Mittaaminen ja analysointi · • Rational Acoustics: Smaart • Usein monia reaaliaikaisia mittausmenetelmiä • RTA • Spektrogrammi • Magnitudi (=poikkeama) • Vaihe • Kulkuaika

Mittaaminen ja analysointi

Äänentoistojärjestelmät Klas Granqvist

Akun Tehdas / Oy Aku’s Factory Ltd

Äänijärjestelmien mittaamisesta• Hyvin suuren osan äänentoistojärjestelmän toimintakunnosta ja sen toimivuudesta voi havaita korvin • Taajuusvaste • Kattavuus

• Tarkempaan analysointiin tarvitaan usein jonkinlainen mittaus- ja analysointilaitteisto • Tarkempi taajuussisältö • Vaihevaste • Kulkuaikaerot • Impulssivaste

Äänijärjestelmien mittaamisesta• Tyypillisen mittalaitteiston komponentit

• Mittamikrofoni • Äänikortti • Mittausohjelmisto • Äänenpainekalibraattori (ei pakollinen)

• Nykyään yleensä tietokoneessa toimiva ohjelmisto • Monimutkaisemmat järjestelmät edelleen omia laitteitaan

SIM

© Meyer Sound

Mittalaitteisto• Mittamikrofoni

• Pallokuvioinen • Taajuusvasteeltaan mahdollisimman suora • Yleensä pienikalvoinen kondensaattorimikrofoni • Laadukkaissa malleissa mukana tarkistuskortti

• Äänikortti • Normaalisti tarvitaan kaksi sisäänmenoa

• Yhdelläkin voi tehdä joitain mittauksia • Oltava säädettävissä siten, että ulostulo syötetään ohjelmistosta eikä suoraan

esim. mikrofonituloista (”direct monitoring”) • Phantom-syöttö

Mittalaitteisto• Mittausohjelmisto

• Useita eri valmistajia

• AFMG: Systune • WaveCapture: Tuning Capture

• Arta Labs: Arta • Rational Acoustics: Smaart

• Usein monia reaaliaikaisia mittausmenetelmiä

• RTA • Spektrogrammi

• Magnitudi (=poikkeama) • Vaihe • Kulkuaika

• Myös ei-reaaliaikaisia mittauksia • Impulssivaste

• Kaiunta

Mittausohjelmiston perusidea• Äänessä yksittäiset aaltomuodot vaikuttavat toisiinsa ja summautumisten ja kumoutumisten seurauksena on uusi, kompleksinen aaltomuoto • Vaihe, amplitudi ja taajuussisältö vaihtelevat

• Ohjelmiston toiminta perustuu ajatukseen, että jokainen kompleksinen aaltomuoto on purettavissa yksittäisiin taajuuksiin • Fourierin muunnos (Jean Baptiste Joseph Fourier, 1768-1830)

• Mikrofoni poimii mitattavan äänen ja syöttää sen ohjelmistolle analysoitavaksi

• Mittausohjelmisto tuottaa graafista tietoa, jota pitää osata analysoida

Summautuminen ja kompleksinen aalto2 identtistä taajuutta, idenntinen amplitudi

45° vaihe-ero2 identtistä taajuutta, idenntinen amplitudi

150° vaihe-ero

3 identtistä taajuutta, eri amplitudit, eri vaiheet 3 eri taajuutta, eri amplitudit, eri vaiheet

Fourier’n muunnos

Fourier’n muunnos

f

A

Mittausohjelmiston perusidea• Jatkuvan äänen mittaaminen ja analysointi saattaisi muodostua ohjelmistolle liian raskaaksi

• Laskennan keventämiseksi ääniaalto jaetaan tietyn kokoisiin aikalohkoihin, eli ”ikkunoihin”, joiden sisältö analysoidaan yhtenä kokonaisuutena • = FFT window, FFT size

• FFT:n koko ilmoitetaan yleensä näytemääränä, joka on joku kahden potenssi • Esimerkiksi ikkuna 4K = 4096 näytettä, 8K = 8192 näytettä ja 16K 16384

näytettä • FFT:n koko määrittää näytteenottotaajuuden perusteella sen, mikä on yhden

ikkunan aikamäärä

FFT-ikkunointi

t

A

FFT size ja aikavakio (TC)

TC = FFTfs

TC = 16384 smp48000 smp / s = 0,341s

Mittausohjelmiston perusidea• Kun FFT:n arvoa suurennetaan, aikavakio kasvaa

• Tietyltä ajalta saadaan vähemmän analysoitavia lohkoja, minkä seurauksena laskenta kevenee ja nopeutuu

• Aikavakio on kuitenkin myös sidoksissa mittauksen taajuusresoluutioon • Yhden ikkunan sisältä ei voida analysoida taajuuksia, jotka eivät ehdi suorittaa

vähintään yhtä kokonaista sykliä ikkunan aikana

• Mitä pienempi FFT, sitä pienempi aikavakio ja sitä huonompi taajuusresoluutio • Määrittää mittauksen alimman mahdollisen taajuuden • Vaikuttaa myös tarkkuuteen matalimmilla taajuusalueilla

Aikavakio ja taajuusresoluutio

RESf = 1TC

RESf = 10,341 s = 2,92 Hz

Parametrien koonti

TC = FFTfs

RESf = 1TC

RESf =fs

FFT

Mittausohjelmiston perusidea• Analysaattorit ovat työkaluja äänentoistojärjestelmän tutkimiseen ja niiden läpi kulkevien signaalien tarkkailuun sekä niissä ilmenevien ongelmien havaitsemiseen • = Kysymysten herättäminen

• Eri mittaustavat soveltuvat erilaisten ongelmien havaitsemiseen ja niiden syyn selvittämiseen

• Kaksi peruskysymystä äänentoistojärejstelmälle • Millainen ääni on itsessään? • Millainen ääni on suhteessa johonkin toiseen ääneen? • → Käytössä joko yksi- tai kaksikanavainen mittaus

Mittausohjelmiston perusidea• Yksikanavainen mittaus

• =Signaalianalyysi • Suora mittaus • Millainen ääni on itsessään?

• Kaksikanavainen mittaus • =Järjestelmäanalyysi • Epäsuora mittaus • Mitä äänelle tapahtuu sen kulkiessa äänentoistojärjestelmän läpi?

• Molemmilla mittaustavoilla saadaan tietoa kahdesta oleellisesta äänen ominaisuudesta • Ilmiöistä ajan suhteen • Ilmiöistä taajuuden suhteen

Aika- ja taajuussuhteet

© Rational Acoustics (EAW)

Yksikanavainen

Kaksikanavainen

Aika Taajuus

Aaltomuoto Spektri

Impulssi Siirtofunktio

Yksikanavainen mittausjärjestelmä

Mitattava ääni

Mikrofoni

I/O DAW

Mittaustavat: •RTA

•Spektrogrammi

Kaksikanavainen mittausjärjestelmä

Mitattava ääniMittasignaali

I/O DAW

Mittaustavat: •Siirtofunktio (magnitudi ja vaihe)

•Kulkuaika (impulssi)

Referenssisignaali

Smaart: ”Tabs” eli eri mittaukset

© Rational Acoustics

Smaart: Muistiin otetut mittaukset


Smaart: Pikakomennot


Smaart: Aktiivisen mittauskanavan tietoja


Smaart: Käytössä olevat kanavat


Smaart: Signaaligeneraattorin asetukset


Smaart: Mittausmoodi


Smaart: Aktiivisen mittauksen tietoja


Smaart: mittauksen tiedoista• Banding

• Kuinka moneen osaan oktaavi on jaettu • Tarkempi jako tuottaa tarkempaa tietoa, mutta saattaa olla vaikealukuisempaa • Karkeampi jako yksinkertaistaa näyttöä, mutta saattaa jättää jotain tietoa piiloon

• Averaging • Kuinka monen yksittäisen mittauksen keskiarvo näytössä on • Pienempi keskiarvotus → mittaus reagoi nopeammin • Suurempi keskiarvotus → yksittäiset häiriöt eivät vaikuta niin paljon

mittaustulokseen •

Smaart: Banding 1/48


Smaart: Banding 1/12


Smaart: Banding 1/3


Smaart perusasetukset• I/O configuration • Measurement configuration • Meter configuration

Yksikanavaisten mittausten tulkinta

RTA: taajuus


RTA: amplitudi


Spektrogrammi: taajuus


Spektrogrammi: kulunut aika


Spektrogrammi: skaalan säätäminen


Kaksikanavaisten mittausten tulkinta

Magnitudi: taajuus


Magnitudi: poikkeama


Magnitudi: koherenssi


Magnitudi: kulkuaikaviiveen asettaminen


Vaihevaste: taajuus


Vaihevaste: vaihe-ero asteina


Tyypillinen siirtofunktion näkymä


Mittamisesta• Siirtofunktion mittaamista ei ole välttämätöntä tehdä erityisen lujalla • Siinä vaiheessa, kun koherenssi ei enää parane, on äänenvoimakkuus riittävä

• Isompaa yleisöaluetta mitattaessa on oleellista valita useampi mittauspiste ja laskea niistä keskiarvo

Documents

Mittaaminen ja analysointi · • Rational Acoustics: Smaart • Usein monia reaaliaikaisia mittausmenetelmiä • RTA • Spektrogrammi • Magnitudi (=poikkeama) • Vaihe • Kulkuaika