Ketika kami mulai bereksperimen dengan penguat audio, apakah mereka berasal tabung vakum murah, transistor, atau kelas DCepat atau lambat, akan tiba saatnya untuk mengukur lebih dari sekadar seberapa keras suara amplifier. Kita ingin tahu apakah amplifier mati mendadak, bagaimana perilakunya terhadap frekuensi yang berbeda, distorsi apa yang dihasilkannya, atau apakah amplifier tersebut menimbulkan suara aneh karena sumber, kabel, atau frekuensi radio di sekitarnya.
Meskipun demikian, sebuah osiloskop yang dikombinasikan dengan generator sinyal (Baik fisik maupun berbasis perangkat lunak) menjadi alat yang sempurna untuk mini-lab rumahan Anda. Masalahnya adalah kita seringkali kekurangan panduan yang jelas, terminologinya terdengar seperti omong kosong, dan kita akhirnya melihat bentuk gelombang tanpa benar-benar tahu apa yang kita lihat. Di sini, kita akan mengorganisir semua ide tersebut, menggabungkan teori praktis, kiat-kiat lokakarya, dan solusi yang mudah diakses, termasuk perangkat lunak gratis.
Konsep dasar sebelum mengukur penguat dengan osiloskop
Sebelum menyambungkan osiloskop ke konektor pertama yang kita temukan, penting untuk mengklarifikasi beberapa hal. konsep dasar kelistrikan Parameter-parameter yang akan selalu muncul antara lain: impedansi, distorsi, respons frekuensi, harmonik, saturasi, dan lain-lain. Anda tidak perlu menjadi seorang insinyur, tetapi Anda perlu mengetahui apa yang ingin Anda ukur.
Dalam setiap pengujian penguat audio dengan osiloskop, kita selalu membedakan sebagian dari sinyal frekuensi rendah (audio) dan, dalam beberapa konfigurasi, komponen frekuensi radio (RF). Poin terakhir ini sangat penting, misalnya, ketika kita menggunakan sebuah Penguat RF sekitar 1 MHzKami menambahkan penghambat DC dan diakhiri dengan beban 50 Ω. Mengetahui fungsi setiap elemen dapat mencegah kesalahan yang mahal.
Rantai RF tipikal akan terlihat seperti ini: Penguat RF → Pemblokir DC → Terminator RF (biasanya beban 50 Ω). Ini menimbulkan pertanyaan: dapatkah saya menghubungkan osiloskop ke saluran tersebut dan melihat sinyal apa adanya, atau apakah saya memerlukan attenuator untuk "melindungi" peralatan pengukuran dan menyesuaikan levelnya?
Di bidang audio murni, sebaliknya, pembahasannya berubah. Di sana kita lebih fokus pada hal-hal seperti... impedansi input, impedansi output, distorsi harmonik total (THD), saturasi dengan sinyal sinusoidal, kebisingan latar belakang, dengung, osilasi, dan segala sesuatu yang dapat memengaruhi kualitas suara yang dirasakan, meskipun pada akhirnya "telinga yang menentukan".
Ide dasarnya adalah untuk membangun semacam laboratorium mini rumahan Dengan instrumen fisik dan perangkat lunak gratis: osiloskop (fisik atau perangkat lunak), generator fungsi atau kartu suara, program untuk menganalisis spektrum dan harmonik, dll. Dengan sedikit uang, Anda dapat memperoleh banyak informasi berguna tentang amplifier.
Pengujian dasar pada penguat audio: apa yang perlu diukur?
Jika Anda ingin melampaui sekadar "kedengarannya bagus bagi saya," tes pertama yang perlu dipertimbangkan pada sebuah amplifier, terutama jika itu adalah sebuah katup atau fidelitas tinggiPerangkat-perangkat ini cukup standar. Sama seperti yang digunakan di laboratorium audio profesional, tetapi diadaptasi agar siapa pun dapat menyiapkannya di rumah dengan waktu dan kesabaran.
Daftar tes awal yang baik (tidak lengkap, tetapi sangat komprehensif) meliputi: impedansi masukan, impedansi keluaran, impedansi antar-tahap, distorsi harmonik dengan dan tanpa umpan balik, saturasi terhadap gelombang sinusoidal, pengukuran DC, serta analisis noise dan respons frekuensi.
Secara rinci, untuk amplifier tabung atau solid-state, tes yang menarik mereka biasanya:
- Impedansi masukan: perhatikan beban yang diberikan amplifier pada sumber (preamp, DAC, dll.).
- Impedansi keluaranPenting untuk mengetahui bagaimana interaksinya dengan speaker dan memahami faktor redamannya.
- Impedansi antar tahap: sangat berguna terutama pada amplifier tabung dengan beberapa tahap penguatan dan pengikut katoda.
- Distorsi armónica total (THD): dengan dan tanpa umpan balik untuk melihat seberapa besar koreksi yang dilakukan oleh loop tersebut.
- Saturasi dengan sinusoidal: seberapa tinggi kita dapat menaikkan input sebelum terjadi clipping dan bagaimana bentuk gelombang terdistorsi.
Selain itu, ada analisis mengenai kebisingan, dengungan, frekuensi radio, dan kemungkinan osilasiSeringkali kita mengira amplifier baik-baik saja, padahal sebenarnya amplifier tersebut berosilasi pada frekuensi ultrasonik atau memancarkan RF yang tidak dapat didengar, tetapi dapat memanaskan komponen atau mengganggu peralatan lain di sekitarnya.
Analisis dari respons frekuensi dan spektrum: Periksa kurva EQ, linearitas, perilaku frekuensi rendah (karena transformator output, jika ada) dan perilaku frekuensi tinggi (keterbatasan tahap penguatan, kapasitansi parasit, dll.). Bagi mereka yang bekerja dengan tabung vakum, kurva karakteristik katup dan penggunaan pelacak juga dapat disertakan dalam paket tersebut.
Keindahan dari semua ini adalah bahwa hal ini dapat didekati dengan perangkat lunak gratis plus osiloskopatau bahkan dengan osiloskop perangkat lunak yang menggunakan kartu suara komputer, asalkan kita berhati-hati dengan level dan perlindungannya.
Penggunaan osiloskop dalam pengujian RF: pemblokir DC, terminator, dan attenuator
Ketika amplifier tidak hanya untuk audio, tetapi juga Penguat RF (misalnya, pada 1 MHz)Susunan standar biasanya mencakup komponen yang tidak umum dalam audio murni: penghambat DC dan terminator RF. Konfigurasi umum mungkin seperti ini:
Penguat RF → Pemblokir DC → Terminator RF 50 Ω
Pemblokir DC digunakan untuk lepaskan komponen DC dari sinyal, sehingga melindungi peralatan hilir dan beban itu sendiri. Terminator RF, biasanya resistor 50 Ω, berfungsi untuk sesuaikan impedansi dari garis tersebut, menghindari pantulan dan ketidakstabilan.
Pertanyaan besar yang muncul dalam konteks ini adalah: dapatkah saya menghubungkan osiloskop langsung ke output amplifier (atau ke saluran tersebut) dan melihat sinyalnya, atau apakah saya memerlukan... Peredam RFJawabannya bergantung pada beberapa faktor: rentang tegangan yang ditangani oleh penguat, impedansi keluaran, sensitivitas maksimum saluran osiloskop, dan apakah peralatan tersebut dirancang untuk input 50 Ω atau impedansi tinggi.
Dalam praktiknya, seringkali dimungkinkan untuk menghubungkan osiloskop secara langsung, menggunakan probe 10:1 yang sudah berfungsi sebagai attenuator dan menghadirkan beban yang kurang mengganggu. Namun, dalam aplikasi RF murni, cukup umum untuk memasukkan attenuator RF khusus untuk:
- Kurangi amplitudo sinyal ke rentang yang aman untuk osiloskop.
- Pertahankan kesesuaian impedansi. (50 Ω) di seluruh saluran.
- Mencegah input osiloskop itu sendiri dari mengubah pengukuran secara signifikan.
Jika Anda bekerja pada frekuensi 1 MHz dengan penguat berbiaya rendah Untuk penggunaan dengan peralatan yang lebih mahal, sangat penting untuk memahami dengan jelas tegangan keluaran maksimum yang dapat diberikan oleh penguat dan rentang yang dapat diterima dari osiloskop Anda. Kombinasi data ini akan menentukan apakah Anda dapat menghubungkan langsung, apakah probe attenuator 10:1 sudah cukup, atau apakah Anda benar-benar membutuhkan attenuator RF pada saluran tersebut.
Mengukur penguat tabung: pengujian tipikal dan artinya
Dalam dunia amplifier tabung terdapat beragam jenis gairah, keahlian, dan ilmu pengetahuanBanyak penggemar membuat desain mereka sendiri atau memodifikasi amplifier yang tersedia secara komersial, dan kemudian ingin melangkah lebih jauh daripada sekadar mendengarkan untuk melihat apakah hasilnya "keren" atau tidak. Di sinilah pengujian standar menjadi sangat menarik.
Tes pertama yang berguna adalah menentukan impedansi masukanIni memberi tahu kita beban apa yang diterima sumber sinyal (misalnya, preamp tabung, pedal, atau DAC). Jika terlalu rendah, kita mungkin memberi tekanan pada tahap sebelumnya, mengubah respons frekuensinya, atau menghasilkan distorsi yang tidak diinginkan. Jika terlalu tinggi, umumnya nyaman untuk sumber sinyal, tetapi dapat membuat rangkaian lebih sensitif terhadap noise.
La impedansi keluaran Hal ini sangat penting ketika kita menghubungkan amplifier ke speaker sungguhan. Pada amplifier tabung, transformator output memainkan peran mendasar, dan impedansi output akhir memengaruhi pergerakan speaker, redaman kerucutnya, dan respons frekuensi aktual dari sistem. Inilah asal mula dari apa yang disebut faktor redaman (faktor redaman), sering dikutip dalam hi-fi.
Selain impedansi input-output, ada baiknya juga memperhatikan hal berikut: impedansi antar tahap di dalam amplifier itu sendiri. Hal ini memengaruhi bagaimana tabung-tabung tersebut saling terhubung, bagaimana mereka saling membebani, dan bagaimana respons frekuensi serta penguatan keseluruhan bervariasi.
Komponen dasar lainnya adalah distorsi harmonik (THD)Dengan dan tanpa umpan balik. Umpan balik negatif biasanya mengurangi distorsi secara drastis, tetapi juga mengubah cara harmonik didistribusikan dan dapat memengaruhi "rasa" subjektif dari suara tersebut. Dengan mengukur menggunakan generator gelombang sinus dan menganalisis spektrumnya, Anda dapat melihat harmonik mana yang dominan (genap, ganjil, orde tinggi, dll.).
Terakhir, ada bukti-bukti yang menunjukkan bahwa... saturasi dan pemotongan dengan gelombang sinus. Amplitudo sinyal input secara bertahap ditingkatkan hingga penguat mulai memotong puncak gelombang. Osiloskop memperjelas hal ini: gelombang berubah dari gelombang sinus yang bersih menjadi bentuk yang "rata" di bagian atas dan bawah. Mengamati bagaimana pemotongan ini terjadi (simetris, asimetris, halus, kasar) mengungkapkan banyak hal tentang karakter penguat.
Respons frekuensi dan pengujian dengan perangkat lunak gratis
Salah satu pengujian yang paling bermanfaat untuk dilakukan, bahkan dengan sarana yang terbatas, adalah... respons frekuensi penguatPada dasarnya, ini tentang melihat bagaimana penguatan amplifier bervariasi di seluruh rentang frekuensi yang diinginkan (misalnya, dari 20 Hz hingga 20 kHz dalam audio).
untuk lakukan tes ini Anda dapat menggunakan:
- Generator sinyal fisik yang dapat menyapu frekuensi.
- Perangkat lunak gratis pada komputer yang menghasilkan serangkaian frekuensi dan mengirimkannya melalui kartu suara.
- berkas WAV dengan derau merah muda, derau putih, atau sapuan suara yang telah dirancang sebelumnya.
Pengukuran dapat dilakukan secara langsung dengan osiloskop pada output penguatMembandingkan amplitudo untuk frekuensi yang berbeda. Lebih mudahnya, banyak yang lebih suka menggunakan kartu suara sebagai instrumen pengukuran, dengan program yang menampilkan grafik magnitudo (dan terkadang fase) dari respons frekuensi di layar.
Terdapat aplikasi gratis yang terkenal untuk pengukuran audio (analisis spektrum, pengukuran THD, respons frekuensi, dll.) yang menggunakan input saluran PC. Namun, berhati-hatilah agar tidak membebani input secara berlebihan dan gunakan attenuator atau pembagi tegangan jika diperlukan. Dengan cara ini, kombinasi dari perangkat lunak + kartu suara Ini menjadi semacam "penganalisis audio" berbiaya rendah.
Kunci dari jenis pengujian ini adalah, dengan grafik sederhana, Anda dapat melihat penurunan kinerja yang signifikan. keterbatasan transformator keluaran, kerugian pada frekuensi tinggi karena kapasitansi internal, resonansi yang tidak diinginkan, atau bahkan pengaruh umpan balik pada kerataan kurva.
Harmonik, FFT, dan apa yang sebenarnya Anda dengar
Kelompok pengujian lain yang sangat menarik berkisar pada hal berikut: harmonik dan konten spektral dari sinyal keluaran. Di sini, pendekatan tipikal adalah menerapkan gelombang sinus murni ke input penguat dan mengamati, menggunakan analisis Fourier (FFT), harmonik mana yang muncul dan dengan amplitudo berapa relatif terhadap fundamental.
Osiloskop, jika memiliki fungsi FFT bawaan, sudah memungkinkan Anda untuk melihat spektrum frekuensi Itu cukup jelas. Jika tidak, Anda dapat menggunakan perangkat lunak gratis yang, dengan menggunakan kartu suara, menggambar spektrum sinyal yang masuk. Dalam kedua kasus tersebut, hal terpenting adalah membedakan antara harmonik. genap dan ganjil, tingkat distorsi orde rendah versus orde tinggi, dan keberadaan komponen audio di luar pita frekuensi.
Dalam praktiknya, banyak penggemar menemukan bahwa terkadang sinyal yang terlihat "jelek" pada osiloskop tidak selalu berarti suara yang buruk, terutama ketika kita berbicara tentang amplifier murahContoh tipikalnya adalah amplifier kelas D yang sangat murah (sekitar $10 yang dibeli di AliExpress) yang, jika dilihat dari perspektif bentuk gelombang yang ketat, dapat menunjukkan cukup banyak modulasi frekuensi tinggi, kebisingan, dan artefak kecil.
Namun, dalam uji perbandingan di mana suara amplifier asli (Mendengarkan musik melalui speaker sungguhan), telah diamati bahwa hasilnya bisa sangat layak untuk harganya, meskipun menangkap bentuk gelombang dengan osiloskop memerlukan pendekatan yang sangat kritis. Ini mengingatkan kita bahwa telinga manusia menyaring banyak ketidaksempurnaan dan bahwa korelasi antara "bentuk gelombang sempurna" dan "suara yang menyenangkan" tidak selalu mudah.
Tentu saja, dengan peralatan yang mahal atau berakurasi sangat tinggi, pengukuran yang sangat baik dan bentuk gelombang yang sebersih mungkin diharapkan. Tetapi untuk amplifier murah, untuk proyek DIY atau pemulaPenting untuk menempatkan pengukuran dalam konteksnya dan tidak terobsesi dengan setiap puncak kecil dalam spektrum.
Kebisingan, dengungan, frekuensi radio, dan osilasi yang tidak diinginkan
Selain distorsi harmonik, salah satu bidang di mana osiloskop sangat berguna adalah... deteksi kebisingan dan osilasi yang mungkin tidak mudah didengar atau disalahartikan sebagai masalah lain.
Di Antara fenomena Beberapa tempat yang layak dikunjungi antara lain:
- Kebisingan latar belakang termal dan komponenyang terlihat seperti semacam "awan" di layar.
- Dengungan 50/60 Hz dan harmoniknya, yang merupakan ciri khas sumber yang penyaringannya buruk atau ground loop.
- Frekuensi radio parasit yang terhubung melalui udara atau melalui kabel, seringkali melalui tahap penguatan yang sangat sensitif.
- Osilasi frekuensi tinggi disebabkan oleh umpan balik yang tidak dikompensasi dengan baik atau kabel yang rusak.
Pengujian ini dapat dilakukan dengan input penguat dihubung singkat (ke ground) dan output dihubungkan ke beban yang sesuai, sambil mengamati output dengan osiloskop pada skala waktu yang berbeda. Mengubah basis waktu memudahkan untuk menemukan keduanya. dengungan frekuensi rendah seperti osilasi dalam rentang kHz atau bahkan MHz.
Bagi mereka yang merakit amplifier tabung, hal ini sangat relevan, karena kabel yang panjang, distribusi ground yang buruk, dan kedekatan transformator dapat dengan mudah menyebabkan masalah. Dengung, kopling, dan masalah RFMelihat masalah tersebut pada osiloskop membantu menentukan di mana masalah itu muncul dalam rangkaian dan modifikasi pengkabelan atau penyaringan apa yang dapat menguranginya.
Menggabungkan pengamatan ini dengan perangkat lunak analisis spektrumSelain itu, diperoleh gambaran yang sangat jelas tentang frekuensi di mana kebisingan terkonsentrasi. Hal ini memungkinkan untuk membedakan apakah masalah utamanya terletak pada jaringan listrik, komponen aktif, desain PCB, atau interferensi eksternal.
Dengan semua peralatan ini, Anda dapat merakit sebuah laboratorium mini rumahan Sungguh luar biasa ampuh: sebuah osiloskop (fisik atau perangkat lunak), generator sinyal, kartu suara, perangkat lunak pengukuran FFT dan THD gratis, dan beberapa beban dan attenuator. Dari situ, Anda dapat menyempurnakan amplifier, dari yang paling sederhana dan murah hingga proyek tabung yang lebih ambisius, selalu mengincar spesifikasi yang tepat sambil mengingat bahwa telinga adalah penilai utama.
Bekerja dengan osiloskop pada penguat audio, baik itu mengukur respons frekuensi, distorsi, kebisingan, atau osilasiIni memungkinkan Anda untuk benar-benar memahami apa yang terjadi di dalam peralatan Anda dan mengapa bunyinya seperti itu. Beberapa pengukuran akan mengkonfirmasi bahwa sesuatu yang telah Anda dengar memiliki penjelasan objektif; yang lain akan mengungkapkan kekurangan yang mungkin terlewatkan oleh telinga Anda. Dan, cukup sering, Anda akan menemukan bahwa amplifier murah yang terlihat buruk di layar sebenarnya berkinerja sangat baik untuk penggunaan yang Anda maksudkan, sementara amplifier yang dirancang lebih cermat akan menunjukkan dalam grafik perbedaan yang membenarkan waktu dan uang yang diinvestasikan.
