Misurare l'impedenza
Indice
Misure di impedenza
Il carico appare in parallelo con l'impedenza di ingresso della scheda audio e l'impedenza dei puntali. Prima della calibrazione, questi effetti vengono parzialmente corretti utilizzando nel calcolo l'equivalente parallelo del resistore di rilevamento e della resistenza di ingresso della scheda audio, il cui valore viene inserito nella finestra di dialogo come RINPUT.
Buoni risultati si possono ottenere utilizzando un’uscita cuffia ((o, meglio ancora, un buon amplificatore per cuffie o un dispositivo con un'uscita per cuffie ad alta potenza) per pilotare il carico, con un resistore di rilevamento da 100 ohm. Se invece si utilizza un’uscita di linea, generalmente il resistore di rilevamento è molto più grande, data l’alta impedenza d’uscita e la scarsa capacità di pilotaggio. Si può tentare con un valore di 1 KOhm, ma bisogna considerare che i risultati avranno livelli di rumore molto più alti e saranno più suscettibili al rumore di fondo. Se il dispositivo utilizzato per pilotare il carico è in grado di sopportare carichi inferiori, un resistore di rilevamento di valore inferiore, ad esempio 47 ohm, migliorerà i risultati.
Un’alternativa, è di pilotare il carico con un amplificatore di potenza, che è in grado di fornire risultati molto più accurati, con un livello di rumore molto più basso, ma prestate la massima attenzione al livello che l’amplificatore di potenza è in grado di generare, poiché potrebbe facilmente danneggiare gli ingressi della scheda audio. Se utilizzate un amplificatore di potenza, la resistenza di rilevamento può essere molto più bassa, 33 ohm o meno, ma gli ingressi della scheda audio dovrebbero essere connessi attraverso un partitore resistivo che sia in grado di fornire un’attenuazione di circa 20dB e idealmente dovrebbero essere protetti da diodi zener back-to-back, per impedire che la tensione d'ingresso superi i 5V.
L’ingresso della scheda audio collegato con il carico, deve essere lo stesso scelto come ingresso nelle impostazioni di REW della scheda audio. Nello schema sopra riportato, l’ingresso collegato è il destro, ma se è stato utilizzato il sinistro, basta semplicemente scambiare nello schema il sinistro con il destro. Se le connessioni destra e sinistra sono invertite, le misure di impedenza mostreranno delle curve che saranno spostate verso l'alto approssimativamente del valore del resistore di rilevamento.
I canali di ingresso dovrebbero avere lo stesso guadagno. Se l'interfaccia audio dispone di controlli separati per ciascun canale, regolateli per avere lo stesso guadagno prima di iniziare la misurazione. Un modo semplice per farlo è lasciare il dispositivo di misura dell'impedenza con i puntali aperti e utilizzare il generatore di segnale per riprodurre un tono sinusoidale a 1 kHz al livello di misurazione previsto, osservando i livelli di ingresso sui misuratori di livello. Regolate i guadagni di ingresso in modo che i livelli dei canali di ingresso e di riferimento, corrispondano entro 1 dB e non siano in distorsione.
Per la misurazione dell'impedenza, si consigliano sweep della durata di 10 secondi o più, in modo da fornire nei risultati buoni rapporti segnale/rumore.
Calibrazione del circuito di misura dell’Impedenza
Eseguire una misura di impedenza
- Premete il pulsante Measure
o (Ctrl+M) per aprire il pannello Measurement e selezionate il tasto Impedance
- Inserite l’esatto valore della resistenza di rilevamento. Questa deve essere accuratamente misurata, possibilmente con un multimetro calibrato di buona qualità, con un ponte di misura o utilizzando una resistenza di alta precisione (0.1%). Ogni errore nel valore della resistenza di rilevamento, si rifletterà sui risultati delle misure.
- Cliccate sul pulsante espandi
se necessario, per visualizzare le impostazioni di misura
- Impostate Start Freq al valore di frequenza più basso per il quale desiderate vedere la risposta e End Freq a quello più alto. Se state misurando un altoparlante per determinarne i parametri di Thiele-Small, ponete questo limite a 20 kHz. Lo sweep inizierà ad una frequenza pari alla metà di quella impostata per il limite inferiore e terminerà ad una frequenza finale doppia (con un limite complessivo pari alla metà della frequenza di campionamento della scheda audio), per fornire una misura accurata su tutta la gamma selezionata.
- L’impostazione Level, controlla il livello rms, riferito al fondo scala digitale, al quale lo sweep viene generato. Il massimo valore è -3 dB FS, che equivale ad un valore di picco a fondo scala digitale. Alcune schede audio potrebbero distorcere se viene raggiunto un valore di -3 dB FS. Per le misure di impedenza, è meglio utilizzare un alto livello del segnale di sweep, es. -6 dB FS, ma se state usando un amplificatore di potenza, fate attenzione ai livelli eccessivi.
- Il parametro Length, determina la durata del segnale di sweep, specificando il numero di campioni nella sequenza di sweep. Il valore di default è 256k. Dividendo il numero di campioni per la frequenza di campionamento della scheda audio, si otterrà la durata dello sweep in secondi. La durata complessiva, comprende i periodi di silenzio prima e dopo lo sweep.
- Se il numero degli Sweep è maggiore di 1, REW utilizza un metodo sincrono di pre-averaging, catturando cioè il numero selezionato di sweep per ogni misura, ed effettuando la media dei risultati per ridurre gli effetti del rumore e delle interferenze. Il metodo del pre-averaging, migliora il rapporto S/N di quasi 3 dB ad ogni raddoppio del numero degli sweep. Inoltre la media, è particolarmente utile se le misurazioni sono affette da interferenze, siano esse acustiche o elettriche in quanto, non aggiungendo queste nulla di coerente, saranno soppresse dal processo.
- Il Total Time mostra la durata complessiva della sequenza degli sweep.
Il pulsante Check Levels genera un rumore rosa della durata di pochi secondi che contiene l’intervallo di frequenze selezionate per la misura e verifica che il livello di ingresso non sia troppo alto o troppo basso. Premendo il pulsante Cancel la riproduzione del rumore rosa sarà interrotta (si interromperà automaticamente dopo 3 secondi). Il livello rms che è stato misurato, sarà visualizzato sul pannello measurement, con un avvertimento nel caso di segnale troppo alto o troppo basso.
- Premete Start Measuring per eseguire la misura. Sul pannello measurement, sarà visualizzato l’indicatore di avanzamento e il valore del suo margine (headroom).
Il risultato della misura è visualizzato nell’area del grafico, mentre le informazioni riguardanti la misura, sono visualizzate all’interno del Measurements Panel. Alle misure viene attribuito di default, il nome della data e l’ora alla quale sono state eseguite, ma un nome più appropriato può essere inserito nella casella di testo posta nella parte superiore del Pannello Misure.
Quando il cursore del mouse si trova all’interno del grafico dell’Impedenza & Fase, le serie equivalenti di resistenza + induttanza o resistenza + capacità e resistenza in parallelo || induttanza o resistenza || capacità dell’impedenza, alla posizione del cursore, vengono visualizzate nell’angolo in basso a sinistra del grafico. Questo risulta utile per effettuare delle misure su bobine o condensatori, per verificarne il loro valore. Per le misure sui condensatori, i valori più accurati si ottengono alle frequenze dove l’impedenza totale crolla sotto il valore di poche centinaia di ohm.
Per i dettagli sui vari modi di visualizzazione dei dati acquisiti, tra cui una media tra misure multiple, consultate l’aiuto relativo al Pannello Grafico.
Calibrazione a circuito aperto
Il primo passo è calibrare il dispositivo di misura con i puntali aperti. Questi dovrebbero essere lasciati con un'estremità collegata al dispositivo di misura e lasciati aperti all'estremità opposta (dal lato del carico). Questa misurazione serve a compensare le differenze di guadagno tra i canali di ingresso.*Premete il pulsante Measure (o Ctrl+M) per visualizzare il pannello Make a measurement, selezionate il pulsante Impedance e premete il pulsante 1. Open circuit cal: il testo del pulsante è rosso se la calibrazione dell'impedenza non è stata eseguita. Ricordate di scollegare i puntali all'estremità del carico come richiesto, prima di cliccare su OK nella finestra di dialogo che appare prima di avviare la misurazione.
- Effettuata l'operazione, verrà mostrato il livello del canale di misurazione (solitamente destro) rispetto al canale di riferimento, dove un valore di 100 Ohm corrisponderà al 100%, 99 Ohm al 99% e così via. Se la differenza tra i 2 canali è troppo grande (maggiore di 2 dB) la calibrazione viene interrotta poiché probabilmente è presente un errore di connessione o un'impostazione di guadagno diversa per i due canali di ingresso. In questo caso, prima di riprovare, ricontrollate le connessioni e i guadagni dei canali.
- Dopo aver effettuato la calibrazione del dispositivo di misura a circuito aperto, le differenze di guadagno tra i canali di ingresso verranno corrette.
- Premete Start Measuring per eseguire una misura. A misura completata, sarà mostrato il livello del canale di misura (generalmente il destro), comparato con il canale di riferimento, dove una lettura di 100 Ohm, corrisponde al 100%, 99 Ohm al 99%, etc. Se la differenza tra i 2 canali è troppo grande (più del 2%), la procedura di calibrazione verrà abbandonata in quanto è probabile che ci sia un errore di connessione. Ricontrollate le connessioni e provate ancora.
Il fattore di calibrazione usato per le misure di impedenza, viene visualizzato nel pannello info, accanto alla miniatura della misura, insieme al valore della resistenza di rilevamento.
Resistenza dei Puntali
Quando misuriamo impedenze molto basse, la resistenza dei puntali può diventare significativa. Per poterla misurare, occorre prima calibrare il circuito come spiegato sopra, quindi effettuare una misura con i puntali in cortocircuito, nel punto in cui il carico è collegato (impostare il valore RLEADS a zero, prima di eseguire la misura). La misura dovrebbe essere abbastanza uniforme, forse mostrando delle variazioni a frequenze molto basse, che dipendono dalle limitazioni a tali frequenze, dello stadio pilota della cuffia. Se il risultato è maggiore di 1 o 2 decimi di Ohm, verificate che i collegamenti siano ben saldi. Inserite il valore della resistenza, a partire dalla parte piatta della misura, nella casella RLEADS nel pannello measurement.
Canali d’ingresso invertiti
Se i canali d’ingresso sono stati connessi nel modo sbagliato, la misura dell’impedenza sarà più alta approssimativamente del valore della resistenza di rilevamento. Per verificare se tutto è stato collegato correttamente, eseguite una misura di test su una resistenza (inferiore a 100 ohm).
Misura della qualità dell’impedenza
La fonte principale del rumore di misura, è rappresentata dal rumore acustico e dalle vibrazioni durante il test. Gli altoparlanti si comportano come microfoni, generando piccole tensioni causate dai suoni e dalle vibrazioni, che sono catturate come parte della tensione del carico. Per minimizzare questi effetti, usate alti livelli di pilotaggio, bassi valori per la resistenza di rilevamento, evitate ambienti rumorosi e isolate l’altoparlante dalle vibrazioni. L’utilizzo di un amplificatore di potenza per pilotare l’altoparlante, consentirà di ottenere alti livelli di segnale e permetterà l’utilizzo di una resistenza di basso valore.
Un’altra fonte di errore è rappresentata dall’impedenza degli ingressi della scheda audio, che sono posti in parallelo al carico. Questo limita la precisione della misura di carichi ad alta impedenza. Per tale ragione, il metodo è più adatto a carichi con impedenza inferiore a poche centinaia di ohm.
