Misurare l'impedenza
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Indice
- 1 Misure di impedenza
- 2 Calibrazione del circuito di misura dell’Impedenza
- 3 Calibrazione a circuito aperto
- 4 Calibrazione in cortocircuito
- 5 Calibrazione del resistore di riferimento
- 6 Eseguire una misura di impedenza
- 7 Resistenza dei Puntali
- 8 Canali d’ingresso invertiti
- 9 Misura della qualità dell’impedenza
Misure di impedenza
REW può eseguire misure di impedenza fino a poche centinaia di Ohm, utilizzando entrambi gli ingressi della scheda audio. Queste misure, possono essere utilizzate per calcolare i Parametri di Thiele-Small. Lo schema generico di connessione per tale scopo, è mostrato nella figura qui sotto:
La resistenza di rilevamento (Rsense), che deve essere non-induttiva, è utilizzata per misurare la corrente che scorre nel carico, e che sarà (Vleft - Vright)/Rsense. Il resistore di rilevamento deve avere una potenza nominale sufficiente per far fronte a un carico di cortocircuito e avere un basso coefficiente di temperatura. La tensione che attraversa il carico è Vright, quindi l’impedenza è tensione / corrente = Rsense*Vright/(Vleft - Vright). Da notare che prima di completare il processo di calibrazione, la precisione del risultato dipende dalla precisione adottata nell'inserire i valori del resistore di rilevamento.
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
Per ottenere risultati più accurati, è necessario calibrare il circuito di misura dell'impedenza. La calibrazione può rimuovere sia gli effetti di piccole differenze di guadagno tra i canali di ingresso della scheda audio, sia nelle risposte in frequenza dei canali oltre che nell'impedenza dei puntali. Per questo sono necessarie tre misurazioni per una calibrazione completa, ma come minimo, la prima misurazione deve essere eseguita a circuito aperto. REW salverà automaticamente i dati di ciascuna misurazione nella directory dei file di registro di REW.
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.
Calibrazione in cortocircuito
Il secondo passo consiste nel calibrare il dispositivo di misura con i puntali in cortocircuito. Questi dovrebbero essere lasciati ancora collegati al dispositivo di misura da un lato ma cortocircuitati insieme, dal lato opposto. Tale procedura compenserà l'impedenza in serie dei puntali e migliorerà in particolare, la precisione alle alte frequenze. Se questa misurazione non verrà eseguita, sarà possibile utilizzare la casella RLEADS per inserire il valore che compenserà la resistenza del puntale. Dopo questa misurazione, la casella RLEADS verrà nascosta poiché non sarà più utilizzata.
- Premete il pulsante Measure (o Ctrl+M) per visualizzare il pannello Make a measurement, selezionate il pulsante Impedance e premete il pulsante 2. Short circuit cal. Ricordate di cortocircuitare tra di loro i puntali come richiesto, prima di cliccare su OK nella finestra di dialogo che appare prima di avviare la misurazione.
- Dopo la calibrazione in cortocircuito, verrà effettuata la calibrazione in serie dei puntali.
Calibrazione del resistore di riferimento
Il terzo e ultimo passaggio consiste nell'effettuare la misurazione di un resistore di riferimento il cui valore è noto. Il resistore di riferimento deve essere non induttivo e il suo esatto valore deve essere conosciuto. Gli errori nel resistore di riferimento si tradurranno direttamente in errori di misurazione dell'impedenza poiché il suo valore verrà utilizzato per scalare tutte le misurazioni successive. Questo dovrebbe essere simile a quello delle impedenze da misurare. Per le misurazioni dell'impedenza degli altoparlanti si consiglia un valore di riferimento di 100 ohm o inferiore. La misurazione del resistore di riferimento compensa le differenze di risposta in frequenza tra i canali di ingresso e migliora particolarmente la precisione alle frequenze estreme. Dopo questa misurazione, la casella RINPUT verrà nascosta poiché non sarà più utilizzata.
- Premete il pulsante Measure (o Ctrl+M) per visualizzare il pannello Make a measurement, selezionate il pulsante Impedance e premete il pulsante 3. Reference cal. Ricordate di collegare il resistore di riferimento ai puntali, prima di inserirne l'esatto valore e cliccare su OK nella finestra di dialogo che appare prima di avviare la misurazione.
- Dopo la calibrazione del resistore di riferimento, la calibrazione è completa.
I dati di calibrazione vengono salvati nella cartella dei file di registro di REW e caricati automaticamente al suo avvio. Se i puntali di test verranno cambiati (sostituiti per esempio, con puntali più lunghi o più corti) o la frequenza di campionamento modificata, sarà necessario ripetere nuovamente i passaggi di calibrazione.
Eseguire una misura di impedenza
- Premete il pulsante Measure
o (Ctrl+M) per aprire il pannello Make a measurement e selezionate il tasto Impedance
- Inserite l’esatto valore della resistenza RSENSE. Questa deve essere accuratamente misurata, possibilmente con un multimetro calibrato di buona qualità, con un ponte di misura o utilizzando una resistenza di altissima precisione (0.1%). Qualsiasi errore nel valore del resistore, si riperquoterà direttamente sui risultati delle misurazioni.
- 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 partendo da una frequenza pari alla metà della frequenza iniziale e terminerà ad una frequenza doppia rispetto a quella finale impostata (con un limite complessivo pari alla metà della frequenza di campionamento della scheda audio), per fornire una misurazione accurata su tutta la gamma scelta.
- L’impostazione Level, controlla il livello rms, al quale viene generato lo sweep. Il massimo valore è -3 dBFS, o il suo equivalente in dBu, dBV o Volt, a meno che non sia stata selezionata l'opzione Full scale sine rms is 0 dBFS nel pannello Preferenze, nel qual caso il massimo è 0 dBFS. Utilizzando il valore massimo si posizioneranno i picchi del segnale al fondo scala digitale: alcune schede audio potrebbero distorcere al massimo livello. Se utilizzate un amplificatore di potenza fate attenzione ai livelli eccessivi. L'impedenza dell'altoparlante viene generalmente misurata al meglio con una tensione compresa al massimo tra circa 100 mV e 200 mV; i valori di tale tensione di uscita, dipendono dal valore del resistore di rilevamento. Per un resistore di rilevamento da 100 ohm e un driver da 8 ohm, l'uscita per 100 mV ai terminali sarebbe di circa 1,35 V.
- Le impostazioni relative al metodo di misurazione scelto, si trovano sul lato destro del pannello "Make a measurement". Il parametro Lenght, controlla la lunghezza dello sweep, specificando il numero di campioni nella sequenza. Il valore predefinito è 256k. Dividendo il numero di campioni per la frequenza di campionamento della scheda audio, si ottiene la durata dello sweep espressa in secondi e mostrata a destra. La durata complessiva comprende i periodi di silenzio prima e dopo la scansione.
- Se il numero degli Sweep è maggiore di 1, REW utilizza il metodo di pre-media sincrona, catturando cioè il numero selezionato di sweep per ogni misurazione, calcolandone la media dei risultati per ridurre gli effetti del rumore e delle interferenze. Tale metodo, migliora il rapporto S/N di quasi 3 dB ad ogni raddoppio del numero degli sweep. Inoltre la media, è particolarmente utile quando le misurazioni sono affette da interferenze, siano esse acustiche o elettriche. In questo caso, producendo risultati non coerenti, saranno soppresse dal processo. Se si utilizzeranno più sweep, gli ingressi e l'uscita devono trovarsi sullo stesso dispositivo.
- 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.
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.
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.
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.
