подает его на ЦАП карточки. Сигнал преобразуется в аналоговую форму, в которой на него действуют различные помехи и искажения, проходит по соединительному кабелю на вход АЦП, преобразуется в цифру и анализируется программой. После анализа можно сказать, на сколько не идеально работает данная карточка.
Жучки и подводные камни:
- При построении АЧХ, график получается не гладкий (шероховатый). Дело в том, что при тестировании не учитывается форма полосовых фильтров спектроанализатора. В Analyser(R) Std. это предполагается исправить.
- На некоторых звуковых платах (обычно это дорогие карточки) не получается измерить уровень шума и наводок. Связанно это с тем, что при низких уровнях сигнала в них срабатывает электронный ключ, замыкающий накоротко вход АЦП. В Analyser(R) Std. используется другой метод оценки: генерируется обычный сигнал и на его фоне производится измерение мощности шума, наводок и гармонических искажений.
- Иногда пропадает изображение сигнала и его спектра. Связанно это со способами ввода-вывода и анализа сигнала. В данной программе они не синхронизированы друг с другом (выполняются как отдельные процессы), соответственно при любой их рассинхронизации (при запуске «мощного» приложения) происходит потеря информации. В Analyser(R) Std. это хотят исправить.
- На некоторых звуковых карточках оценка мощности шума получается неверной из за того, что в режиме full-duplex входной сигнал оцифровывается восемью разрядами. Так как отношение/сигнал возникающее из за квантования сигнала по амплитуде примерно равно: SNR=7.2-6*n, где n — число разрядов квантования, то при восьми разрядном квантовании входного сигнала, оценка мощности может получится больше -40.8дб. С другой стороны, если тепловые шумы и наводки малы (меньше данной величены), то их мощности не хватит для изменения даже младшего разряда АЦП и на его выходе будет «ноль» т.е. полное отсутствие шума, что не верно. Проверить, с каким числом разрядов происходит квантование входного сигнала в Вашей карточки можно по осциллограмме сигнала в режиме -20дб: если на синусоиде будут заметные ступеньки (с шагом половины деления шкалы по амплитуде), то вам не повезло и для оценки отношения сигнал/шум придется приобретать Analyser(R) Std.
a. Подготовка к измерениям:
- Соединить линейный выход карточки с линейным входом по возможности коротким и экранированным кабелем.
- Запустить программу Analyser(R).
- Выбрать (включить) в панели громкости Windows(r) линейные выходы и входы. Отрегулировать с ее помощью уровни сигналов таким образом, что бы мощность сигнала была равна 0 дБ, а форма синусоиды не искажена. Мощность сигнала и форма синусоиды оценивается в панели Analyser(R). Наименьшие искажения синусоиды получаются если мощность будет немного меньше 0 дБ, т.к. в этом случае АЦП и ЦАП не входят в режим ограничения. Запомните измеренную мощность X (она еще понадобится для оценки сигнал/шум).
b. Измерение АЧХ:
АЧХ обычно измеряется на уровне -20дБ, поэтому необходимо включить кнопку «-20dB», а затем «AFC».
c. Измерение отношения сигнал/шум:
Включить кнопку «No». Измерьте полученную мощность Y. Отношение сигна/шум SNR, будет определятся формулой SNR = Y-X. Примечание. В некоторых карточках, при низком уровне сигнала (именно такая ситуация будет при измерении мощности шума), происходит замыкание линейного входа и выхода электронными ключами. В этом случае на входе будет круглый ноль и померить уровень шумов не получится. Что можно сделать, так это постепенно понижая уровень сигнала регуляторами громкости отследить порог отключения входа. В Analyser(R) Std предполагается использовать алгоритм определения мощности шума на фоне тестового сигнала.
d. Измерение уровня наводок:
Включить кнопку «No». По спектрограмме оценить частоты наводок (выглядят как сильные пики на фоне шума) и их амплитуды. В принципе методика измерения отношения сигнал/шум на самом деле дает отношение сигнал/(шум + наводки), то есть является интегральной.
e. Измерение паразитного проникновения из канала воспроизведения в канал записи:
Отключить соединительный кабель от линейного входа карточки (это единственный режим в котором линейный вход карточки отключается от выхода). Произвести измерение АЧХ на уровне 0дб. Максимальное значение построенной АЧХ и будет уровнем паразитной помехи. Соответственно можно сказать, и на какой частоте происходит наибольшее паразитное проникновение.
f. Измерение гармоник:
Задайте частоту сигнала F = 44100/2n, n — любое число от 2 до 4096. При такой частоте боковые лепестки спектров будут равны нулю и можно будет точно оценить уровни гармоник. Соответственно уровень второй гармоники будет равен амплитуде сигнала на частоте 2*F, третей на частоте 3*F и так далее. Обычно измеряют интегральный коэффициент гармоник по четным и нечетным гармоникам, который является суммой мощностей соответственно четных и нечетных частот разделенной на мощность тестового сигнала. В стандартной версиии предусмотрен режим автоматического вычисления интегральных коэффициентов гармоник.
Результаты проверки звуковой карты
Содержание:
- Амплитудно частотная характеристика
- Гармонический анализ
- Шумы и наводки
- Проникновение сигнала из канала воспроизведения в канал записи
- Выводы
Использвалась звуковая карта SKY ROCKET GOLD 16 PLUS 3D.
Амплитудно частотная характеристика:
| Частота | Провал* |
|---|---|
| 20 гц | -27 дБ |
| 20 Кгц | -24 дБ |
*как при максимальном сигнале, так и на уровне -20 дБ.
Результат в виде графиков:
Клик мышкой по скриншоту, даст возможность просмотреть его в натуральную величину…
Гармонический анализ:
| Уровень сигнала | ||
|---|---|---|
| Гармоники | 0 дБ | -20 дБ |
| Вторая | -45 дБ | -50 дБ |
| Третья | -60 дБ | -66 дБ |
Результат в виде графиков (частота тестового сигнала равна 344.53125 гц):
Клик мышкой по скриншоту, даст возможность просмотреть его в натуральную величину…
Шумы и наводки относительно максимальной мощности синусоидального сигнала:
| Тепловые шумы и наводоки | -67 дБ |
|---|---|
| Уровень самих наводок | -69 дБ. |
Результат в виде графиков:
Клик мышкой по скриншоту, даст возможность просмотреть его в натуральную величину…
Результат теста карты SKY ROCKET GOLD 16 PLUS 3D на паразитное проникновение сигналов из канала воспроизведения в канал записи:
Паразитное проникновение достигает 57 дБ на частотах до 200 гц.:
Клик мышкой по скриншоту, даст возможность просмотреть его в натуральную величину…
Выводы:
На основании тестов можно считать, что данная звуковая карта работает как магнитофон среднего качества и до уровня «цифрового» звука ей очень далеко. Ее преимуществом можно считать низкую цену и шестнадцати разрядное преобразование как выходного, так и входного сигналов при работе в режиме full-duplex.