Messtechnik – DSA 2.1

Hochwertige Bandmaschinen werden bei jeder Revison oder nach einer erfolgten Reparatur durch uns grundsätzlich neu eingemessen. Dazu verwenden wir selbstverständlich ausschließlich hochwertige Signalgeber und Messgeräte. Dennoch sind zur abschließenden Analyse und auch während der Neukalibriereung/Einmessung einer Bandmaschine ganz andere Systeme, sogenannte „System Analyser“ für ein optimales Ergebnis nebst abschließender Beurteilung und Dokumentation erforderlich.

DSA = Digitaler System Analyzer

Wir verwenden ganz gezielt das DSA 2.1 (adm engineering Dipl.-Ing.Klaus Meyer)

Ein frei programmierbarer FFT-Analysator mit 16 bit Auflösung

Aus der Grundkonzeption des Systems unter Anwendung der digitalen Signalverarbeitung ergaben sich schnell viele Anwendungsbereiche.

Einige Beispiele: Konstruktion von Lautsprechern und Audiogeraten, Qualitätssicherung, Fertigungskontrollen, allgemeine Signalanalysen im NF-Bereich, Servicearbeiten, Nachhallzeitmessungen, akustische Messungen an Telefonen.
Dabei wurde auf einfachste Bedienbarkeit des Systems großer Wert gelegt: trotz der vielen Analysemöglichkeiten steht nicht das auszuwertende Signal im Vordergrund, sondem die gesamte Messung. Dies bedeutet, der Benutzer wird vom Start bis zum Ergebnis menuegefiihrt durch die Messung geleitet und kann sich somit völlig auf sein Messobjekt konzentrieren. Alle wichtigen Parameter, wie zB. FFT-Fensterfunktionen und Mittelungszeiten sind über Systemkonfigurationen festgelegt – und trotzdem zu nahezu jedem Zeitpunkt frei änderbar. Uber die Einstellung der Systemparameter ist das Meßsystem entsprechend den Bedürfnissen des Benutzers parametrierbar, um somit das System auch in exotischen Gebieten wie zB. der Schwingungsanalyse einzusetzen. Für einen Großteil der Anwendungen sind die Systemeinstellungen bereits vordefiniert !

DSA2.1 umfasst sehr viele nützliche und wichtige Leistungsmerkmale

• Signalerzeugung und Messung über 16 bit D/A und A/D – Konverter
• Messung von Frequenz- und Impedanzgängen mit Frequenzauflösung bis 0,37Hz
• Freifeldsimulation bei akustischen Frequenzgangmessungen
• Frequenz – und Impedanzgangmessungen auch mit Gleitsinus
• Berechnung des Phasengangs und der Gruppenlaufzeit von Frequenzgängen
• Automatischer Laufzeitkorrektur bei akustischen Messungen
• Darstellung der Minimal – und Excessphase von akustischen Messungen
• Berechnung der Sprungantwort und des kumulativen Zerfallspektrums (Wasserfalldiagramm) elektroakustischer Obertragungssysteme
• Messung von Thiele-Small Parametern tiber Impedanzmessung mit Gleitsinus
• Klirrfaktormessungen mit nahezu beliebigen Frequenzen, sowie Klirrfaktorkurven
• Messung von Intermodulations- und Differenztonverzerrungen mit variablen Frequenzen
• Meßmöglichkeit für transiente Intermodulationsverzerrungen (TIM/DIM)
• Klirrfaktormessungen mit externen MeBsignalen (Generator, MO – CD)
• ASCII-Datenexport in Lautsprecher-CAD ( AkAbake, AUDIOCAD, CALSOD )
• Nachhallzeitmessung RT60 mit Anregung durch Schmalbandrauschen
• Drehtischansteuerung und die Darstellung der winkelabhängigen Schalldruckverläufe
• Makrorecorder zur einfachen Wiederholung komplexer Messvorgänge
….
In der Qualitätssicherung/Fertigungskontrolle unterstützen Funktionen wie obere und untere Toleranzgrenze ( editierbar im ASCII-Format ) und der Makrorecorder die Beobachtung der Serienkonstanz von Prüflingen. Während der Messung mit dem DSA werden dem Anwender nutzliche Bildschirmmeldungen zur Seite stehen, z.B. um die Verkabelung eines Prüflings
dem Meßsystem zu erleichtern.

Die Funktionen des DSA 2.1

Frequenzgangmessung
DSA ermöglicht die Frequenzgangmessung in zwei Frequenzbereichen. Gemessen wird mit diversen Rauschsignalen oder einem Gleitsinus mittels der FFT. Zur Kalibrierung erfolgt eine Referenzmessung. Diese kann akustisch wie auch elektrisch erfolgen. Dadurch ergeben sich folgende unten aufgeführte Kombinationen:
Referenzmessung: Messung am Prüfling:

Beispiel:
1.elektrisch akustisch Lautsprechermessung
2.elektrisch elektrisch Verstärker
3.akustisch elektrisch zB. Telefonmelltechnik
4.akustisch akustisch Referenzmess. zB. Mikrofon
per Maus oder über die Import- Exportfunktionen können ASCII-editierbare Toleranzgrenzen erstellt und gespeichert sowie zu einem späteren Zeitpunkt wieder geladen werden. Bei der Frequenzgangmessung kann zwischen einer Signalauflösung von 2048… 16384 Pt. gewählt werden.
Unterfunktionen der Frequenzgangmessung:
1. Phasengang. Elektrisch wie auch akustisch, Zoom von 405..1 Grad/Div. Zusätzlich Minima1phasendarstellung und Excessphase. Das Wrapping bei 180 Grad ist abschaltbar.
2. Freifeldsimulation. Das Fenster über der Impulsantwort ist fiber zwei Marken von 0,1ms/Div….88ms wahlbar. Die ETC und Höllkurve sind als Unterfunktionen anwählbar.
3. Sprungantwort. Zoom von 0,08ms/Div… 703ms Gesamtlänge.
4. Wasserfalldiagramm. Zeitbereich 0,7ms… 128 ms, fmin. = 200Hz, Anzahl der Spektren: 48, 60 & 72. Zoom far alle Achsen. Auch unter der Freifeldsimulation verfiigbar.
5. Gruppenlaufzeit, 0,06ms/Div… 8ms Gesamtlänge Ouch unter Freifeldsimulation nutzbar).
6. Glittung des Frequenzgangs in Oktave/0.75, Oktave/1.5, Oktave/3, Oktave/6, Oktave/12 und Oktave/24, abhängig von der FFT – Lange.

Allgem. Informationen zur Frequenzgangmessung:
– vertikaler Anzeigebereich 5 dB bis 120 dB, max. Aufl. 0,5dB I Div., frei verschiebbar
– horizontaler Anzeigebereich 5 Hz.. (2) 3, 7KHz und 20Hz..30 (40) KHz – Einheiten wählbar in dBV, dBm [elektrisch] und dBPaN, dBSPLN, dBSPL/W/m4/8 Ohm (entsprechend 1 Watt an 4 oder 8 SI, in 1 Meter Abstand zum Lautsprecher ) [akustisch]
– Ausgabebereich des Frequenzgangs von 5Hz bis 30 (40) KHz, max Zoom: 1 Oktave.
– Laufzeitkorrektur akustischer Signale entweder automatisch oder tiber Vorgabe.
– Signalexport ASCII, Formate far AkAbak®, Audiocad und Calsod, max. 500 Werte. — Graphenbearbeitung: Möglichkeiten zum Laden/Speichern sowie „Übereinanderlegen“ von diversen Frequenzgangen, sowie deren Mittelung, Addition und Subtraktion, Darstellung rel. zu OdB/1KHz. Pegelrichtiges Zusammenfiigen der Frequenzgänge beider Abtastraten.

Impedanzmessung
Impedanzmessung von 5 Hz bis 30(40)KHz in 2 Bereichen mit Gleitsinus oder wahlweise Rauschsignalen. Die Messung erfolgt mit vorhergehender Referenzmessung zur Kalibrierung des MeBaufbaus. Anzeigebereich von 1,6 n bis 2400 S2, max. Anil. 0,2 0/ Div. Zusatzliche Darstellung des Phasengangs. Per Maus oder über die Import- Exportfunktionen können ASCII-editierbare Toleranzgrenzen erstellt und gespeichert sowie zu einem späteren Zeitpunkt wieder geladen werden. Die Signalauflösung bei der Impedanzmessung kann 2048…16384 Pt. betragen. Ein Impedanzverlauf kann nachtraglich in einen Frequenzgang eingeblendet werden. Datenexporte: identisch mit Frequenzgangmessung.

Verzerrungsmessungen (Distortion)
Alle Verzerrungsmessungen stehen akustisch wie auch elektrisch zur Verfügung. Ausnahme: TIM, diese nur elektrisch. Basis: FFT mit wahlweise 4096… 16384Pt., mit bis zu 64 Mittelungen.
1. Klirrfaktor. k2… k5 sowie das Klirrspektrum werden angezeigt. Als MeBfrequenzen stehen Frequenzen von 20Hz… 10KHz wahlfrei zur Verfügung. Zus. Angabe des Gesamtklirrfaktors THD sowie k6…k9 auf Tastendruck. Eine Möglichkeit zur pegelabhängigen Klirrmessung ist ebenfalls implementiert.
2. Klirrkurve. k2 und k3 ,von 150Hz bis 12KHz (nur mit intemer Signalquelle), auf Tastendruck k5. .k7, THD sowie Verlauf von fo. Die max. Anzahl der MeBpunkte ist 390.
3. Intermodulationsverzerrung. f2nach DIN 4KHz & 5KHz oder frei wählbar, fi frei wählbar von 100Hz… 1KHz. Mögliches Amplitudenverhältnis von fi / f2 = 1:4, 1:2, 1:1._Ausgabe von m2 [quadratisch J und m3 [ kubisch]. ( nur mit interner Signalquelle )
4. Differenztonfaktor. (spez. Intermod Zwei Frequenzen im Abstand von 70Hz, und d3 ( nur mit intemer Signalquelle )
. Verzerrungsmessung mit hohen MeBfrequenzen) frei wählbar von 5KHz… I5,9KHz. Ausgabe von d2
5. Transiente Intermodulationsverzerrung. ( TIM ) tnittels Rauschsignal mit Ausfilterung einer Terz bei 1KHz. 5.1 Messung von TIM mit kombiniertem Sinus / Rechtecksignal (DIM) ( beide Messverfahren nur mit intemer Signalquelle, nur elektrische Eingänge verfiigbar )
6. Total Distortion ( Rausch-Klirr ). Anregung mittels Schmalbandrauschen nach 0.131 von 40 Hz… 1KHz frei wählbar. Analysebereich bis 30 KHz, frei wählbar. ( nur mit intemer Signalquelle )
7. Klirrfaktormessungen mit externen Signalen. Hier können auch Fremdsignale, z.B. Signale von einer Compact Disk mit MeB-Signalen oder em ext. klirrarmer(!) Generator zur Messung herangezogen werden.

Pegelmessungen
Pegelmessung, elektrisch und akustisch. Unbewertete, sowie „A“ und „C“ – bewertete Messung. Einheiten: dBSPL, dBPa und dBr [Relativpegel durch Referenzmessung oder Vorgabe]. MeBsignale intern: Sinus – und Rauschsignale, sowie beliebige exteme Signale. Aufl. : 0.1dB.

Sonderfunktionen
Thiele-Small-Parametermessungen (TSP) sind über eine Impedanzmessung mit Gleitsinus als Konstantstrom- oder Konstantspannungsverfahren mit div. Meßströmen durchführbar, inkl. der Bestimmung des Aquivalentvolumens V. Zur Verfügung stehen hierzu das „Delta-Masse Verfahren“ sowie die Bestimmung des VAs mittels geschlossenem Gehäuse nach Carrion Isbert. Zusätzlich ist die TSP Bestimmung nach Jacobsen über eine Sprungfunktion möglich. Das Jacobsen – Verfahren zeichnet sich durch extrem kurze Meßzeiten aus. Um die Messung möglichst komfortabel zu gestalten, hat Thiele-Small Parametermessung innerhalb des DSA2. 1 ein gesondertes Menue, welches speziell auf die Bedürfnisse der TSP-Messung ausgerichtet ist.

Messung des Zeitversatzes von Lautsprecherchassis
Über eine Sonderfunktion der Impulsantwort können zeitliche Versätze zwischen einzelnen Chassis (den Ursprungsort des Schalls betreffend) ausgemacht werden. Dies ist besonders für Mehrwege-Lautsprechersysteme interessant.

Nahfeldmessungen im tieffrequenten Bereich
Die Frequenzgangmessung enthält die Möglichkeit der Nahfeldmessung. Über eine „Combine“ Funktion ist der Nahfeldfrequenzgang an den Fernfeldfrequenzgang mit nahezu beliebiger Trennfrequenz ankoppelbar.
Drehtischansteuerung (Fortschaltung mittels eines TU-Impulses vor jeder Messung) mcl. Darstellung der winkelabhängigen Schalldruckverläufe wahlweise in einem Polardiagramm, der „überlagerten Darstellung (x,y) und einer Wasserfalldarstellung. Eine Darstellung bezogen relativ zu 0 Grad ist auf Tastendruck verfügbar.

Nachhallzeitmessung RT60
Zur Messung der Nachhallzeit in Räumen. Die Anregung erfi Egt mit Schmalbandrauschen (Oktav und Terz), der Frequenzbereich des Rauschsignals i t in weiten Bereichen frei einstellbar. Nach dem Abschalten des Anregungssignals werden alle empfangenen Echos zur Auswertung herangezogen, bis das Gesamtsignal auf – 60dB c s Startwertes abgefallen ist. Die Auswertung erfolgt durch Anlegen einer Ausgleichsgerade.
Spektralanalyse. Elektrisch & akustisch, Anzeigebereich 5dB.. 120dB, max. Aufl. 0,5dB1 Div. FFT – Länge 512… 16384 Pt. FFT – Fenster: Rechteck, Hanning, Blackman, Kaiser, Flat Top. Zus. Möglichkeit zur Glättung, Frequenzachse in 2 Bereichen: 20Hz… 3.7KHz und 100Hz… 30(40)KHz. Vert. Einheiten: dBV, dBm [elektrisch] und dBPa [akustisch]. Funktionen: Continuous, Singleshot, Cursor- Readout, Autokorrelation.
Speicher-Oszilloskop. Elektrisch & akustisch, Meßbereich von 2. 7ms … 87s (bei Abtastraten 96 & 6 KHz). Mit zus. Anti – Aliasing Filter und einer Abtastrate von 90 Hz bis zu 1,6h Meßdauer. Zoom im Zeitbereich bis 0,2ms, Triggerlevel wählbar. Zusätzliche Funktionen: Cursor – Readout, Effektivwert, Extrema, Autokorrelation, Crestfaktor, Singleshot (Speicherscope), Signale laden und speichern. Spektralanalyse mit folgenden Fenstern: Rechteck, Hanning, Blackman, Kaiser, Flat Top. Möglichkeit zur Glättung.
Voltmeterfunktion (für AC). Ein Effektivwert-Millivoltmeter mit den Einheiten V, dBV, dBm an frei wählbarem R, dBr, [Relativpegel durch Preset] mit „ständig aktualisierter“ Anzeige. Die Meßzeit ist einstellbar. Es stehen alle im DSA verfügbaren Meßsignale zur Verfügung, natürlich körmen auch externe Signale verwendet werden. Akustische Messungen sind möglich. Aufl.: 0.1dB.
Messung von Induktivitäten und Kapazitäten, Meßbereich Induktivitäten: von ca. 20001….10mH, MeBbereich Kapazitäten: von ca. 0.5 g….3500. Die Berechnung erfolgt nach einer Impedanzmessung über die U.P.I.
User Programming Interface (UPI). DSA2 bietet eine Softwareschnittstelle für benutzereigene Basic-Programme.

Beispiel: Ein Frequenzgang wird vom DSA in einer Ausgabedatei abgelegt. Nach einer individuellen Bearbeitung durch Software (via UPI) wird das Ergebnis in einem Bildschirmfenster angezeigt.
Loudness – Rating Messungen ( speziell fiir die TelefonmeStechnik )
Folgende Loudness-Rating Berechnungen sind über mitgelieferte Basic-Programme nach CCITT P.79 durchführbar: RLR (Receiving Loudness Rating), RLRLAUT (RLR fiir Lauthören), SLR (Sending Loudness Rating), STMR (Side Tone Masking Rating) und TCLw (Weighted Terminal Coupling Loss). Da zu den vorgenannten Loudnessrating – Programmen auch die Basic-Quelltexte beigelegt sind, ist der Anwender in der Lage, die Auswertungsergebnisse neuen Anforderungen anzupassen oder völlig neue Funktionen durch Abwandlung der Quelltexte zu erstellen (siehe UPI).
Linearisierung von Mikrofonen. Die Linearisierungsdaten für MeBmikrofone sind in einer ASCII- editierbaren Datei als Datenfeld abgelegt (MIC.INI). Der Anwender kann somit selbst Änderungen vornehmen oder tiber die Frequenzgangmessung akustisch/akustisch unter Verwendung eines Referenzmikrofons selbst eine neue Datei erstellen.

Quelle: adm engineering Dipl.-Ing.Klaus Meyer