ESA Práctica 1 Caracterización de Altavoces Curso 2014-15 V01

1.1

Equipos y Sistemas de Audio

Prcticas

1 Caracterizacin de Altavoces

Durante el desarrollo de la presente prctica se va a realizar la caracterizacin del transductor

electro-acstico ms comn, que es sin duda el altavoz electrodinmico. Esta caracterizacin va

a ser doble. Primero se estudiar su respuesta de impedancia (con y sin recinto acstico) en

donde se verificarn los modelos estudiados en teora, y segundo se proceder a obtener el valor

de los parmetros de Thiele-Small. Por ltimo y para completar la prctica se obtendr la

respuesta en frecuencia del altavoz.

Curso 2014-15

Departamento de Ingeniera Electrnica - ETSIT - Universitat Politcnica de Valncia

1.2 Equipos y Sistemas de Audio Cuaderno de laboratorio

Tabla de contenidos

1 Caracterizacin de Altavoces ______________________ 1.1

1.1 Objetivos ---------------------------------------------------------------- 1.3

1.2 Estructura de la prctica -------------------------------------------- 1.3

1.3 Introduccin terica -------------------------------------------------- 1.3

1.3.1 Modelo Terico del Altavoz Electrodinmico ............................... 1.3

1.3.2 Definicin de los parmetros fsicos y dinmicos de los altavoces.1.4

1.3.3 Estimacin de los parmetros Thiele-Small ................................... 1.6

1.3.4 Estimacin de los parmetros fsicos del altavoz ........................... 1.7

1.3.5 Estimacin automtica de los parmetros fsicos y dinmicos de los altavoces 1.7

1.4 Instrumentos y material --------------------------------------------- 1.8

1.5 Desarrollo de la prctica --------------------------------------------- 1.9

1.5.1 Esquema para la medida de impedancia de un altavoz .................. 1.9

1.5.2 Medida de la impedancia del altavoz NEO6 con LIMP ................. 1.9

1.5.3 Medida de la respuesta en frecuencia del altavoz NEO6 con ARTA1.16

1.6 Resultados y conclusiones ------------------------------------------ 1.23

Prctica 1 Caracterizacin de Altavoces Electrodinmicos. 1.3

1.1 Objetivos Obtener la impedancia compleja de un altavoz electrodinmico en funcin de la frecuencia

tanto al aire (sin caja acstica) como en una caja cerrada. Comprender el esquema de

medida necesario.

Identificar en las curvas de impedancia obtenidas la frecuencia de resonancia, as como la

impedancia a esa frecuencia, y la impedancia nominal del altavoz.

A partir de las dos respuestas anteriores al aire y en caja cerrada obtener mediante el

programa LIMP el valor de los parmetros de Thiele-Small del altavoz. Dichos parmetros

sirven para caracterizar al altavoz y nos permite a partir de ellos disear las distintos tipos

de cajas acsticas.

Realizar mediante el programa ARTA la respuesta en frecuencia del altavoz.

Realizar conexionados entre diversos equipos electrnicos de audio entendiendo el flujo de

las seales de unos a otros.

1.2 Estructura de la prctica La prctica est estructurada en las siguientes partes:

1) Repaso del modelo terico equivalente de un altavoz electrodinmico dado en teora.

2) Planteamiento del esquema necesario para la medida de impedancia.

3) Medida de impedancias con el Software LIMP y la tarjeta de sonido externa USB M-AUDIO

Fast Track Pro. Medida de impedancia al aire y en caja cerrada.

4) Obtencin mediante el programa LIMP de los parmetros de Thiele-Small.

5) Medida de la respuesta en frecuencia del altavoz mediante el Software ARTA y el micrfono

de medida EMC8000.

6) Entrega de las memorias correspondientes.

1.3 Introduccin terica

1.3.1 Modelo Terico del Altavoz Electrodinmico En este apartado se realiza un breve repaso del modelo equivalente de un altavoz

electrodinmico. Puede complementar sus contenidos en el estudio de Tema 4 - Altavoces. Modelos y

del Tema 5 - Cajas Acsticas. Bocinas. Filtros de cruce pasivos, de la asignatura y disponible en

PoliformaT.

Veamos algunas definiciones y procedimientos de medicin para estimar los parmetros de los

altavoces.


1.3.2 Definicin de los parmetros fsicos y dinmicos de los altavoces. Un altavoz electrodinmico montado en una caja infinita se caracteriza por los siguientes

parmetros fsicos:

Parmetros electromagnticos:

RE Resistencia DC de la bobina de voz ().

LE Autoinductancia de la bobina de voz (H).

L2 - Inductancia debida al acoplamiento inductivo de las corrientes de Eddy (H).

R2 Resistencia debida a las corrientes de Eddy ().

Bl - Factor de fuerza (Tm).

Parmetros mecnicos:

S rea efectiva de la membrana (m2).

CMS Elasticidad de la suspensin (m/N).

MMS Masa mecnica de la membrana ms la masa de aire que carga la membrana (Kg.).

RMS Resistencia mecnica ms la resistencia de radiacin de la membrana (Kg./s).

(El rea del pistn se obtiene normalmente con la medicin del dimetro del cono incluyendo

1/3 del borde).

La figura 1.1 muestra los circuitos equivalentes de baja frecuencia de un altavoz

electrodinmico montado en una caja infinita. Los circuitos usan los siguientes elementos:

a)

Circuito elctrico Circuito mecnico

b)

LCES=(Bl)2CMS RES=(Bl)

2 /RMS CMES= MMS /(Bl)2

Figura 1.1 a) Circuito elctrico de un altavoz electrodinmico de banda ancha montado en un baffle infinito.

b) circuito para el clculo de la impedancia de entrada de baja frecuencia.


Usando estos elementos, Thiele y Small introdujeron los parmetros dinmicos de los altavoces

que se definen en la Tabla 1.1.

Frecuencia de resonancia en aire libre (Hz) MSMS

s

MSMS

sCM

= CM

= f1

2

1

Factor Q Mecnico MSMSsMS

MSsMS

RCR

M = Q

1

Factor Q Elctrico 2Bl

RM = Q EMSs

ES

Factor Q Total ESMS

ESMS

ESE

ESEMESsTS

QQ

QQ

RR

RRC = Q

Eficiencia de Potencia Disponible (%).

2

22

2MSE

o

ESMR

BlS

c

= Q

Sensibilidad (1W/1m) en dB orefo

op

log,=plog c

logm/WL 101112)(202

10)11(

Volumen acstico equivalente (m

3) MSoAS C Sc= V

22

Tabla 1.1 Parmetros dinmicos de los altavoces de Thiele - Small

(0 = 1,18kg/m

3, c = 345m/s, p

ref = 20Pa)

Thiele y Small han demostrado que usando estos parmetros es sencillo expresar la respuesta

de una caja cerrada como un filtro paso alto de 2 orden y la respuesta de una caja bassreflex como un

filtro paso alto de 4 orden.

Hoy en da, casi todos los fabricantes de altavoces incluyen los parmetros fsicos y los

parmetros de Thiele-Small en las hojas de datos de sus altavoces.

Nota sobre inductancia elctrica:

En la industria estndar se mide la inductancia de la bobina de voz a 1 kHz. En LIMP, un

componente inductivo (tambin uno capacitivo) puede ser medido a cualquier frecuencia. Lo cierto es

que nosotros no podemos especificar el valor exacto de la inductancia de la bobina de voz LE, porque

es un elemento que depende de la frecuencia. La inductancia de la bobina de voz puede ser descrita

como una bobina primaria del transformador cuyo secundario se arroya sobre la pieza polar.

Las corrientes de Eddy en la pieza polar hacen aumentar la resistencia del circuito primario.

El modelo simple para una impedancia de entrada primaria es K + jK, donde K es una constante. La impedancia se incrementa con antes que con .

Este modelo no es prctico ya que los ingenieros en muchas simulaciones numricas usan

alguna forma de un circuito anlogo elctrico que empareja estrechamente datos de medida. El circuito

ms comnmente usado para la impedancia elctrica de bobina de voz es una conexin serie de

resistencia RE, inductor LE y conexin paralela de resistor R2 e inductor L2, figura 1.1. Ha sido probado

como el modelo til en muchas simulaciones. LIMP estima el valor de LE, R y L2 ajustando la

respuesta del circuito modelo a los datos medidos, por el mtodo de error del mnimo cuadrado.


(Quiere decir que el valor de L2 y R2 es cambiado hasta que la suma de cuadrados de las diferencias de

la respuesta de modelo y respuesta medida se hace mnima).

La resistencia de la bobina mvil se debera medir con un hmetro de CC.

1.3.3 Estimacin de los parmetros Thiele-Small Ser fcil estimar los parmetros Thiele-Small una vez que hayamos medido los datos de la

impedancia del altavoz.

A frecuencias bajas la influencia de la inductancia de la bobina mvil es pequea y la expresin

de la impedancia de entrada del altavoz tendr la siguiente forma:

22

22

2

S

2

S

2

1

1

SMSS

STSE

MSS

MS

MS

ETsQ/sT

TsQ/sTR

sQ/s

Q/s

R

Bl RZ

Donde s=j, TS=1/S

La impedancia encuentra su mximo valor en la frecuencia de resonancia:

Zmx = Z(=S) = REQES / QT = RE+RES

ya que QES>QT

Figura 1.2 Curva tpica de impedancia de un altavoz montado en aire libre.

En las frecuencias f1

y f2, (donde f1


Ahora podremos definir un procedimiento paso a paso para medir los factores Q:

1. Medir una resistencia de bobina mvil RE con un hmetro de CC.

2. A partir de la curva de la impedancia, hallar fS y Zmax. Definir ro=Zmx/RE.

3. Elegir alguna magnitud de impedancia RE


Para estimar todos los parmetros del altavoz hemos de tener dos mediciones de impedancia. En

una de las mediciones el altavoz ha de estar montado en una caja cerrada de volumen conocido. Esto

es lo que necesitamos:

1. Datos de la impedancia medida.

2. Datos de la impedancia medida con el altavoz montado en una caja cerrada.

3. Una de las curvas (1 o 2) se ha de configurar como grfico de superposicin (ver la figura 1.3).

4. Valor estimado del volumen de la caja - en litros.

5. Resistencia CC de la bobina mvil medida - en ohmios.

6. Dimetro de la membrana - en cm (dimetro del cono que incluye el 1/3 del borde).

A continuacin activamos el men Analyze > Parmetros del altavoz Mtodo de la caja

cerrada, para obtener el cuadro de dilogo 'Loudspeaker Parameters Closed Box Method'

[Parmetros del altavoz Mtodo de la caja cerrada] que se muestra en la figura 1.4.

Figura 1.4 Cuadro de dilogo para estimar los parmetros del altavoz mtodo de la caja cerrada

Finalmente, introducimos los valores de Voice coil resistance [Resistencia de la bobina

mvil], Membrane diameter [Dimetro de la membrana] y Closed Box volume [Volumen de la

caja cerrada]. Pulsar sobre el botn 'Calculate' [Calcular] para obtener el informe que aparece en la

caja de edicin de la izquierda. Este informe se puede copiar al portapapeles pulsando el botn 'Copy'.

1.4 Instrumentos y material Caja acstica NEO6-Work

Amplificador the t.amp

Tarjeta de sonido M-AUDIO

Micrfono EMC 8000

Pie de micrfono

Software: ARTA

3 Sondas BNC-cocodrilo

2 Cable banana-cocodrilo

2 Cable banana-banana

1 Cable jack-jack mono

1 Cable XLR-XLR

3 Adaptador RCA(M)-BNC(H)

2 Adaptador jack mono(M)-RCA(H)

1 Resistencia 100 W


1.5 Desarrollo de la prctica

1.5.1 Esquema para la medida de impedancia de un altavoz Para poder medir la impedancia de un altavoz Zalt en funcin de la frecuencia es necesario

poder medir tanto la tensin aplicada en sus bornes Valt como la corriente que pasa por l Ialt, y a partir

de las dos medidas poder recalcular Zalt = Valt / Ialt.

Para obtener esta medida es necesario modificar el circuito de medida de la siguiente manera

incluyendo una resistencia R que funcionar como un shunt:

De esta forma ser posible medir tanto la tensin en bornes del altavoz Valt como U2, y la

corriente Ialt como (U1-U2)/R.

1.5.2 Medida de la impedancia del altavoz NEO6 con LIMP A continuacin vamos a analizar la impedancia de un

altavoz comercial. Se trata del modelo NEO6 de la marca

WORK, perteneciente a la empresa valenciana EQUIPSON S.A.

Se trata de un altavoz de dos vas (un altavoz woofer para

las frecuencias graves de 6, y un tweeter para los agudos) en

configuracin bass-reflex. Para la realizacin de la prctica, el

altavoz ha sido internamente modificado y se accede

separadamente tanto al woofer como al tweeter mediante

diferentes conectores. Utilizaremos la conexin del woofer.

Este altavoz tambin dispone de un transformador interno

para adaptar su impedancia y poder ser utilizado en sonorizacin

con lneas de alta impedancia, algo que no vamos a emplear en

esta prctica.

1. Verifique que en la parte trasera del altavoz disponga del conmutador en la posicin de 8 . Utilice

si es necesario un destornillador para cambiarlo.

2. Mida ahora la resistencia del altavoz con el tester:

RE =

Generador


Las medidas van a realizarse usando el software LIMP y la tarjeta de sonido M-AUDIO Fast

Track Pro que se conecta al PC a travs de USB.

IMPORTANTE: Verifique que en la tarjeta de sonido

El potencimetro MIX est totalmente girado a la derecha en la posicin PB,

Los pulsadores INST/LINE en modo LINE

Los pulsadores PAD no pulsados, y el conmutador trasero 48V PH POWER en OFF.

3. Conecte la tarjeta de sonido al PC.

4. Ponga los potencimetros GAIN de las entradas y el de salida LEVEL en su posicin media.

5. Ejecute el LIMP al que acceder desde Inicio/Todos los programas/ARTA Software/Limp

6. Verificar que el LIMP est usando la tarjeta de sonido M-AUDIO y no la integrada en el propio PC.

Para ello vaya al men Setup/Audio Devices y configrelo como se indica.

Salidas

Entradas


7. A continuacin hay que calibrar la medida. Para ello, conecte la salida 1 con las dos entradas 1 y 2

tal como muestra la figura inferior.

8. Una vez conectados los cables correctamente presione el botn CAL y configure la realizacin de 3

medias en Number of Averages. Pulse Generate

9. Modifique el potencimetro de salida hasta que los niveles de entrada lleguen hasta los -10 dB. Si

es necesario, mueva los potencimetros de las entradas ligeramente hasta que las dos entradas tengan

prcticamente el mismo nivel. En ese momento, pulse Calibrate para que el LIMP calibre la relacin

de ganancias de las entradas. A partir de aqu NO MUEVA LOS POTENCIMETROS DE LAS

ENTRADAS. Pulsar OK.

10. La primera medida que debe hacer es la de la impedancia del altavoz en funcin de la frecuencia,

pero fuera de la caja. Para ello, quite los 6 tornillos del frontal del altavoz (NO LOS PIERDA!!!!) y

separe el altavoz con el frontal del resto. Tenga cuidado ya que los cables van muy justos. Sujtelo de

forma similar a la mostrada.

Recuerde que el cajn del puesto dispone de ms cables banana-banana, banana-cocodrilo, etc.,

que le pueden ser necesarios.

11. Para medir la impedancia vamos a usar una resistencia auxiliar de 100 . Mida exactamente su

valor con el tester:

RE =

Adaptador: RCA(M) - BNC(H)

Cable: BNC(M) - Cocodrilos

Adaptador: Jack 1/4 Mono (M) - RCA(H)

Adaptador: RCA(M) - BNC(H)

Cable: BNC(M) - Cocodrilos

Conexin de los cocodrilos


12. Insertar una resistencia R en serie con el altavoz para poder obtener la corriente Ialt. Realice el

montaje a partir del realizado anteriormente para la calibracin aadiendo el altavoz, dos cables

banana-cocodrilo uno rojo y el otro negro y conctelos tal como se muestra en la siguiente figura,

colocando las resistencia tal como se muestra en la imagen y en el esquema siguiente.

El LIMP dispone de dos mtodos de medida para obtener las curvas de impedancia (magnitud y

fase). Los mtodos son los siguientes. Dispone de su explicacin detallada en la ayuda del programa:

- FFT (Fast Fourier Transform) empleando ruido peridico (se configura con Gen=Pink PN).

Mide los espectros de las dos entradas y recalcula el valor de la impedancia conocida la R. Es

un mtodo muy rpido para obtener el valor de la medida. Permite realizar medias en la medida

para estabilizar los valores mediante la opcin Avg que puede ser lineal Linear en la que se

ponderan por igual todas las medidas realizadas, o exponencial Exp en la que se van

olvidando las medidas ms antiguas. Use Exp.

Stepped Sine que emite un barrido logartmico de tonos y va

calculando los valores frecuencia a frecuencia (Gen=Stepped

Sine). Este mtodo es ms lento pero obtiene unas medidas de

gran calidad. Nosotros vamos a realizar en esta prctica las

medidas de la impedancia con Stepped Sine.

OUT 1

IN 2

IN 1

R 100 ohm

Altavoz con las conexiones mediante banana

Conexin de los cocodrilos

con la resistencia de 100


MEDIDA CON STEPPED SINE

13. Configure Gen=Stepped Sine. y mediante Setup/Measurement o y configure la medida como

se indica. Es importante poner el valor de la resistencia R medida anteriormente.

14. Suba el nivel de salida de la tarjeta al mximo con el potencimetro LEVEL.

15. Separe el altavoz de la caja y mantengalo sujeto en mano durante la medida. Verifique que est la

opcin activada para poder ver a la vez la respuesta en magnitud en hmios en el eje Y

izquierdo y de fase en el eje Y derecho. Empiece a medir con Record/Start o .

16. Cuando la medida sea estable identifique los siguientes valores que podr obtener fcilmente con

los cursores y el ratn sobre la grfica del LIMP:

fs Frecuencia de Resonancia : Se corresponde con la frecuencia de resonancia del circuito mecnico. Corresponde a la frecuencia del pico de impedancia y con parte imaginaria nula.

|Zet| mximo : valor del mdulo de la impedancia a fs.

Znom Impedancia nominal : Valor resistivo mnimo despus del pico de impedancia. Este corresponde al valor de impedancia que se da como dato de un altavoz. Indique tambin la

frecuencia en la que ocurre fnom.

Igualmente, identifique en dnde se corresponde el valor de impedancia medido anteriormente del altavoz con el tester.


fs = Hz; |Zet| = ; Znom= ; fnom= Hz

17. Capture la grfica y pguela con los resultados necesarios en la memoria.

18. Una vez obtenida la respuesta fijar la grfica mediante Overlay/Set as overlay, en caso contrario se

borrara al comenzar una nueva respuesta y necesitamos tener ambas grficas a la vez.

19. Monte ahora el altavoz con los tornillos (que no debe haber perdido) de forma suave. NO LOS

APRIETE FUERTE PORQUE SE PASAR LA ROSCA DE PLSTICO DE LA CAJA!!!!.

20. Vamos a proceder a medir la impedancia del altavoz en caja cerrada. Antes de medir de nuevo,

tape el agujero de la izquierda de la caja (el derecho ya lo est). Con esto eliminaremos el puerto

bass-reflex.

21. Configure Gen=Stepped Sine. y mediante Setup/Measurement o y configure la medida como

se indic anteriormente.

22. Obtenga la grfica como lo hizo antes, y los nuevos valores de fs, |Zet| y Znom. Qu ha pasado con

ellos? A qu cree que puede ser debido?

fs = Hz; |Zet| = ; Znom= ; fnom= Hz

23. Capture la grfica y pguela con los resultados necesarios en la memoria.

24. Una vez obtenida la grfica tal como se muestra tenemos que pasar a obtener los parmetros del

altavoz. Para ello pulsaremos Analyce/Loudspeaker parameters Closed box method y nos aparecer

el cuadro de dialogo que se muestra en la figura siguiente:


25. Rellenaremos el valor de la resistencia del altavoz en continua medida anteriormente.

Introduciremos el dimetro efectivo de nuestro altavoz y por ltimo estimaremos de la forma ms

exacta posible el volumen interno ocupado por el aire de nuestra caja, rellenando las casillas.

26. Una vez realizado esto lo capturaremos la pantalla para copiarla en la memoria.

27. Pulsaremos Calculate TSP, con lo que nos aparecer el valor de los principales parmetros de

Thiele-Small, tal como se muestra a continuacin.

28. Observaremos la tabla obtenida y comprobaremos que los resultados son correctos y no existe

ningn valor absurdo.

29. Capturar la tabla anterior y copiarla en la memoria. Desmontar el circuito excepto el USB.


1.5.3 Medida de la respuesta en frecuencia del altavoz NEO6 con ARTA Ahora pasemos a medir la respuesta en frecuencia de la caja NEO6. Para ello emplearemos el

programa ARTA, que forma parte del grupo de programas ARTA-LIMP-STEP que forman una

herramienta poderosa para la medida de sistemas electro-acsticos.

Necesitaremos ahora adems de lo utilizado anteriormente:

Un amplificador modelo the t.amp necesario para poder amplificar la seal de salida de la

tarjeta tanto en tensin como en corriente.

Un micrfono de medida EMC8000 y un pie de micrfono.

30. Antes de proseguir, baje el nivel de salida de la tarjeta LEVEL a la mitad, y ponga el

potencimetro de LEVEL del amplificador tambin en la mitad.

31. Conecte la salida de la tarjeta TSR OUTPUT 1 con la entrada del

amplificador INPUT mediante el cable jack-jack proporcionado. Esta salida

emplea una seal de audio balanceada, con mayor inmunidad al ruido.

32. Monte ahora el micrfono en el pie de micrfono asegurndose de que

encaja perfectamente en la pinza de sujecin. Coloque el micrfono a la

altura del centro del altavoz, y a una distancia aproximada de 75cm.

33. Conecte ahora el micrfono a la entrada 1 de la tarjeta de sonido

mediante un cable XLR-XLR como el mostrado.

34. Al tratarse de un micrfono de condensador es necesario suministrar

una tensin continua de +48V al micrfono para que funcione. Esta

tensin se llama Phantom y se activa en la tarjeta con un conmutador que

se encuentra en la parte trasera. Se iluminar un LED rojo en el frontal.

35. Conectar la salida del amplificador al altavoz con cables (rojo y negro)

banana-banana.


36. Ejecute el ARTA en /Todos los programas/ARTA Software/ARTA .

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NOTAS INTRODUCTORIAS AL PROGRAMA ARTA

Vamos a explicar primero la forma de funcionar con ARTA y luego pasaremos al desarrollo de

esta parte de la prctica.

ARTA es un software muy completo para el anlisis de sistemas electroacsticos. Dispone de 4

modos de funcionamiento: , de los que nicamente veremos tres de ellos usando

solamente algunas de sus opciones. Estos modos son:

- IMP : Medida de la respuesta al impulso del sistema con ruido peridico, MLS, barrido lineal y

logartmico, o usando una seal de excitacin externa.

- FR2 : Analizador de Fourier FFT de doble canal con ruido rosa y ruido blanco (peridico y no

peridico) y seal externa. Este modo no lo vamos a emplear.

- FR1 : Analizador de Fourier FFT de un canal con ruido peridico rosa y ruido peridico

blanco.

- SPA : Analizador de espectros.

Modo IMP

El modo IMP es el que emplearemos para calcular la respuesta impulso del sistema (compuesto

por la tarjeta de sonido + amplificador + altavoz + sala) y de ella derivar todas las medidas. Es posible


que algunos conceptos no los haya estudiado todava. Comente las dudas que tenga con el profesor. En

este modo las opciones que nos da ARTA son las siguientes:

En cualquier caso, en todas las medidas que tendr que obtener se especificar el valor de todos

los parmetros que debe usar para ello.

Con el botn obtendremos la medida al impulso con uno de los mtodos disponibles donde

adems podremos configurar en nmero de medias que queremos hacer para mejorar la relacin Seal-

a-Ruido (S/N) de la medida, el canal de media, tamao de la FFT empleada, etc.

Podemos pulsar Generate y escuchar el ruido producido por el generado y si es el correcto

pulsar Record y esperar a que finalice la grabacin.

Una vez obtenida la respuesta impulso disponemos de dos cursores (uno con cada botn del

ratn) para enventanar la parte del impulso que queramos analizar, y as poder eliminar en la medida

de lo posible el efecto de las reflexiones que generan las paredes, suelos y obstculos, para obtener una

respuesta quasi-anecoica. El precio a pagar ser la prdida de resolucin en baja frecuencia ya que no

dispondremos de suficiente informacin (longitudes de onda)

Con el impulso convenientemente enventanado con los cursores, el tipo de ventana empleado (se

configura con la opcin IR Window) y el tamao de la FFT, es posible derivar todas las siguientes

medidas pulsando el correspondiente botn de las

que nicamente usaremos dos de ellas:


- FR : Respuesta en frecuencia (magnitud y fase) con suavizado espectral en fracciones de

octava (1/9 en general), retardo de grupo, representacin de fase mnima y fase en exceso,

compensacin de escala y de difraccin de la caja. Dispone de la opcin Overlays para ir

visualizando a la vez varias medidas y poder comparar y operar con ellas. Son muy tiles.

- DFT : Igual que FR pero sin suavizado. No recomendable para medir altavoces. Muestra

directamente la Transformad Discreta de Fourier (Discrete Fourier Transform)

Modo FR1

Mide directamente y de forma continua la respuesta en frecuencia en magnitud por lo que son

tiles para ver la evolucin del espectro, por ejemplo al variar la posicin del micrfono o para ver la

influencia de un ecualizador (graves, agudos). Permite configurar el tipo de seal generada Gen, la

frecuencia de muestreo Fs(Hz), el tamao de la FFT empleada, y la posibilidad de realizar medias

sucesivas Avg en la respuesta, o lineales Linear, o exponenciales Exp (recomendado).

El botn (rojo) arranca y para tanto el analizador como el generador de seal, mientras que

el botn (azul) slo arranca y para el generador de seal.

Modo SPA

Es un analizador de espectros en el que se visualiza la respuesta en magnitud del espectro. Se

puede configurar la seal generada Gen tanto el tamao de la FFT como la ventana empleada Wnd

como las medias Avg en la medida. Adems de representar el espectro, permite obtener los valores

RMS, distorsin THD, distorsin y ruido THD+N, RTA con bancos en fracciones de octava, y hacer

ponderaciones A, B, C. Todas las opciones estn en el men View.

El botn (rojo) arranca y para tanto el analizador como el generador de seal, mientras que

el botn (azul) slo arranca y para el generador de seal.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


REALIZACIN DE LAS MEDIDAS DE RESPUESTA CON EL PROGRAMA ARTA

37. Configuremos el ARTA para que use la tarjeta M-AUDIO. Ejecute Setup/Audio Devices y

configrelo como se muestra a continuacin:

Modo SPA

38. Arranque el generador y el grabador con el botn (rojo). Por defecto se genera una seal

sinusoidal de 1 kHz que deber identificar perfectamente en la respuesta. Cuide el volumen generado

para no molestar demasiado ni estropear el altavoz.

39. Configure en el generador una seal de 500 Hz y otra de 200Hz. Observe las medidas que obtiene.

40. Apague el generador presionando el botn (azul), el grabador seguir mostrando el espectro de

la seal que capta el micrfono. Hable al micrfono y observe el espectro generado. Debe de ver tanto

la seal fundamental como los armnicos. Pruebe a silbar y variar el tono.

41. Diga aaaaaaaaaaaaaa y capture la pantalla que deber aadir a la memoria. Identifique la

frecuencia fundamental y los armnicos.

Modo FR1

42. Configrelo como se muestra

:

43. Sobre la grfica, pulse el botn derecho del ratn, o ejecute Setup/Graph Setup. Modifique las

opciones como se muestra para poder representar la respuesta del altavoz con un suavizado en el

espectro por fracciones de octava, en particular con una resolucin de 1/12 de octava:


44. Capture la respuesta en frecuencia del altavoz a unos 75 cm. Coloque el altavoz en alto sobre la

cajonera para evitar los rebotes de la mesa y el suelo. Comente cmo es la respuesta obtenida.

45. Encuentre:

- Respecto al nivel dB medio en la banda de frecuencias uso, las frecuencias de corte superior e

inferior a -10 dB respecto al nivel medio.

fci(-10dB)= Hz @ dB fcs(-10dB)= Hz @ dB

- Las variaciones mximas de la respuesta en la banda de uso.

Lmn= dB @ Hz Lmx= dB @ Hz

Respuesta en frecuencia modificada por rebotes

46. Baje ahora el altavoz a la mesa y pngalo lo ms dentro que pueda y con el micrfono al borde de

la mesa y a la altura de la mitad del altavoz. Va a observar ahora como el efecto de los rebotes de la

seal en la mesa afectan notablemente en la respuesta.

47. Mida la respuesta. Pare la medida y ejecute Overlay/Set as Overlay. Con esto se memorizar la

curva obtenida en amarillo, para poder comparar la medida.

48. Ponga el material absorbente proporcionado en la mesa y el altavoz encima en la misma posicin

en la que estaba. Repita la medida y capture la pantalla y pguela en la memoria. Qu ha pasado en la

medida? Por qu cree que ha pasado?

Modo IMP

49. Para finalizar, vuelva a dejar el altavoz encima de la cajonera y pase ahora al modo IMP que nos

permitir obtener la respuesta impulso del altavoz, y a partir de ella todas las dems: respuesta en

frecuencia (magnitud y fase), retardos de grupo, respuesta al escaln, etc. ARTA dispone de varios

mtodos para obtener la respuesta impulso cuya descripcin queda fuera del mbito de la prctica.

Dispone de informacin sobre todos los mtodos empleados en la ayuda.


50. Presione (rojo) y configure la medida como se indica:

51. Presione Record y obtendr la medida impulso del altavoz mediante el uso de un barrido senoidal

logartmico. Como se ha comentado, dispone de dos cursores para enventanar la respuesta impulso.

Ponga el primero con el botn izquierdo del ratn justo antes del impulso, y el derecho a unos 50 ms

despus (se lo indicar el ARTA en la ventana abajo en Gate).

52. Pulse y obtendr la respuesta en frecuencia a partir del impulso. Capture la grfica y adala

a la memoria.


Equipos y Sistemas de audio.

Prctica 1. Caracterizacin de altavoces electrodinmicos.

1.6 Resultados y conclusiones 1.5. 2 Medida de la impedancia y parmetros del altavoz con LIMP

16. Valores del altavoz sin caja.

fs = Hz ; |Zet| = ; Znom= ; fnom= Hz.

22. Valores de altavoz con caja de fs, |Zet| y Znom. Qu ha pasado con ellos? A qu cree que puede ser debido?

fs = Hz; |Zet| = ; Znom= ; fnom= Hz.

23. Respuesta en frecuencia del altavoz sin y con caja.

29. Loudspeaker Parameters Closed Box Method

1.5. 3 Medida de la respuesta en frecuencia del altavoz con ARTA

Modo SPA

38. Spectrum magnitude dBFS para 1 kHz

Modo SPA

41. Spectrum magnitude dBFS para aaaaaaaaaaaaa

Modo FR1.

44. Respuesta en frecuencia

45. Respecto al nivel dB medio en la banda de frecuencias uso, las frecuencias de corte superior e

inferior a -10 dB respecto al nivel medio.

fci(-10dB)= 73,4 Hz @89,4 dB fcs(-10dB)= 7595,7 Hz @90,66 dB

- Las variaciones mximas de la respuesta en la banda de uso.

Lmn= 91,84 dB @ 172,2 Hz Lmx= 104,95 dB @ 3990,2 Hz

Modo FR1.

47. Respuesta en frecuencia con rebotes

Modo FR1.

48. Respuesta en frecuencia con absorbente

Modo IMP

51. Respuesta al impulso

52. Respuesta en frecuencia

ESA Práctica 1 Caracterización de Altavoces Curso 2014-15 V01

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