Eksperymentalna przystawka pomiarowa do kart audio
Artykuł przedstawia bardzo prostą, uniwersalną dwukanałową przystawkę, przeznaczoną do wygodnego przeprowadzania pomiarów audio oraz do rozmaitych testów. Zaletą jest prostota, a z drugiej strony łatwość dostosowania do konkretnych potrzeb i eksperymentów, w szczególności do badania problemu szumów.
Komputerowe karty audio są wykorzystywane do pomiarów, między innymi w roli oscyloskopu, ale zdecydowanie częściej w roli analizatorów widma. Co prawda pasmo pomiarowe jest stosunkowo wąskie, nieco mniejsze niż połowa częstotliwości próbkowania przetwornika ADC, ale za to rozdzielczość i dynamika są nieporównanie większe. Dziś powszechnie dostępne są liczne komputerowe karty audio z 24-bitowymi przetwornikami ADC o maksymalnym próbkowaniu 192 kHz. Daje to pasmo pomiarowe do około 90 kiloherców i dynamikę teoretycznie ponad 140 decybeli. Przy pomiarach audio, zwłaszcza w roli analizatorów widma, często kluczowe jest uzyskanie jak największej dynamiki.
Gdy chcemy wykorzystać kartę audio w roli analizatora widma, niezbędna jest też regulacja czułości wejściowej w bardzo szerokim zakresie, dużo szerszym, niż pozwala oryginalna karta. Pożądana jest możliwość pomiaru dużych sygnałów o amplitudach rzędu 10, a nawet 100 woltów, ale też małych sygnałów rzędu miliwoltów. I właśnie opisywana eksperymentalna przystawka daje taką możliwość. W praktyce trudno uzyskać dynamikę rzędu 140 decybeli i to nie tylko z uwagi na różne niedoskonałości przetwornika ADC. Ograniczenia wprowadzają też obwody analogowe doprowadzające sygnał do przetwornika. W opisywanej przystawce możliwe jest optymalizowanie dynamiki i zniekształceń.
Fotografia tytułowa i fotografia 1 pokazują stanowisko pomiarowe podczas testów przystawki z kostką LM358. Podstawą jest laptop (na czas pomiarów odłączony od sieci energetycznej) z zainstalowanym programem REW. Kablem USB dołączona jest popularna i tania karta Behringer UMC202HD, do której dołączona jest opisywana przystawka. Do pomiaru zniekształceń wykorzystany jest prościutki generator przebiegu sinusoidalnego 1 kHz o znikomych zniekształceniach, a z lewej strony widać też niepodłączoną „wzorcową” kartę Cosmos E1DA.
Fotografia 1
Rysunek 2 pokazuje zawartość harmonicznych, gdy w przystawce zastosowany został LM358, czyli najpopularniejszy wzmacniacz operacyjny. „Na oko” szumy własne są na poziomie nieco niższym niż –130 decybeli (dBFS), co można byłoby zaakceptować, ale poziom zniekształceń harmonicznych jest nieakceptowalnie duży. Zawartość drugiej harmonicznej to 0,063%, ale trzeciej aż 0,66%. Całkowite zniekształcenia są większe niż 1 procent – potwierdza się znana prawda, że LM358 nie nadaje się do układów audio.
Rysunek 2
Rysunek 3 pokazuje szumy i zniekształcenia przystawki z kostką TL072.
Rysunek 3
Szumy są tutaj mniej więcej o 10 decybeli, czyli około trzykrotnie mniejsze, a zawartość drugiej i trzeciej harmonicznej to odpowiednio 0,014% oraz 0,025%. Dla mnóstwa osób, zniekształcenia rzędu 0,03% i odstęp od szumów wyglądający na większy niż 120 decybeli to bardzo dobry wynik. Przecież powszechnie wiadomo, że wyszkoleni słuchacze są w stanie wykryć zniekształcenia harmoniczne co najmniej 0,1%, a teoretyczna dynamika płyty CD niewiele przekracza 90 decybeli. A tu wygląda, że mamy parametry dużo lepsze. W zasadzie tak, ale apetyt rośnie w miarę jedzenia.
(…)
——– ciach! ——–
To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się we wrześniowym numerze czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 9/2026). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełną wersję czasopisma znajdziesz na moim profilu Patronite, gdzie dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 15 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 9/2026 znajduje się tutaj.
Piotr Górecki
Uwaga! Wskazówki, jak nabyć pełne wersje dowolnych numerów ZE znajdują się na stronie:
https://piotr-gorecki.pl/n11.
