AMPLIACIÓN DE INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA 4º CURSO DE GIERM Curso 2014-2015

FRANCISCO PÉREZ RIDAO Departamento de Ingeniería Electrónica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla

AMPLIACIÓN DE INSTRUMENTACIÓN (4º GIERM) PRÁCTICA 1: OSCILOSCOPIO DIGITAL PS4227 DE ALTA RESOLUCIÓN NOMBRE………………………...….APELLIDOS………………………………..………………

1. Objetivo. En esta práctica se pretende familiarizar al alumno con el manejo de osciloscopios digitales USB. Se caracteriza y compara experimentalmente las diferencias medidas que permite un osciloscopio digital USB de alta resolución (Picoscope PS4227) comparándolas, a su vez, con un osciloscopio digital convencional disponible en el Laboratorio de Electrónica.

2. Introducción. Un osciloscopio USB permite medidas en campo que pueden mejorar en muchos casos a las realizadas en laboratorio por equipos mucho más pesados y voluminosos. No sólo es osciloscopio, sino analizador de espectros, voltímetros complejos, generadores de señales, etc. Se conectan USB a un PC y no requieren alimentación separada. La representación gráfica detallada a gran tamaño son ventajas adicionales sobre los equipos convencionales. Fácilmente podemos observar, seleccionar, ampliar, almacenar o imprimir los resultados para tener registros en papel que permitan comparaciones y documentación de resultados. El osciloscopio que se compara en esta práctica es de alta resolución (medidas hasta 16 bits), por lo que las ventajas en las medidas de señales de audio básicas (16 bits) son evidentes. No todo son ventajas, pero éstas son numerosas.

3. Material necesario. • • • •

Osciloscopio digital Picoscope (PS): PS4227. PC con software de medida Picoscope 6000. Osciloscopio digital de laboratorio. Generador de señal de laboratorio.

4. Realización de la práctica. Determinar experimentalmente las medidas posibles, comparando los resultados con los equipos convencionales disponibles en el Laboratorio y con las especificaciones del fabricante PS. Para ello, se pide: 4.1)

Medidas como Osciloscopio Digital con Generador externo: • ¡ Seleccionar 10:1 para evitar superar 20V max en la entrada ¡

• Utilizando una señal cuadrada de 1 kHz y de 1 Vpp de un generador externo, ajustar y compensar adecuadamente las dos sondas asociadas al osciloscopio. • Realizar diferentes observaciones y medidas temporales (modo osciloscopio) de señales generadas externamente. Trabajar con diferentes formas de onda, frecuencias y amplitudes del generador externo. Se realizan ajustes en el PS para optimizar la medida: bases de tiempo, ganancia, modos de disparo, resolución (12/14/16 bits), filtrado pasobajo interno, zoom de detalles, memorización de señales, modos de medidas, modo X-Y, etc. • Programar cinco mediciones automáticas diferentes (ej. V RMS, f, Vpp, etc.) de dos señales simples diferentes (sen 1kHz, cuad 1kHz).

4.2) Medidas como Osciloscopio Digital con Generador interno: • Conectar con cable coaxial la salida del generador interno de señal (GEN) a la entrada A del osciloscopio USB. Nota: las escala inicial 10:1 pasa a ser ahora 1:1. • Determinar las formas de onda normalizadas que pueden ser generadas internamente en el PS con una amplitud de 1Vpp, observándolas con el osciloscopio PS. • Determinar y observar los límites (max/min) de amplitud, frecuencia, y offset para la señal senoidal y cuadrada. • Al comparar el generador interno PS con el generador externo disponible en el laboratorio, ¿qué ventajas o inconvenientes destacaría ?. • Generar señales aleatorias a partir de señales patrón disponibles y observarlas con el osciloscopio PS. 4.3) Medidas como Analizador de Espectros (medidas FFT): • Seleccionar diferentes frecuencias máximas de medida. • Variar resolución del espectro, tipo de ventana y modo de visualización. • Observar el espectro de RF hasta 120 MHz captado por 1m de conductor desplegado linealmente en el laboratorio. • Anotar los valores promedios medidos en las señales captadas en el rango de las emisoras de onda media, corta y FM. • Observar el espectro de diferentes señales patrón generadas internamente. • ¿ Qué ocurre si las medidas se realizan en valor promedio y no en magnitud ? • Programar cinco mediciones automáticas diferentes (ej. THD, SNR, etc.) de varias señales simples diferentes (sen 1kHz, sen 100 kHz, etc).

4.4) Medidas en modo Persistencia. • Seleccionar modo persistencia en la representación temporal. • Comparar diferentes señales periódicas generadas por el PS. Elevar, en lo posible, la frecuencia e intentar observar señales aleatorias que se escapen de lo esperado mediante el código de colores. 4.5) Explorar otros modos de medida y representación de señales.

NOTA: los resultados experimentales de la práctica se entregarán al final de la misma.

AMPLIACIÓN DE INSTRUMENTACIÓN (4º GIERM) PRÁCTICA 2: OSCILOSCOPIO DIGITAL PS4262 DE MUY ALTA RESOLUCIÓN NOMBRE………………………...….APELLIDOS………………………………..………………

1. Objetivo. En esta práctica se pretende familiarizar al alumno con el manejo de osciloscopios digitales USB. Se caracteriza y compara experimentalmente las diferencias medidas que permite un osciloscopio digital USB de muy alta resolución (Picoscope PS4262) comparándolas, a su vez, con otro osciloscopio digital USB disponible en el Laboratorio de Electrónica (PS4227).

2. Introducción. Un osciloscopio USB permite medidas en campo que pueden mejorar en muchos casos a las realizadas en laboratorio por equipos mucho más pesados y voluminosos. No sólo es osciloscopio, sino analizador de espectros, multímetros complejos, generadores de señales, etc. Hay muchas medidas que pueden realizarse de forma automática... Se conectan USB a un PC y no requieren alimentación separada. La representación gráfica detallada a gran tamaño son ventajas adicionales sobre los equipos convencionales. Fácilmente podemos observar, seleccionar, ampliar, almacenar o imprimir los resultados para tener registros en papel que permitan comparaciones y documentación de resultados. El osciloscopio que se compara en esta práctica es de muy alta resolución (medidas hasta 20 bits), por lo que las ventajas en las medidas de señales de audio básicas (16 bits) son evidentes. No todo son ventajas, pero éstas son numerosas.

3. Material necesario. • • • •

Osciloscopios digitales Picoscope (PS): PS4262 y PS4227. PC con software de medida Picoscope 6000. Osciloscopio digital de laboratorio. Generador de señal de laboratorio.

4. Realización de la práctica. Determinar experimentalmente las medidas posibles en PS4262, comparando los resultados con los obtenidos para el PS4227 en una práctica anterior. Para ello, se pide: 4.2)

Medidas como Osciloscopio Digital con Generador externo: • •

¡ Seleccionar 10:1 para evitar superar 20V max en la entrada ¡ Utilizando una señal cuadrada de 1 kHz y de 1 Vpp de un generador externo, ajustar y compensar adecuadamente las dos sondas asociadas al osciloscopio.

•

•

4.2)

Medidas como Osciloscopio Digital con Generador interno: • • • • •

4.3)

Realizar diferentes observaciones y medidas temporales (modo osciloscopio) de señales generadas externamente. Trabajar con diferentes formas de onda, frecuencias y amplitudes del generador externo. Se realizan ajustes en el PS para optimizar la medida: bases de tiempo, ganancia, modos de disparo, resolución (16/18/20 bits), filtrado pasobajo interno, zoom de detalles, memorización de señales, modos de medidas, modo X-Y, etc. Programar cinco mediciones automáticas diferentes (ej. VRMS, f, Vpp, etc.) de dos señales simples diferentes (sen 1kHz, cuad 1kHz).

Conectar con cable coaxial la salida del generador interno de señal (GEN) a la entrada A del osciloscopio USB. Nota: las escala inicial 10:1 se cambia a 1:1. Determinar las formas de onda normalizadas que pueden ser generadas internamente en el PS con una amplitud de 1Vpp, observándolas con el osciloscopio PS. Determinar y observar los límites (max/min) de amplitud, frecuencia, y offset para la señal senoidal y cuadrada. Al comparar el generador interno del PS4262 con el generador interno del PS4227, ¿qué ventajas o inconvenientes destacaría ?. ¿ Y si se comparan ambos con el generador de señal disponible en el laboratorio? Generar señales aleatorias a partir de señales patrón disponibles y observarlas con el osciloscopio PS.

Medidas como Analizador de Espectros (medidas FFT): • • • • • •

Seleccionar diferentes frecuencias máximas de medida. Variar resolución del espectro, tipo de ventana y modo de visualización. Observar el espectro de RF hasta 5 MHz captado por 1m de conductor desplegado linealmente en el laboratorio. Anotar los valores promedios medidos en las señales captadas en el rango de las emisoras de onda media y corta. Observar el espectro de diferentes señales patrón generadas internamente. ¿ Qué ocurre si las medidas se realizan en valor promedio y no en magnitud ?

4.4)

Medidas en modo Persistencia. • Seleccionar modo persistencia en la representación temporal. • Comparar diferentes señales periódicas generadas por el PS. Elevar, en lo posible, la frecuencia e intentar observar señales aleatorias que se escapen de lo esperado mediante el código de colores.

4.5)

Resumir en una tabla comparativa las caracteristicas de PS4262 frente a PS4227.

NOTA: los resultados experimentales obtenidos en la práctica se entregarán al final de la misma.

AMPLIACIÓN DE INSTRUMENTACIÓN (4º GIERM) PRÁCTICA 3: MEDIDAS DE AUDIO CON SEÑALES DE PRUEBA NOMBRE………………………...….APELLIDOS………………………………..………………

1. Objetivo. En esta práctica se pretende introducir las mediciones en reproductores comerciales de audio (o audio/video) con señales de prueba generadas digitalmente. Las señales digitales no comprimidas (por ejemplo en formato wav) permiten disponer de una interesante variedad de formas de onda patrón que pueden ser utilizadas para medir y caracterizar el comportamiento de diferentes reproductores de audio comerciales en el dominio del tiempo y de la frecuencia.

2. Introducción. Se requieren señales de prueba especiales para poder medir el comportamiento dinámico de diferentes equipos de audio (fuentes de señal, preamplificadores, etapas de potencia, etc.). En esta práctica se utilizan las señales grabadas digitalmente (señales digitales wav incluidas en un CDROM, en formato cda) y reproducidas digital/analógicamente como referencia para la reproducción y amplificación de señales con el que realizar el test de equipos de audio. Las medidas se realizan con un osciloscopio USB de alta resolución (PS 4227) conectado al PC y el programa de medida Picoscope 6000, vistos en una práctica anterior. Un osciloscopio USB de alta resolución (16 bits) permite, como se ha visto en prácticas anteriores, medidas en audio con un elevado rango dinámico, tanto en el dominio temporal como en el de la frecuencia.

3. Material necesario. • • • •

Osciloscopio digital Picoscope (PS): PS4227. PC con software de medida Picoscope 6000. Reproductor de CDROM incluido en PC. CD de test de medidas (“CD Medidas-2”).

4. Realización de la práctica. Se dispone de 30 señales patrón diferentes para medidas que se han generado digitalmente y están disponibles tanto en formato wav como en un CD-audio preparado específicamente para esta práctica (CD “Medidas 2”). Esta señales se denominan A1, A2,…,A30. Se pide:

4.3)

Conectar adecuadamente, mediante cable coaxial jack-BNC, la salida de audio del reproductor de CDROM del PC a la entradas A y B del osciloscopio digital PS4227. Observar en modo osciloscopio, de forma preliminar, las diferentes formas de onda reproducidas comparando canal L y R. ¿En qué pistas son diferentes?

4.4)

Caracterizar y representar adecuadamente (de forma aproximada...) cada una de estas “posibles señales originales” tanto en el dominio del tiempo (modo osciloscopio) como en el de la frecuencia (FFT). Indicar, en cada caso, la posible utilidad de medida de la señal (por ejemplo “sen 1kHz” THD, relación S/R, etc).

NOTA 1: Al reproducir señales digitales, los DAC, los filtros digitales y los circuitos analógicos introducen importantes distorsiones por lo que se indican como “posibles señales originales”. A veces, estas señales son de muy bajo nivel y están ocultas bajo el fondo de ruido de medida. Sólo hay una grabación musical comercial... NOTA 2: Se realizan en cada caso y medida los ajustes necesarios en el PS para optimizar la medida: bases de tiempo, ganancia, modos de disparo, resolución (12/14/16, filtro interno, zoom de detalles, memorización de señales, modos de medidas, parámetros de FFT, etc. NOTA 3: Se realizará una tabla, con las representaciones gráficas adecuadas, a escala mayor (como se indica en las páginas siguientes) con el formato siguiente

Señal (Utilidad)

Forma V(t)

Espectro (FFT)

A1 A2 … A30 En donde “Foma” indica la forma temporal de la señal (dibujarla, en caso necesario); “Espectro” el comportamiento (aproximado...) en frecuencia medido con la opción FFT (representarlo, en caso necesario); “Utilidad” su posible aplicación para la medida. NOTA 4: Se intentará observar las diferencias entre canal L (A) y canal R (B). Se representa el canal A cuando coincidan (aproximadamente) y el canal que considere más adecuado en caso contrario. Si la forma de onda es simple, no hace falta dibujarla (Ej.: “sen 1 kHz, 1 Vpp”). 4.5)

Señalar brevemente las conclusiones más importantes de esta práctica.

Formato para las cinco primeras señales a medir (extender al resto...):

Señal (Utilid.) A1

A2

A3

A4

A5

Forma (V(t))

Espectro (FFT)

AMPLIACIÓN DE INSTRUMENTACIÓN (4º GIERM) PRÁCTICA 4: MEDIDAS EN REPRODUCTORES COMERCIALES DE CD Y DVD NOMBRE………………………...….APELLIDOS………………………………..………………

1. Objetivo. En esta práctica se pretende comparar las medidas en reproductores comerciales de audio (CD, DVD, SACD...) con señales de prueba generadas digitalmente. Las señales digitales no comprimidas disponibles en un CD de test permiten una interesante variedad de formas de onda patrón que pueden ser utilizadas para medir y caracterizar el comportamiento de diferentes equipos comerciales en el dominio del tiempo y de la frecuencia.

2. Introducción. Se requieren señales de prueba especiales para poder medir el comportamiento dinámico de diferentes equipos de audio (fuentes de señal, preamplificadores, etapas de potencia, etc.). En esta práctica se utilizan las señales grabadas digitalmente (señales digitales wav incluidas en un CDROM, en formato cda) y reproducidas digital/analógicamente como referencia para la reproducción y amplificación de señales con el que realizar el test de equipos de audio. Las medidas se realizan con un osciloscopio USB de alta resolución (PS 4227) conectado al PC y el programa de medida Picoscope 6000, vistos en una práctica anterior. Un osciloscopio USB de alta resolución (16 bits) permite, como se ha visto en prácticas anteriores, medidas en audio con un elevado rango dinámico, tanto en el dominio temporal como en el de la frecuencia, permitiendo medidas hasta 100 MHz.

3. Material necesario. • • • •

Osciloscopio digital Picoscope (PS): PS4227. PC con software de medida Picoscope 6000. Reproductores comerciales de CD, DVD, SACD, etc. CD de test de medidas (“CD Medidas-2”).

4. Realización de la práctica. Se dispone de 30 señales patrón diferentes para medidas que se han generado digitalmente (en formato wav) y que se incluyen en un CD-ROM de audio preparado específicamente para esta práctica (CD “Medidas 2”). Esta señales se denominan A1, A2,…,A30. Se pide: 4.6)

Conectar adecuadamente, mediante cable coaxial RCA-BNC, las salidas (L y R) de audio del primer reproductor de audio seleccionado a la entradas A y B del osciloscopio digital PS4227. Observar en modo osciloscopio, de forma preliminar, las diferentes formas de onda reproducidas comparando canal L y R, ajustando los niveles. ¿En qué pistas son diferentes?

4.7)

Caracterizar y representar adecuadamente (de forma aproximada...) cada una de estas “posibles señales originales” tanto en el dominio del tiempo (modo osciloscopio) como en el de la frecuencia (FFT). Indicar, en cada caso, la posible utilidad de medida de la señal (por ejemplo “sen 1kHz” THD, relación S/R, etc).

4.8)

Tras la observación y estudio preliminar de las 30 formas de onda disponibles en la grabación, se seleccionan 10 señales de test que considere más adecuadas para representar el comportamiento del equipo reproductor de audio analizado. Representar en una tabla los resultados, tanto en el dominio del tiempo, como en el de la frecuencia.

4.9)

Repetir los dos apartados anteriores cambiando a otro reproductor de audio comercial diferente.

NOTA 1: Al reproducir señales digitales, los DAC, los filtros digitales y los circuitos analógicos introducen importantes distorsiones por lo que se indican como “posibles señales originales”. A veces, estas señales son de muy bajo nivel y están ocultas bajo el fondo de ruido de medida. Sólo hay una grabación musical comercial... NOTA 2: Se realizan en cada caso y medida los ajustes necesarios en el PS para optimizar la medida: bases de tiempo, ganancia, modos de disparo, resolución (12/14/16, filtro interno, zoom de detalles, memorización de señales, modos de medidas, parámetros de FFT, etc. NOTA 3: Se realizará una tabla, con las representaciones gráficas adecuadas, a escala mayor (como se indica en las páginas siguientes) con el formato siguiente

Señal (Utilidad)

Forma V(t)

Espectro (FFT)

A1 A2 … A10 En donde “Foma” indica la forma temporal de la señal (dibujarla, en caso necesario); “Espectro” el comportamiento (aproximado...) en frecuencia medido con la opción FFT (representarlo, en caso necesario); “Utilidad” su posible aplicación para la medida. NOTA 4: Se intentará observar las diferencias entre canal L (A) y canal R (B). Se representa el canal A cuando coincidan (aproximadamente) y el canal que considere más adecuado en caso contrario. Si la forma de onda es simple, no hace falta dibujarla (Ej.: “sen 1 kHz, 1 Vpp”).

4.10) Señalar brevemente las conclusiones más importantes de esta práctica en lo referente a la comparación de medidas experimentales anteriores. Formato para las cinco primeras señales a medir (extender al resto...):

Señal (Utilid.) A1

A2

A3

A4

A5

Forma (V(t))

Espectro (FFT)

AMPLIACIÓN DE INSTRUMENTACIÓN (4º GIERM) PRÁCTICA 5: MEDIDAS EN BAJA FRECUENCIA CON TARJETA DE AUDIO NOMBRE………………………...….APELLIDOS………………………………..………………

1. Objetivo. En esta práctica se pretende comparar las medidas en reproductores comerciales de audio (CD, DVD, SACD...) con señales de prueba generadas digitalmente utilizando diferentes programas de medida comerciales (SpectraLab y Virtins). Las medidas se comparan con las obtenidas con el osciloscopio USB Picoscope 4227.

2. Introducción. Las medidas en audio no requieren osciloscopios de alta frecuencia, pero sí de alta resolución. Las medidas pueden realizarse con la propia tarjeta de audio del PC y programas específicos asociados a la misma. Cuanto mejor sea la tarjeta de audio (más resolución, mayor frecuencia de muestreo), mejores medidas se podrán realizar. Se requieren señales de prueba especiales conocidas para poder medir el comportamiento dinámico de diferentes equipos de audio (fuentes de señal, preamplificadores, etapas de potencia, etc.). En esta práctica se utilizan las señales grabadas digitalmente (señales digitales wav incluidas en un CDROM, en formato cda) y reproducidas digital/analógicamente como referencia para la reproducción y amplificación de señales con el que realizar el test de audio. Las medidas se comparan con las obtenidas con un osciloscopio USB de alta resolución (PS 4227) conectado al PC y el programa de medida Picoscope 6000, vistos en prácticas anteriores.

3. Material necesario. • • • •

Osciloscopio digital Picoscope (PS): PS4227. PC con software de medida Picoscope 6000, SpectraLab y Virtins. Reproductores comerciales de CD, DVD, SACD, etc. CD de test de medidas (“CD Medidas-2”).

4. Realización de la práctica. Se dispone de 30 señales patrón diferentes para medidas que se han generado digitalmente (en formato wav) y que se incluyen en un CD-ROM de audio preparado específicamente para esta práctica (CD “Medidas 2”). Esta señales se denominan A1, A2,…,A30. Se pide: 4.11) Conectar adecuadamente, mediante cable coaxial RCA-BNC, la salida (R) de audio del reproductor de audio seleccionado a la entradas A del osciloscopio digital PS4227. Observar en modo osciloscopio y como analizador de espectros (FFT), de forma preliminar, las diferentes formas de onda reproducidas, ajustando los niveles.

4.12) Con un duplicador de señal, extraer la señal (R) y conectarla a la entrada de la tarjeta de audio. Comparar las medidas con las del apartado anterior cuando se utiliza como aplicacion de medida el programa SpectraLab. Se buscará resaltar las principales diferencias en las medidas para diez formas de onda seleccionadas entre las treinta disponibles en el CD-ROM. 4.13) Repetir el apartado anterior utilizando ahora como programa de medida el programa Virtins, junto con la misma tarjeta de audio de medida. 4.14) A la vista de los resultados anteriores y como conclusión general: a) ¿qué herramienta de medida considera mejor en el rango estricto de audio? b) ¿qué aplicación considera más adecuada (especificando cada caso) para caracterizar el comportamiento de un dispositivo de audio?

NOTA 1: El alumno sólo dispondrá de una pequeña ayuda inicial en el manejo de la instrumentación. El objetivo es explorar el manejo y posibilidades de cada una de las opciones de medida sin la tutela del profesor durante dos horas... NOTA 2: Al reproducir señales digitales, los DAC, los filtros digitales y los circuitos analógicos introducen importantes distorsiones por lo que se indican como “posibles señales originales”. A veces, estas señales son de muy bajo nivel y están ocultas bajo el fondo de ruido de medida. Sólo hay una grabación musical comercial. NOTA 3: Se realizan en cada caso y medida los ajustes necesarios para optimizar la medida: bases de tiempo, ganancia, modos de disparo, resolución (12/14/16, filtro interno, zoom de detalles, memorización de señales, modos de medidas, parámetros de FFT, etc.

AMPLIACIÓN DE INSTRUMENTACIÓN (4º GIERM) PRÁCTICA 6: MEDIDAS EN PREAMPLIFICADORES DE AUDIO NOMBRE………………………...….APELLIDOS………………………………..………………

1. Objetivo. En esta práctica se pretende realizar diferentes medidas en distintos preamplificadores mezcladores comerciales de señal de audiofrecuencias. Las medidas se realizan con osciloscopio USB de alta resolución conectado al PC (Picoscope PS4227), visto en una práctica anterior, que facilitan enormente las medidas.

2. Introducción. El comportamiento eléctrico de un preamplificador de audio puede ser caracterizado de forma cómoda en el laboratorio de eléctrónica con los osciloscopios USB de alta resolución (16 bits) disponibles, que permiten medidas en audio con un elevado rango dinámico, tanto en el dominio temporal como en el de la frecuencia. Se requieren señales de prueba especialmente diseñadas para poder esclarecer y medir el comportamiento dinámico de preamplificadores, etapas de potencia, etc. Estas señales pueden ser generadas por el propio osciloscopio para reducir el número de elementos necesarios y evitar interferencias eléctricas añadidas. En esta práctica también se pueden utilizar las señales de prueba grabadas digitalmente (señales en formato wav o en cda “conocidas”) convenientemente reproducidas por los equipos disponibles en el laboratorio para comparar los resultados con los generadores de señal.

3. Material necesario. • Osciloscopio digital Picoscope PS4227. • PC con software de medida Picoscope 6000. • Preamplificadores mezcladores de audio (XENYX 802, XENYX Q802 USB, XENYX QX1202,). • Cables coaxiales y adaptadores de conexión.

4. Realización de la práctica. Cada puesto de trabajo dispone de un preamplificador de audio, que se va a evaluar con diferentes medidas. Para ello, se conecta la salida de señal del propio osciloscopio Picoscope (PS4227, “PS” en adelante) a la entrada seleccionada del previo y se mide con el PS la entrada y salida de señal simultáneamente. Se pide: 4.15) Generar con PS una señal triangular de 1 kHz y 1 Vpp. Aplicando esta señal en una entrada de Micro y en otra de Línea, observar el comportamiento del previo para diferentes posiciones de los mandos de control de ganancia (manteniendo los mandos de control de tonos con ecualización plana).

4.16) En la entrada de Micro, aplicando una señal triangular de 1 kHz y de 100 mVpp, ¿Qué ganancia extra proporciona “GAIN”? ¿Qué niveles máximos de salida de saturación se alcanzan ajustando los diferentes niveles de ganancia del previo?. ¿Cómo afecta el ajuste “compresor”?. 4.17) Ajustar la entrada de Línea para ganancia unidad. Aplicar una señal cuadrada de 1 kHz y de 1Vpp, ¿Cómo afectan los diferentes controles de tono (A, M, G) en la forma de onda de la señal amplificada?. 4.18) Repetir el apartado anterior variando la frecuencia a 100 Hz y a 10 kHz. 4.19) Generar una señal de ruido blanco de 1 Vpp de valor máximo y ajustar los mandos para una ganancia unidad en la salida. Observar las señales de entrada y salida en modo X-Y. 4.20) Para el caso anterior, utilizando la función FFT y promediando la medida, determinar la respuesta en frecuencia del preamplificador en su entrada de Línea. ¿Qué frecuencias limitan una variación de +/- 1 dB ?. 4.21) Repetir las medidas del apartado anterior, obteniendo la FFT para variación máxima y mínima de cada uno de los controles de tono (A, M, G) por separado. 4.22) Repetir la medida del comportamiento en frecuencia en la entrada de línea aplicando una señal senoidal de 1 Vpp a la entrada del previo y realizando un lento barrido de frecuencia desde 10 Hz hasta 100 kHz (tomar ∆f = 1 Hz, ∆T=1 ms). Se medirá con la función FFT ajustada a detección de pico y una resolución de 256 bins. 4.23) Generar una señal senoidal de 1 kHz y de 1 Vpp. Para una ganancia unidad en la entrada de línea, observar y medir la relación S/R en la salida (señal/ruido). 4.24) Generar una señal senoidal de 1 kHz y de 1 Vpp, aplicándola en la entrada de Línea. Medir la distorsión armónica (THD). ¿Qué armónicos son dominantes?. ¿Qué ocurre si se eleva el nivel de señal de entrada a 5Vpp?. 4.25) Repetir el apartado anterior cuando se aumentan la frecuencia a 10 kHz y cuando se reduce a 100 Hz. 4.26) Analizando las medidas de los apartados anteriores, y las limitaciones que ello supone, indicar qué “resultado acústico” en la reproducción de audio sería de esperar cuando se utiliza este preamplificador (suponiendo el resto del equipo perfecto).

NOTA: se realizan en cada caso los ajustes necesarios en el PS para optimizar la medida: bases de tiempo, ganancia, modos de disparo, resolución (12/14/16 ; 16/18/20 bits), filtro interno, zoom de detalles, memorización de señales, modos de medidas, parámetros de FFT, etc.

AMPLIACIÓN DE INSTRUMENTACIÓN (4º GIERM) PRÁCTICA 7: MEDIDAS EN PREAMPLIFICADORES DE AUDIO (II) NOMBRE………………………...….APELLIDOS………………………………..………………

1. Objetivo. En esta práctica se pretende realizar diferentes medidas en distintos preamplificadores mezcladores comerciales de señal de audiofrecuencias. Las medidas se realizan con los programas de medida en audio (Virtins y SpectraLab) y el previo conectado al PC mediante USB. Se comparan con las medidas realizadas en práctica anterior con el osciloscopio Picoscope 4227.

2. Introducción. El comportamiento eléctrico de un preamplificador de audio puede ser caracterizado de forma cómoda en el laboratorio de eléctrónica con diferentes programas de medida en audio y la tarjeta de audio del PC. Así, se puede comparar con el resultado obtenido con los osciloscopios USB de alta resolución (PS4227, 16 bits) disponibles, que permiten medidas en audio con un elevado rango dinámico, tanto en el dominio temporal como en el de la frecuencia. Se requieren señales de prueba especialmente diseñadas para poder esclarecer y medir el comportamiento dinámico de estos preamplificadores. Estas señales pueden ser generadas por el propio osciloscopio para reducir el número de elementos necesarios y evitar interferencias eléctricas añadidas. Las medidas se realizan con dos programas diferentes: SpectraLab y Virtins. Se trata de comparar los resultados de las medidas y el manejo de estos dos programas frente al resultado obtenido en una práctica anterior con el osciloscopio PS4227.

3. Material necesario. • Osciloscopio digital Picoscope PS4227. • PC con software de medida Picoscope 6000, Virtins y SpectraLab. • Preamplificadores mezcladores de audio (XENYX 802, XENYX Q802 USB, XENYX QX1202,). • Cables coaxiales y adaptadores de conexión.

4. Realización de la práctica. Cada puesto de trabajo dispone de un preamplificador de audio, que se va a evaluar con diferentes medidas. Para ello, se conecta la salida de señal (del osciloscopio Picoscope PS4227, o de cualquier fuente de señal disponible en el laboratorio) a la entrada seleccionada del previo y se mide con los programas de medida Virtins y Spectralab la entrada y salida de señal simultáneamente. Se pide: 4.27) Generar con PS una señal triangular de 1 kHz y 1 Vpp. Aplicando esta señal en una entrada de Micro y en otra de Línea, observar el comportamiento del previo

para diferentes posiciones de los mandos de control de ganancia (manteniendo los mandos de control de tonos con ecualización plana). 4.28) En la entrada de Micro, aplicando una señal triangular de 1 kHz y de 100 mVpp, ¿Qué ganancia extra proporciona “GAIN”? ¿Qué niveles máximos de salida de saturación se alcanzan ajustando los diferentes niveles de ganancia del previo?. ¿Cómo afecta el ajuste “compresor”?. 4.29) Ajustar la entrada de Línea para ganancia unidad. Aplicar una señal cuadrada de 1 kHz y de 1Vpp, ¿Cómo afectan los diferentes controles de tono (A, M, G) en la forma de onda de la señal amplificada?. 4.30) Repetir el apartado anterior variando la frecuencia a 100 Hz y a 10 kHz. 4.31) Generar una señal de ruido blanco de 1 Vpp de valor máximo y ajustar los mandos para una ganancia unidad en la salida. Observar las señales de entrada y salida en modo X-Y. 4.32) Para el caso anterior, utilizando la función FFT y promediando la medida, determinar la respuesta en frecuencia del preamplificador en su entrada de Línea. ¿Qué frecuencias limitan una variación de +/- 1 dB ?. 4.33) Repetir las medidas del apartado anterior, obteniendo la FFT para variación máxima y mínima de cada uno de los controles de tono (A, M, G) por separado. 4.34) Generar una señal senoidal de 1 kHz y de 1 Vpp. Para una ganancia unidad en la entrada de línea, observar y medir la relación S/R en la salida (señal/ruido). 4.35) Generar una señal senoidal de 1 kHz y de 1 Vpp, aplicándola en la entrada de Línea. Medir la distorsión armónica (THD). ¿Qué armónicos son dominantes?. ¿Qué ocurre si se eleva el nivel de señal de entrada a 5Vpp?. 4.36) Repetir el apartado anterior cuando se aumentan la frecuencia a 10 kHz y cuando se reduce a 100 Hz. 4.37) Analizar el comportamiento como tarjeta de sonido externa del previo (conectada USB al ordenador).

NOTA: se realizan en cada caso los ajustes necesarios en el PS para optimizar la medida: bases de tiempo, ganancia, modos de disparo, resolución (12/14/16 ; 16/18/20 bits), filtro interno, zoom de detalles, memorización de señales, modos de medidas, parámetros de FFT, etc.

AMPLIACIÓN DE INSTRUMENTACIÓN (4º GIERM) PRÁCTICA 8: ANÁLISIS DE PUBLICACIONES EN AUDIO. NOMBRE………………………...….APELLIDOS………………………………..………………

1. Objetivo. En esta práctica se pretende mostrar diferentes productos comerciales de audio de gama alta (HI-END) a través del análisis detallado de producto que aparece en revistas especializadas nacionales e internacionales. Esto nos da una imagen del estado del arte en este campo tan interesante de la electrónica de consumo y profesional, así como de las medidas objetivas y subjetivas que suelen realizar los críticos especializados.

2. Introducción. Cuando se diseña un producto, es difícil que sea totalmente nuevo en el mercado. Casi todo esta hecho y el mercado es muy competitivo. Lo primero es conocer el mercado, el estado del arte en el campo donde vamos a diseñar un producto (en este caso audio). Además, la ingeniería inversa nos plantea una visión enriquecedora de las posibilidades y alternativas de diseño. Un producto de audio (equipo) es analizado (criticado) desde un punto de vista subjetivo (audiciones) y objetivo (medidas) dentro de un entorno de funcionamiento (sistema). Estas mismas herramientas se deben manejar al diseñarlo, para poder corregir y mejorar nuestro producto. En la práctica se induce al alumno a estudiar con sentido crítico los criterios de valoración empleados por la “critica especializada” y a analizar las fotografías de producto que muestran detalles de diseño interno que son muy útiles para un ingeniero de audio...

3. Material necesario. • Revistas de audio nacionales (Alta Fidelidad, ON-OFF, What HIFI). • Revistas de audio internacionales (Stereophile, edición electrónica). • Notas técnicas de fabricante.

4. Realización de la práctica. 4.38) Análisis de las Fuentes de Audio: reproductores digitales (CD, SACD, DVD_audio), lectores digitales (mecánicas de transporte), convertidores digitales (DAC) y analógicos (lector de discos de vinilo). Tras la lectura de artículos seleccionados, se pide contestar al mayor número de cuestiones posibles: a) ¿Dónde se encuentran los mejores diseñadores? ¿y los mejores fabricantes? b) ¿Qué tecnología se suele emplear (transistores / válvulas)? c) ¿En qué rango de precios se encuentran? d) ¿El precio se corresponde con las especificaciones técnicas o con la calidad subjetiva? e) ¿Cómo justifica la existencia de formatos analógicos (vinilo) en el siglo XXI?¿Es barato? f) ¿En qué formato se comercializa masivamente el audio doméstico?

g) h) i) j) k) l)

¿Qué fuente digital de audio digital presenta mejores características técnicas? ¿Son mejores los DAC integrados en los lectores o los separados? ¿Qué formato de audio de alta resolución ha desaparecido comercialmente? ¿Qué tipo de reproductor valoran más los audiofilos? ¿y los melómanos? El comercio de música en internet desplaza al convencional? ¿Los reproductores de música en red tienen futuro?

4.39) Análisis de la Electrónica de Amplificación de Audio (preamplificadores, etapas de potencia, amplificadores integrados). Tras la lectura de artículos seleccionados, se pide contestar al mayor número de cuestiones posibles: a) ¿Dónde se encuentran los mejores diseñadores? ¿y los mejores fabricantes? b) ¿Qué tecnología se suele utilizar (válvulas/transistores)? c) ¿En qué rango de precios se encuentran? d) ¿El precio se corresponde con las especificaciones técnicas (medidas) o es subjetivo? e) ¿Prevalecen los sistemas integrados o los equipos discretos? f) ¿Se pueden combinar previos de válvulas y etapas de transistores? g) ¿Se pueden combinar previos de transistores y etapas de válvulas? h) ¿Qué orden de potencia se maneja para instalaciones domésticas? i) ¿De qué fabricante son los transistores de potencia? j) ¿Reconoce algún bloque de diseño interno (ej. Fuente de alimentación…)? k) ¿Qué sistemas de alimentación suelen utilizar (lineales, conmutados, mixtos…)? l) ¿Cómo de importante son los sistemas de refrigeración? 4.40) Análisis de los Sistemas de Bafles (tipos de altavoces, número de vías y bafles, sistemas de filtrado, etc.). Tras la lectura de artículos seleccionados, se pide contestar al mayor número de cuestiones posibles: a) ¿Dónde se encuentran los mejores diseñadores? ¿y los mejores fabricantes? b) ¿Qué tecnología de altavoces se suele utilizar (electrostáticos / electrodinámicos…)? c) ¿En qué rango de precios se encuentran? d) ¿El precio se corresponde con las especificaciones técnicas o con la calidad subjetiva? e) ¿Qué número de bafles optimiza el audio doméstico? f) ¿Qué número de bafles puede alcanzar el home-cinema? g) ¿Prevalecen los filtros pasivos o activos? h) ¿Suelen ser complejos los filtros eléctricos de cajas acústicas?¿de qué calidad? i) ¿Es importante que las cajas (bafles) sean pesadas y robustas? j) ¿Qué tipo de absorbente acústico disponen las cajas en su interior? k) La disposición de altavoces obedece a algún orden? l) ¿Los fabricantes de bafles fabrican altavoces? m) ¿Qué características subjetivas se evalúan en un altavoz o bafle? n) ¿Ha oído alguna vez un sistema de audio de gama alta?¿dónde? 4.41) Análisis de los cables y conectores (tipos de altavoces, número de vías y bafles, sistemas de filtrado, etc.). Tras la lectura de artículos seleccionados, se pide contestar al mayor número de cuestiones posibles: a) ¿Qué tipo de conductores se observan más frecuentemente? b) ¿Qué tipo de conexiones prevalecen en audio? c) ¿Son baratos los cables para audio? d) ¿La fibra óptica se utiliza en audio? e) ¿Cómo de puro es el cobre de los conductores? f) ¿Los cables disponen de filtrado EMI? g) ¿El cable de red importa? h) ¿Son delgados los cables de señal? i) ¿Cuántas conexiones puede tener una electrónica de audio? j) ¿Cómo de grueso puede ser el cable de altavoz?

AMPLIACIÓN DE INSTRUMENTACIÓN (4º GIERM) PRÁCTICA 9: MEDIDAS EN AMPLIFICADORES DE POTENCIA. NOMBRE………………………...….APELLIDOS………………………………..………………

1. Objetivo. En esta práctica se pretende realizar diferentes medidas en un amplificador de potencia estéreo comercial contenido en un bafle autoamplificado. Las medidas se realizan con osciloscopio USB de alta resolución conectado al PC (Picoscope PS4227), visto en una práctica anterior, que facilitan enormente las medidas.

2. Introducción. El comportamiento eléctrico de un amplificador de potencia de audio puede ser caracterizado de forma cómoda en el laboratorio de eléctrónica con los osciloscopios USB de alta resolución (16 bits) disponibles, que permiten medidas en audio con un elevado rango dinámico, tanto en el dominio temporal como en el de la frecuencia. Se requieren señales de prueba especialmente diseñadas para poder esclarecer y medir el comportamiento dinámico de los amplificadores. Estas señales pueden ser generadas por el propio osciloscopio para reducir el número de elementos necesarios y evitar mayores complejidades e interferencias eléctricas añadidas. Aunque el bafle incorpora DACs (convertidores D/A), sólo se evalúa la entrada de línea y el posible efecto del control de tonos (graves, agudos) que no se puede eliminar.

3. Material necesario. • • • •

Osciloscopio digital Picoscope PS4227. PC con software de medida Picoscope 6000. Amplificador de potencia MS40 de Behringer. Cables coaxiales y adaptadores de conexión.

4. Realización de la práctica. Cada puesto de trabajo dispone de un amplificador MS40 de audio estéreo (bafle activo con control de tonos), que se va a evaluar con diferentes medidas. Para ello, con el amplificador apagado y el volumen a cero (Línea 1 y 2), se conecta la salida de señal del propio osciloscopio Picoscope (PS4227, “PS” en adelante) a la entrada de LINEA 2, canal L, del amplificador (la entrada R no se conecta) y se mide con el PS la entrada y salida de señal en el canal L simultáneamente. Se pide: 4.42) Encender el amplificador. Situar los controles de tono centrados (vertical). Aplicar en la entrada una señal senoidal de 1 Vpp y 1 kHz. Ajustar el volumen (Linea 2) para una salida de 1 Vpp. Observar la tensión de entrada y salida y medir el

comportamiento en frecuencia anotando la tensión de salida (Vpp) para las siguientes frecuencias: 100, 200, 300,...,1 kHz, 2 kHz, 3 kHz,...10 kHz y 20 kHz. 4.43) En las condiciones del apartado anterior, (controles de tono centrados, entrada senoidal de 1 Vpp) representar además el modo X-Y de la salida frente a la entrada. Se recomienda dividir la pantalla en una fila y dos columnas y situar el modo X-Y a la derecha). Observando las mismas frecuencias que en el apartado anterior, ¿qué frecuencias presentan máxima linealidad entre la salida y la entrada? 4.44) Manteniendo los controles de tonos centrados (vertical), aplicar en la entrada una señal triangular de 1 Vpp. Ajustar el volumen (Linea 2) para una salida de 1 Vpp a 1 KHz. Observar y representar la forma de onda de salida para 100 Hz, 1 kHz y 10 kHz. 4.45) Situar los controles de tono centrados (vertical). Aplicar en la entrada una señal cuadrada de 1 Vpp. Ajustar el volumen (Linea 2) para una salida de 1 Vpp a 1 kHz. Observar y representar la forma de onda de salida para 100 Hz, 1 kHz y 10 kHz. 4.46) Manteniendo la entrada, reajustar los controles de tonos para máxima linealidad en la salida a las tres frecuencias seleccionadas (100 Hz, 1 kHz, 10 kHz) y representar los resultados obtenidos. ¿Coinciden en los tres casos los mandos de ajuste? 4.47) Aplicar una señal triangular de 1 kHz y 1 Vpp. Optimizar la linealidad con los controles de tono. Ajustando el mando del volumen “2”, observar la salida frente a la entrada y el modo X -Y para diferentes ganancias hasta llegar a la saturación. ¿Cómo afecta a la forma de onda y distorsión?¿Cuáles son los niveles de saturación positiva y negativa? 4.48) Para ganancia unidad a 1 kHz, caracterizar el comportamiento en frecuencia mediante la función FFT aplicando en la entrada ruido blanco y promediando la medida. 4.49) Para ganancia unidad a 1 kHz, caracterizar el comportamiento en frecuencia mediante la función FFT y aplicando en la entrada un barrido en frecuencia y con detección de picos desde 20 Hz hasta 20 kHz. Realizar los ajustes necesarios para mostrar una medida relativamente rápida con perfil contínuo. 4.50) Analizando las medidas de los apartados anteriores, y las limitaciones que ello supone, indicar qué posible “resultado acústico” en la reproducción de audio sería de esperar cuando se utiliza este amplificador (suponiendo el resto del equipo perfecto) en función de la posición de los controles de tono.

NOTA: se realizan en cada caso los ajustes necesarios en el PS para optimizar la medida: bases de tiempo, ganancia, modos de disparo, resolución (12/14/16 ; 16/18/20 bits), filtro interno, zoom de detalles, memorización de señales, modos de medidas, parámetros de FFT, etc.

AMPLIACIÓN DE INSTRUMENTACIÓN (4º GIERM) PRÁCTICA 10: MEDIDAS EN AMPLIFICADORES DE POTENCIA (II). NOMBRE………………………...….APELLIDOS………………………………..………………

1. Objetivo. En esta práctica se pretende realizar diferentes medidas en un amplificador de potencia estéreo comercial contenido en un bafle autoamplificado. Las medidas se realizan con los programas Spectralab y Virtins, para comparar los resultados con los obtenidos con el osciloscopio USB de alta resolución conectado al PC (Picoscope PS4227) visto en una práctica anterior.

2. Introducción. El comportamiento eléctrico de un amplificador de potencia de audio puede ser caracterizado de forma cómoda en el laboratorio de eléctrónica diferentes programas de medidas en audio. En especial, en esta práctica se realizan medidas con los programas Spectralab y Virtins, vistos en prácticas anteriores y alguna tarjeta de audio (externa o interna) del PC. Se requieren señales de prueba especialmente diseñadas para poder esclarecer y medir el comportamiento dinámico de los amplificadores. Estas señales pueden ser generadas generadores de laboratorio o por señales grabadas digitalmente. Aunque el bafle incorpora DACs (convertidores D/A), sólo se evalúa la entrada de línea y el posible efecto del control de tonos (graves, agudos) que no se puede eliminar.

3. Material necesario. • • • •

Programas Spectralb y/o Virtins. Tarjeta externa de audio conectada USB. Amplificador de potencia MS40 de Behringer. Cables coaxiales y adaptadores de conexión.

4. Realización de la práctica. Cada puesto de trabajo dispone de un amplificador MS40 de audio estéreo (bafle activo con control de tonos), que se va a evaluar con diferentes medidas. Para ello, con el amplificador apagado y el volumen a cero (Línea 1 y 2), se conecta la salida de señal del generador externo a la entrada de LINEA 2, canal L, del amplificador (la entrada R no se conecta) y se mide la entrada y salida de señal en el canal L simultáneamente. Se pide: 4.51) Encender el amplificador. Situar los controles de tono centrados (vertical). Aplicar en la entrada una señal senoidal de 1 Vpp y 1 kHz. Ajustar el volumen (Linea 2) para una salida de 1 Vpp. Observar la tensión de entrada y salida y medir el

comportamiento en frecuencia anotando la tensión de salida (Vpp) para las siguientes frecuencias: 100, 200, 300,...,1 kHz, 2 kHz, 3 kHz,...10 kHz y 20 kHz. 4.52) En las condiciones del apartado anterior, (controles de tono centrados, entrada senoidal de 1 Vpp) representar además el modo X-Y de la salida frente a la entrada. Observando las mismas frecuencias que en el apartado anterior, ¿qué frecuencias presentan máxima linealidad entre la salida y la entrada? 4.53) Manteniendo los controles de tonos centrados (vertical), aplicar en la entrada una señal triangular de 1 Vpp. Ajustar el volumen (Linea 2) para una salida de 1 Vpp a 1 KHz. Observar y representar la forma de onda de salida para 100 Hz, 1 kHz y 10 kHz. 4.54) Situar los controles de tono centrados (vertical). Aplicar en la entrada una señal cuadrada de 1 Vpp. Ajustar el volumen (Linea 2) para una salida de 1 Vpp a 1 kHz. Observar y representar la forma de onda de salida para 100 Hz, 1 kHz y 10 kHz. 4.55) Manteniendo la entrada, reajustar los controles de tonos para máxima linealidad en la salida a las tres frecuencias seleccionadas (100 Hz, 1 kHz, 10 kHz) y representar los resultados obtenidos. ¿Coinciden en los tres casos los mandos de ajuste? 4.56) Aplicar una señal triangular de 1 kHz y 1 Vpp. Optimizar la linealidad con los controles de tono. Ajustando el mando del volumen “2”, observar la salida frente a la entrada y el modo X -Y para diferentes ganancias hasta llegar a la saturación. ¿Cómo afecta a la forma de onda y distorsión?¿Cuáles son los niveles de saturación positiva y negativa? 4.57) Para ganancia unidad a 1 kHz, caracterizar el comportamiento en frecuencia mediante la función FFT aplicando en la entrada ruido blanco y promediando la medida. 4.58) Para ganancia unidad a 1 kHz, caracterizar el comportamiento en frecuencia mediante la función FFT y aplicando en la entrada un barrido en frecuencia y con detección de picos desde 20 Hz hasta 20 kHz. Realizar los ajustes necesarios para mostrar una medida relativamente rápida con perfil contínuo. 4.59) Analizando las medidas de los apartados anteriores, y las limitaciones que ello supone, indicar qué posible “resultado acústico” en la reproducción de audio sería de esperar cuando se utiliza este amplificador (suponiendo el resto del equipo perfecto) en función de la posición de los controles de tono.

AMPLIACIÓN DE INSTRUMENTACIÓN (4º GIERM) PRÁCTICA 11: MEDIDAS ELECTROACÚSTICAS. NOMBRE………………………...….APELLIDOS………………………………..………………

1. Objetivo. En esta práctica se pretende introducir al alumno en las mediciones electroacústicas de diferentes tipos de pequeños altavoces autoamplificados. Se realizan medidas eléctricas y acústicas con la instrumentación electrónica y los micrófonos de medida (ECM8000) disponibles en el laboratorio.

2. Introducción. En prácticas anteriores se han caracterizado diferentes equipos de reproducción y amplificación de audio. El objetivo final será siempre la reproducción de sonidos y estos, para ser medidos, requieren el uso de micrófonos especiales de medida. Las medidas acústicas de altavoces y bafles requieren un entorno especial de medida (cámara anecoica). Sin embargo, en un laboratorio de electrónica se pueden realizar medidas aproximadas del comportamiento eléctrico y acústico de altavoces. No son medidas estándar, porque se realizan en un entorno de laboratorio no aislado ni controlado acústicamente, pero permiten explorar el comportamiento acústico y eléctrico real de altavoces, corregir posibles defectos (por ejemplo, resonancias parásitas), ajustar el diseño de filtros de bafles, extraer modelos eléctricos simplificados, etc. En esta práctica se utilizan diferentes señales patrón grabadas digitalmente en un CD (“Medidas CD-2”) como referencias a reproducir por un pequeño amplificador de audio que ataca en tensión a un pequeño altavoz. Se mide la tensión y presión acústica (campo próximo) en los altavoces. Las medidas acústicas se realizan con un micrófono de medida (ECM 8000) conectado a un preamplificador-mezclador de audio (XENYX Q802USB) y osciloscopio USB de alta resolución (Picoscope PS4227) vistos detalladamente en prácticas anteriores.

3. Material necesario. • • • • • • •

Osciloscopios digital: Picoscope: PS4227. PC con software de medida Picoscope 6000. Micrófono de medida: ECM8000. Preamplificador de audio: XENYX Q802USB. Reproductores de CD/DVD/SACD. CD de medidas (“Medidas CD-2”). Bafle autoamplificado (BAA).

4. Realización de la práctica.

4.60) Conectar el micro de medida ECM8000 al previo XENYX Q802 USB, activando la alimentación “phantom”. Ajustar los controles de tono para ecualizar plano el comportamiento en frecuencia del previo de micro y ajustar los niveles adecuadamente para que no sature. Se pide: • a) Capturar la forma de onda (oscilograma) de las letras “a”,”k”,”t” y “s”. • b) Analizar las distintas partes (inicio, centro, final) del registro e intentar reconocer frecuencias en la zona central, así como los primeros transitorios (ataque). • c) Capturar y observar el registro del nombre de la asignatura “Ampliación de Instrumentación Electrónica “. ¿Lo considera simple o complejo? • d) Comparar las medidas con las de otro compañero de prácticas. 4.61) Conectar el micro de medida ECM8000 al previo (HENYX 802), activando la alimentación “phantom”. Ajustar los controles de tono para ecualizar plano el comportamiento en frecuencia del previo de micro y ajustar los niveles adecuadamente para que no sature. Conectar el bafle autoamplificado (BAA) al reproductor CD/DVD/SACD pertinente. Reproducir el CD de medidas “Medidas-2” que contiene 30 pistas (A01 hasta A30) grabadas digitalmente. Medir con el osciloscopio y representar gráficamente los oscilogramas de la tensión y la presión acústica (a unos 2 cm del eje del altavoz) para cada una de las señales siguientes (de amplitud 1 Vpp).

(NOTA: Se recomienda capturar las señales de audio en modo de disparo individual y representarlas posteriormente para minimizar el tiempo en el que los altavoces están produciendo molestos sonidos. Además, reducir el volumen sonoro al estrictamente necesario para obtener una clara medida de la respuesta acústica.) a) Respuesta a impulsos de 882 Hz A04

A05

A06

b) Respuesta a señales cuadradas (escalón) A07

A08

A09

c) Respuesta a señales escalonadas A10

A11

A12

d) Respuesta a señales triangulares A13

A14

A15

b) Respuestas a ráfagas 5 ciclos A16

A17

A18

c) Respuestas senoidales A20

A21

A22

4.3) Aplicar ruido blanco como señal de entrada al amplificador (altavoz). Utilizando la función FFT del osciloscopio y promediando la medida, observar y representar la tensión de entrada y el comportamiento en frecuencia acústico del altavoz en la gama de audiofrecuencias.

4.4) Aplicar ruido blanco como señal de entrada al amplificador (altavoz). Utilizando la función FFT del osciloscopio y promediando la medida, observar y representar la tensión de entrada y el comportamiento en frecuencia acústico del altavoz en la gama de audiofrecuencias cuando se cambian los controles de tono (A, M, G) al máximo.

4.5) Observar y medir la distorsión armónica (THD) de la señal eléctrica y acústica para las pistas A20, A21 y A22.

Pista THD (eléct.) THD (acúst.)

A20

A21

A22

4.6) Cuando corresponda, medir de forma alternativa con los programas de medida de audio SpectraLab y/o Virtins. 4.7) ¿Qué características destacaría como conclusión general de estas medidas?

AMPLIACIÓN DE INSTRUMENTACIÓN (4º GIERM) PRÁCTICA 12: MEDIDAS EN AURICULARES. NOMBRE………………………...….APELLIDOS………………………………..………………

1. Objetivo. En esta práctica se pretende introducir al alumno en las mediciones electroacústicas de diferentes tipos de auriculares. Se realizan medidas eléctricas y acústicas con la instrumentación electrónica y los micrófonos de medida (ECM8000) disponibles en el laboratorio.

2. Introducción. En prácticas anteriores se han caracterizado diferentes equipos electrónicos de reproducción y amplificación de audio. El objetivo final será siempre la reproducción de sonidos y éstos, para ser medidos, requieren el uso de micrófonos especiales: micrófonos de medida. Las medidas acústicas de auriculares (pequeños altavoces) requieren un entorno especial de medida (pequeña cámara anecoica y cabeza artificial). Sin embargo, en un laboratorio de electrónica se pueden realizar medidas aproximadas del comportamiento eléctrico y acústico de estos altavoces. No son medidas estándar, porque se realizan en un entorno de laboratorio no aislado ni controlado acústicamente, y no se dispone de cabeza artificial para medida de auriculares, pero permiten explorar el comportamiento acústico y eléctrico real de estos altavoces, corregir posibles defectos (por ejemplo, resonancias parásitas), extraer modelos eléctricos simplificados, etc. En esta práctica se utilizan diferentes señales de prueba grabadas digitalmente (en un CD “Medidas CD-2”, o bien en formato wav en reproductores MP4) como referencias a reproducir en un preamplificador de audio cuya salida ataca a los auriculares. Se mide la tensión y presión acústica en campo próximo. Las medidas acústicas se realizan con un micrófono de medida (ECM 8000) conectado a un preamplificador-mezclador de audio (XENYX Q802USB) y osciloscopio USB de alta resolución (Picoscope PS4227) vistos detalladamente en prácticas anteriores.

3. Material necesario. • • • • • •

Osciloscopios digital: Picoscope: PS4227. PC con software de medida Picoscope 6000. Micrófono de medida: ECM8000. Preamplificador de audio: XENYX Q802USB. Reproductores de CD/DVD/SACD o de tipo MP4. CD de medidas (“Medidas CD-2”).

4. Realización de la práctica. A) AURICULARES TIPO A (pequeños). 4.62) Conectar el micro de medida ECM8000 al preamplificador (previo HENYX 802) en la entrada de micro del canal 1, activando la alimentación “phantom”. Ajustar los controles de tono del canal 1 para ecualizar plano el comportamiento en frecuencia del previo de micro y ajustar los niveles adecuadamente para que no sature. Ajustar PAN para derivar esta entrada al canal L en su totalidad. Así, en adelante, la salida L del previo representa la medida acústica. Conectar la entrada de linea 3 a la fuente de audio, ajustando los controles de tono para ecualización plana. Derivar mediante el ajuste BAL al canal R toda la señal. Así, en adelante, tendremos en el canal R la señal eléctrica. Conectar los auriculares seleccionados para su estudio a la salida de auriculares del reproductor pertinente, ajustando el nivel a un valor razonable (se pueda medir sin distorsionar ni dañar el auricular). Reproducir el CD de medidas “Medidas-2” que contiene 30 pistas (A01 hasta A30) grabadas digitalmente (o bien la pista en formato wav del reproductor MP4 alternativo). Medir con el osciloscopio y representar gráficamente los oscilogramas de la tensión y la presión acústica (a un cm del eje del altavoz) para cada una de las señales siguientes: (NOTA: Se recomienda capturar las señales de audio en modo de disparo individual y representarlas posteriormente para minimizar el tiempo en el que los altavoces están produciendo molestos sonidos. Además, reducir el volumen sonoro al estrictamente necesario para obtener una clara medida de la respuesta acústica.) a) Respuesta a impulsos de 882 Hz

A04 (1m, canal L)

A04 (1m, canal R)

b) Respuesta a señales cuadradas (escalón) A08

(100 Hz, canal L)

A08

(100 Hz, canal R)

c) Respuesta a señales triangulares (canal L) A13

(50 Hz)

A14 (500 Hz)

A15 ( 5 kHz)

e) Respuestas a señales senoidales (canal L) A20 (100 Hz)

A21 (1 kHz)

A22 (10 kHz)

4.2) Aplicar ruido blanco como señal de entrada al preamplificador. Utilizando la función FFT del osciloscopio y promediando la medida, observar y representar la tensión de entrada y el comportamiento en frecuencia acústico (canales L y R de los altavoces medido en el eje a 1 cm) en la gama de audiofrecuencias. ¿Qué ocurre cuando alejamos el micro de medida?, ¿Qué ocurre si la medida se hace alejándonos del eje central? ¿Qué ucurre si medimos en la parte posterior de los altavoces?

4.3) Observar y medir la distorsión armónica (THD) de la señal eléctrica y acústica para las pistas A20, A21 y A22.

Pista THD (L/R eléct.) THD (L/R acúst.)

A20 (100 Hz)

B) AURICULARES TIPO B (grandes).

A21 (1 kHz)

A22 (10 kHz)

4.63) Conectar el micro de medida ECM8000 al preamplificador (previo HENYX 802) en la entrada de micro del canal 1, activando la alimentación “phantom”. Ajustar los controles de tono del canal 1 para ecualizar plano el comportamiento en frecuencia del previo de micro y ajustar los niveles adecuadamente para que no sature. Ajustar PAN para derivar esta entrada a canal L en su totalidad. Así, en adelante, la salida L del previo representa la medida acústica. Conectar la entrada de linea 3 a la fuente de audio, ajustando los controles de tono para ecualización plana. Derivar mediante el ajuste BAL al canal R toda la señal. Así, en adelante, tendremos en el canal R la señal eléctrica. Conectar los auriculares seleccionados para su estudio a la salida de auriculares del reproductor pertinente, ajustando el nivel a un valor razonable (se pueda medir sin distorsionar ni dañar el auricular). Reproducir el CD de medidas “Medidas-2” que contiene 30 pistas (A01 hasta A30) grabadas digitalmente (o bien la pista en formato wav del reproductor MP4 alternativo). Medir con el osciloscopio y representar gráficamente los oscilogramas de la tensión y la presión acústica (a un cm del eje del altavoz) para cada una de las señales siguientes:

(NOTA: Se recomienda capturar las señales de audio en modo de disparo individual y representarlas posteriormente para minimizar el tiempo en el que los altavoces están produciendo molestos sonidos. Además, reducir el volumen sonoro al estrictamente necesario para obtener una clara medida de la respuesta acústica.) a) Respuesta a impulsos de 882 Hz

A04 (1m, canal L)

A04 (1m, canal R)

b) Respuesta a señales cuadradas (escalón)

A08

(100 Hz, canal L)

A08

(100 Hz, canal R)

c) Respuesta a señales triangulares (canal L) A13

(50 Hz)

A14 (500 Hz)

A15 ( 5 kHz)

d) Respuestas a señales senoidales (canal L) A20 (100 Hz)

A21 (1 kHz)

A22 (10 kHz)

4.3) Aplicar ruido blanco como señal de entrada al preamplificador. Utilizando la función FFT del osciloscopio y promediando la medida, observar y representar la tensión de entrada y el comportamiento en frecuencia acústico (canales L y R de los altavoces medido en el eje a 1 cm) en la gama de audiofrecuencias. ¿Qué ocurre cuando alejamos el micro de medida?, ¿Qué ocurre si la medida se hace alejándonos del eje central? ¿Qué ucurre si medimos en la parte posterior de los altavoces?

4.5) Observar y medir la distorsión armónica (THD) de la señal eléctrica y acústica para las pistas A20, A21 y A22.

Pista THD (L/R eléct.) THD (L/R acúst.)

A20 (100 Hz)

A21 (1 kHz)

A22 (10 kHz)