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ポーラープロットユーティリティー

ポーラープロットは特定の周波数におけるさまざまな角度に対するスピーカーやマイクロホンの応答を示す測定手法です。図1のような複数のプロット図では、さまざまな周波数で測定した結果を表しています。例えば、図1のプロットから、スピーカーが250Hzで全方位、その他高い周波数でどの方向で強い応答を示しているかが分かります。ただし、同時に複数の周波数のプロっとを行うことは出来ません。

図1.Polar Multiplot view from the APx Polar Plot Utility for a speaker measured with one degree angular resolution

コンタープロットは全周波数の指向性情報を表示することができます。図2は図1で利用したスピーカーのコンタープロットです。横軸は全周波数レンジで、縦軸は0度を中心に360度方位を示しております。コンタープロットは色を使って、周波数による指向性の変化を示す手段となります。

図2.Contour plot of the same speaker directivity data shown in 図1

VACS Software

図2で使ったコンタープロットは、VACSと呼ばれるサードパーティ製ソフトウエアを使って表示しております。このソフトはアコースティック測定データを視覚化、処理、組織化するようなもので、ドイツの開発会社が販売しております。(www.randteam.de)VACS Viewerは無償でダウンロード可能です。機能はVACSと同じように使えますが、プロジェクトファイルを保存することは出来ません。VACSやVACS Viewerをインストールしたら、APxポーラープロットユーティリティーで測定したデータも移植することができます。図3はVACSアプリケーションを使ったコンタープロットです。4つの表示になっています。(左上;コンタープロット、左下;ポーラープロット、右上;周波数応答プロット、右下;ビーム幅のプロット)ポーラーと周波数応答プロットは3次元コンターデータを介して構成しています。カーソールを動かすと、ポーラーや周波数応答プロットは、指定した周波数、角度位置に沿った曲線を更新します。ビーム幅のプロットは、カラーマップ上のカーソールレベルに紐づいており、カーソールからレベルを選択できるようになっています。

図3. A contour plot view in VACS

詳細は以下のサイトをご参照願います。

www.ap.com/blog/improved-polar-plot-utility/

グラフ上に複数の測定データをプロットする方法

APxシーケンスは一つのグラフで測定結果を報じし、比較することが出来ます。

今回は同じグラフに複数のデータを載せる手順に関して説明致します。

  • NavigatorのPre-Sequence StepsのDevice IDプロンプトをチェックします。

シーケンスが走る際のDevice IDを入力してください。(下図参照)

これでどこでもプロンプトが出てくるようになります。

図 1: Device ID prompt window.

2.測定結果や条件等はExport Result Dataでエクセルファイルで作成するように致します。

 Data Specificationを使って、グラフの条件を合わせこみます。Append if File Existsをチェックし、Y Data Onlyをチェックしません。Insert Variable in Headerをチェックし、DeviceIDを可変にします。

図 2: The example above exports the Gain result from Frequency Response.

3.テストしたいシーケンスを走らせ、X,Yの項にデータが追記されます。

4.測定が完了すれば、エクセルでExportデータが開きます。

  これは編集のみ対応でき、新たに入力はできません。

図3: The screenshot above shows a file created from 6 Gain measurements using Frequency Response.

5.ここからは要望に見合った編集を行います。

・セルA1のタイトルを変えます。

・DeviceIDの値を削除し(この場合はEQ1,EQ2,,,)、チャンネルラベルを入力します。(この場合は、CH1、CH2,,,)

・3列のX,Yのヘッダーを編集します。Xは周波数、YはGainと今回修正します。

・ファイル名を変更します。

図4. The edited version of the file for this example looks as shown above.

6.各測定での右クリックをし、Define New Resultを選択し、(X.Y)を選ぶと、グラフの下には前項で作ったファイル名のグラフが表示されます。これにはすべてのデータがプロットされます。(下図参照)

詳細は以下のサイトを参照願います。

APx555 B Series & ADC Test Mode Option

APx555Bはサイン波の周波数が安定した生成や、低残留歪みやコモンモードの

DCバイアスであるVBiasを生成できるADCテストモードを備えています。

まず、アナログ高性能サイン波ジェネレーターは、コンプレッサーやリミッターやアンプ、コーデック、DSPのような高性能オーディオデバイスの開発に広く訴求できるものを備えています。エンハンスドアナログジェネレーター(EAG)は低歪みのサイン波ジェネレーターと、高精度のサイン波アナライザーに加え、30ppm以下の精度を持ったサイン波周波数安定度を兼ね備えております。また、5Hzから100kHzまでの低歪みアナログサイン波バースト信号を生成したり、バランスドのチャンネル出力の極性を反転させることも可能にしています。

加えて、THD+Nは50kH以上(-2dB)で、THDは5kHz以上で(-2~-5dB)と、非常に低い残留歪みを誇っております。

次に複数のADコンバーターの複雑なテストや検証を行うにあたり、APx555BはコモンモードのDCオフセット電圧を校正し、混在したバランスドアナログオーディオ信号を生成するADCテストモードオプションを搭載しています。この機能は、オーディオコーデックやADC ICのようなDCバイアス電圧を使い、単一電源電圧や入力を操作したいデバイスをテストする際に有用となります。さらにADCテストモードは過電圧からの損傷を防ぐプラグラマブルな電圧制限も内蔵しています。

詳細をご確認する際は以下のサイトを参照願います。

APx Bluetooth Duo Moduleセットアップガイド

APではBluetoothの測定にはBluetooth Duoモジュールを使って測定致します。Bluetooth DuoモジュールはAPx500ソフトウエア(Ver4.5以降が対応)とDUTを使います。

今回、そのセットアップに関して、説明致します。

APx500ソフトウエア上でBluetooth Duoをセットアップ

  1. APx500ソフトウエアを開き、 “Signal Path Setup – Input/Output”で “Bluetooth” をアナライザの入力、または出力で選択。今回はアナライザの入力として“Bluetooth”を選択。

2.設定ダイアログが表示されます。

3.設定したいBluetoothプロファイルを選択します。例えば、A2DP Sink, HFP Hands-Free, AVRCP Controller.等があたります。

4. “Scan for Devices”を選び、ペアリングしたいデバイスを特定します。デバイスリストから選択し “Pair”をクリックします。 ペアリングが出来れば、“Connect”選択します。

5. このような例で全てのプロファイルを選べます。デバイスの接続が完了したら、入力ステータスモニターが接続を示します。下図のような追加の制御や接続、ペアリングコーデックの設定等ができます。その後、設定ダイアログを閉じます。

6. 次にテスト信号を再生します。今回は、テストファイルを既に格納したスマートホンをペアリングして測定します。

7. デバイスでテストファイルを再生します。ステータスモニターでストリーミングの状態が分かります。また、スコープモニターで波形が観測できます。

参考までに: Input Configurationダイアログを使うことで、ストリーミングを制御できえる AVRCPコマンドを利用できます。また、電話のアンサートーンをエミュレート出来る様、HFP hands-freeを使って、SCOを開けることもできます。

動画でも参照できます。(下記リンク)

APx Bluetooth DuoモジュールはBluetooth 4.2仕様を則った仕様になっています。 このモジュールは、以下のプロファイルに対応しています。

Handsfree Profile (HFP v1.7) /Headset Profile (HSP v1.2) /Audio-Video Remote Control Profile (AVRCP v1.4) /Advanced Audio Distribution Profile (A2DP v1.3)   また、ソースやシンクの特定やA2DPのソースとシンクの役割のスイッチやHFP/HSPオーディオゲートウエイやハンズフリーやAVRCPターゲットやコントローラー等の制御もできます。

詳細は以下のサイトを参照願います。

サウンドカードを使った測定

APx500 Flexはサードパーティー製のオーディオインターフェースとAPx500ソフトウエアを使って測定できます。APx500ソフトウエアはVersion4.2 以降、サードパーティー製のASIOオーディオインターフェイスに対応しています。これにより、Automotive Audio Bus®(A2B)や Dante™やFocusrite RedNet PCIe®サウンドカードやSoundwire™ MIPI Interface®などの他のインターフェースとASIOインターフェースを介して測定できます。

多くのオーディオ測定が従来のAPxアナライザから見いだされる自らの機器の低ノイズや高い入力電圧やわずかな歪曲の測定だけを求めているのではありません。例えば、スピーカーの製造ラインでは、代表値としえ80~114dBSPLの間で測定しています。マイクの感度においても1Vrmsよりもはるかに高い入力信号を求める必要もありません。多くの工場は80dBSPLのような騒音があり、その中でマイクロホンの測定が容易になされているのが現状です。

Acoustics Measurement vs ASIO Interface Residual vs APx555 Residual

例えば上のグラフはVrmsで示した3種類のFFT特性ですが、

1.50mV/Pa感度のマイクロホンの出力で、1kHz時に1パスカルのサイン波を発生しています。

2.同様の条件で、ASIOオーディオインターフェースの高調波歪みとノイズを表しています。

3.APx555Bを使って、同条件での高調波歪みとノイズを表しています。

結果、1の場合、-36dBのTHD+Nを得られ、2のASIOインターフェースは28μVの機器自身のノイズと50mV時では-65dBのTHD+Nが、3のAPx555Bでは840nVrms、50mV時で-96dBのTHD+Nの結果が得られました。

つまり、APx555BはASIOより50dB程低いノイズ制御がある一方、ASIOは約30dB程アコースティックの周りのノイズよりも静かであることが分かります。

オーディオプレシジョンが設立する5年ほど前は、Creative Labs™ SoundBlaster®がPCサウンドカードとして隆盛を誇っておりました。その時点ではオプションにも加えることはなかった時代ですが、35年経った今は、状況が大きく変わりました。

高品質のDAコンバーターやADコンバーターが低価格のオーディオインターフェースの良さを引き出すような今般では、APx500FLEXは、価格と測定環境、性能との間のバランスで選ぶような製品として位置付けるものとして、評価される製品と認識しています。

サウンドカードでは、高出力アンプや低ノイズ・低歪みのDAコンバーターやADコンバーター等多くのデバイスは測定できないかもしれません。しかし、ASIOインターフェースやサウンドカードはスピーカーやマクロホンやヘッドホンなと充分に測定する機能はあります。ただし、APxアナライザに比べると、忠実に、ダイナミックレンジやその他機能を測定することは難しいことも否めません。

例えば、Bluetoothヘッドホンやジッター測定等ユニークな測定等APx500Bアナライザでないとできないものとすみ分けを行いながら、各製品共存していければと考えています。

さらに詳しいことは以下のサイトをご参照願います。

一般的な部屋でのスピーカーのアコースティック測定

スピーカーの周波数応答測定は、非常に重要なものです。特に自由空間での測定は代表的なものです。無響室を備えているお客様であれば、特に気にする必要はありませんが、必ずしも誰もが測定できる環境下ではありません。

今回APx500ソフトウエアを使って、一般的な半残響室で無響室の環境に近い測定をご紹介致します。ただし、スピーカーや部屋の大きさによって、数百Hzそれ以上の周波数の測定が行えるものと致します。

技術、理論上の確認を行いたい際は下記のリンクからApplication Noteをダウンロード頂ければ、参照できます。

測定で利用する際の部屋は周囲の騒音が低いレベルである点やスピーカーの指向方向に対して、距離があることが望まれます。図1のように、マイクとスピーカーの距離d(Mの3倍以上の距離を確保)し、可能であれば、10倍程度の距離を保てるようなスピーカーや部屋の広さが望ましいところです。

図 1. Schematic of loudspeaker on-axis measurement showing the direct sound path and the path of the nearest reflection

音はDUTからマイクロホンまでの距離dに対して進むのと一方、床や天井、壁等の反射による反射音が2dRの距離で進んできます。

最も近い反射時間はT = (2dR – d)/c となります。cは質問時の音速(約344m/sec)です。高さ2.4-3mの天井の一般的な部屋ではTは約5-6msecです。

図 2. A loudspeaker’s measured Impulse Response with the time window cursor positioned at T = 5 ms after the main impulse.

主インパルスの後に発生する細かいインパルスは反射によるものと思われます。(図2参照)また図3のような目立ったエネルギー曲線(高調波)としても判別できます。

図3. The Energy Time Curve result.

図2や3の点線は5msec時に引いています。APxソフトウエアは新たに設定した時間枠でRMSレベルを再計算致します。

図4はT=5msec(青)と1sec(紫)時におけるスピーカーのRMSレベルの結果を示しています。

灰色部分は1/T=200Hz時以下となり、データとしてあまり正確でない部分です。図4の結果からは400Hzから1kHzmでの周波数が非常に近似したデータとなっています。

図 4. The RMS Level result with curves corresponding to time windows of 1.0 s and 5 ms after the main impulse.

またその他スピーカー測定の環境としては、

・長方形の部屋であること。その際スピーカーとマイクロホンは対角線上に配置し、壁の反射による影響を防ぐように致します。

・2ウエイ、3ウエイのスピーカーに関しては、マイクをツイーターに向けることで高い周波数の測定にも有用になります。

詳細は下記のサイトでも参照できます。