Laserowa Grubość Odległość przesunięcia Laserowe czujniki triangulacji Laserowe czujniki triangulacji można podzielić na dwie kategorie w zależności od ich wydajności i przeznaczenia. Lasery o wysokiej rozdzielczości są zwykle używane w aplikacjach przemieszczania i monitorowania położenia, gdzie wymagana jest wysoka dokładność, stabilność i dryf w niskiej temperaturze. Dość często te czujniki laserowe są używane w monitorowaniu procesów i systemach kontroli sprzężenia zwrotnego w zamkniętej pętli. Laserowe czujniki triangulacyjne zbliżeniowe są znacznie mniej kosztowne i są zwykle używane do wykrywania obecności części lub używane w liczeniu aplikacji. Produkty wykorzystujące laserowe czujniki triangulacyjne Microtrak TM PRO 2D Seria czujników laserowych Microtrak TM PRO 2D wykorzystuje najnowszą technologię triangulacji laserowej CCD, która oferuje szybki, precyzyjny pomiar do 700 Hz. Microtraktrade 3 Wysoceszybki laserowy czujnik przemieszczenia Microtraktrade 3s o wysokiej rozdzielczości (bezkontaktowy liniowy czujnik przemieszczenia) wykorzystuje najnowszą technologię czujnika CMOS, która stanowi wyzwanie nawet dla najtrudniejszych zastosowań pomiarowych. Microtraktrade 4 Microtraktrade 4 to najlepszy laserowy czujnik do pomiaru wysokości, grubości, przemieszczenia, wibracji i innych. Zapewnia dane wyjściowe i moc za pośrednictwem pojedynczego kabla USB. Zastosowania Czujniki położenia Ogólne pozycjonowanie jest najczęstszą aplikacją dla czujników laserowych. Ich szybka, bardzo liniowa reakcja czyni je idealnymi zarówno do zastosowań pozycjonowania statycznego, jak i aktywnego. Duża odległość robocza i zakres pomiarowy zapewniają elastyczność w monitorowaniu procesu i kontroli jakości. Typowe zastosowania to: chodnik i profilowanie nawierzchni betonowych wyrównanie torów kolejowych lokalizacja robota położenie głowicy spawalniczej pozycja i nachylenie na układach scalonych sterowanie pętlą zamkniętą robotów i systemów pozycjonowania pomiary dynamiczne Czujniki bezdotykowe są idealne do mierzenia ruchomych obiektów, ponieważ mają one charakterystykę wysokiej częstotliwości i nie tłumić ruchów docelowych, dodając masę. Nasze czujniki laserowe są zaprojektowane z częstotliwością próbkowania 40 kHz i prawdziwą charakterystyką częstotliwościową 20 kHz, dzięki czemu idealnie nadają się do zastosowań o dużej prędkości, takich jak: analiza bicia wrzeciona Charakterystyka piezoelektryczna Ultradźwiękowe pomiary drgań Monitorowanie procesu w linii Integralność próżniowego uszczelnienia dla przemysłu konserwowego Profil powierzchniowy szerokiej gamy materiałów Grubość i wymiary Pomiary grubości w linii produkcyjnej były tradycyjnie wykonywane przy użyciu systemów pomiaru bezpośredniego kontaktu. Czujniki, takie jak LVDT, są umieszczone powyżej i poniżej mierzonego materiału w celu śledzenia położenia powierzchni. Wyjścia czujników są łączone za pomocą oprogramowania lub urządzenia sumującego i określa się grubość. Niestety metody typu kontaktu powodują problemy pomiarowe. Nie tylko można zmierzyć mierzony materiał, ale również zużycie czujnika. Ponadto czujniki kontaktowe działają wolno i mogą nie śledzić celów, które mogą się poruszać lub wibrować, dzięki czemu są idealne dla naszych systemów laserowych. Jednostronne pomiary grubości są możliwe, jeśli jedna strona materiału może być utrzymywana na stałym poziomie względem ustalonej płaszczyzny odniesienia, jednak dla uzyskania najlepszych wyników preferowane są pomiary dwustronne. Dzieje się tak dlatego, że dwustronne podejście eliminuje wszelkie błędy, które mogą zostać wprowadzone z materiału poruszającego się lub drgającego. Nasze podejście z dwoma czujnikami synchronizuje próbkowanie danych dla obu czujników, co zapewnia prawidłowy odczyt grubości. Ten typ systemu zapewnia zarówno wyjścia analogowe (0-10V), (4-20 ma), jak i cyfrowe (format binarny RS-485). Można użyć ich do uzyskania wyników grubości, ale analog jest preferowanym wyborem, jeśli wymagana jest grubość wysokiej częstotliwości (gt100Hz). Do udanych zastosowań zalicza się: Monitorowanie procesu grubości drewna Kontrola jakości podczas produkcji bloków betonowych Odległość separacji między wałkami Grubość tarczy hamulcowej Grubość blachy i środnika Najważniejsze zalety Możliwość rozwiązania pomiarów poniżej jednego mikrona, za ułamek kosztów innych technologii o wysokiej wydajności Duża zakres pomiarowy pozwala na różnorodne wymagania aplikacji Duża odległość robocza, która zapewnia wystarczającą odległość od krawędzi, aby zmniejszyć potencjalne uszkodzenia spowodowane kontaktem z ruchomym obiektem. Laserowe czujniki triangulacyjne Praca Laserowe czujniki triangulacyjne zawierają półprzewodnikowe źródło światła laserowego i detektor PSD lub CMOSCCD . Promień lasera jest rzutowany na mierzony obiekt, a część wiązki jest odbijana przez soczewki skupiające na detektorze. Gdy cel się porusza, wiązka lasera porusza się proporcjonalnie do detektora. Sygnał z detektora służy do określenia względnej odległości od celu. Informacje te są następnie zwykle dostępne za pośrednictwem wyjścia analogowego, cyfrowego (binarnego) lub cyfrowego wyświetlacza do przetwarzania. Zasada triangulacji laserowej Różnice między czujnikami CMOSCCD i PSD Czujniki CMOS i CCD wykrywają rozkład szczytów ilości światła na matrycy pikseli czujnika w celu identyfikacji pozycji docelowej, podczas gdy czujniki typu PSD obliczają centroidy wiązki w oparciu o cały odbitony punkt w macierzy. Z tego powodu czujniki typu PSD są bardziej podatne na niepożądane odbicia od zmieniających się warunków powierzchni, co może zmniejszyć ich dokładność. Jednak przy pomiarze do idealnych wykończeń matowych lub celownikowych ich rozdzielczość nie ma sobie równych. Systemy CCD i CMOS są zwykle bardziej dokładne w przypadku większej liczby powierzchni, ponieważ do obliczenia pozycji wykorzystywane są tylko najwyżej naładowane piksele z wiązki odbitej. Niższe naładowane piksele są zwykle pobudzane przez niepożądane odbicia od zmieniających się właściwości optycznych mierzonej powierzchni i mogą być łatwo zignorowane podczas przetwarzania sygnału. Dzięki temu można z nich korzystać w szerszej gamie aplikacji. Rysunek 2 pokazuje różnicę rozkładu sygnału między technologią CMOS i PSD, podkreślając potencjalny problem z dokładnością związany z czujnikami typu PSD. Potencjalne błędy wywołane przez czujnik laserowy typu PSD Zastosowanie na powierzchniach odbijających lub lustrzanych Laserowe czujniki triangulacyjne mogą być również stosowane na powierzchniach odbijających światło lub lustrzanych, powszechnie nazywane powierzchniami zwierciadlanymi. W przypadku tych powierzchni typowy czujnik triangulacyjny, jak pokazano w Zasadzie triangulacji laserowej, nie można zastosować, ponieważ światło laserowe odbiłoby się od siebie bezpośrednio. W tych przypadkach konieczne jest skierowanie wiązki do celu pod kątem. Promień będzie odbijał od celu pod takim samym, lecz przeciwnym kątem i skupiał się na detektorze. Produkujemy głowice laserowe specjalnie zaprojektowane do powierzchni zwierciadlanych lub każdy z naszych laserów może być montowany pod kątem i obsługiwany w trybie lustrzanym, jeśli to konieczne. Zasada działania zwierciadlanej głowicy laserowej Charakterystyka laserowych czujników triangulacyjnych Bezdotykowe laserowe czujniki przemieszczenia są bezkontaktowe według projektu. Oznacza to, że są w stanie precyzyjnie zmierzyć położenie lub przemieszczenie obiektu bez jego dotykania. Z tego powodu mierzony obiekt nie będzie zniekształcony ani uszkodzony, a ruchy docelowe nie będą tłumione. Dodatkowo, laserowe czujniki przemieszczenia mogą mierzyć ruchy wysokiej częstotliwości, ponieważ żadna część czujnika nie musi stykać się z obiektem, co czyni je idealnymi do pomiarów drgań lub szybkich linii produkcyjnych. RangeStandoff Distance Laserowe systemy triangulacji mają idealny punkt pracy, który jest czasami określany jako odległość dystansu. W tym momencie laser znajduje się w najostrzejszym punkcie skupienia, a odbity punkt znajduje się pośrodku wykrywacza. Gdy cel się porusza, punkt przesunie się w kierunku końców detektora, umożliwiając pomiar w określonym zakresie. Zasięg i odległość czujnika zależą od jego konstrukcji optycznej. Optymalną wydajność uzyskuje się przy odległości do odsunięcia, ponieważ plamka jest najmniejsza w punkcie ogniskowym i silnie skoncentrowana na detektorze. Algorytmy wykrywające poprawiają wszelkie niedokładności spowodowane działaniem mało skoncentrowanym i większość producentów określa wydajność w całym zakresie pomiarowym. Dla danego detektora długości mniejszy kąt akceptacji oferuje większy zakres pomiarowy i odległość działania. Większy kąt zapewnia przeciwieństwo, jednak można uzyskać wyższą czułość z powodu optycznego efektu dźwigni. Ten uproszczony schemat wizualizuje różnicę między dwoma różnymi czujnikami kąta akceptacji. Czułość W systemach pomiarowych czułość jest zwykle określana przez wielkość przemieszczenia na jednostkę miary, zazwyczaj wyrażoną w mikrosekundach. Im wyższa czułość (przedstawiona z mniejszą liczbą), tym lepiej w większości przypadków, ponieważ można uzyskać większą rozdzielczość. Aby osiągnąć najwyższą czułość, jest idealna, aby wiązka lasera przemieszczała się na całej długości detektora w zakresie pomiaru aplikacji. Czułość jest określana przez nachylenie wyjściowej odpowiedzi czujnika. Wyjście dwóch czujników o różnej czułości przedstawiono na wykresie. Należy zauważyć, że nachylenie każdej krzywej reprezentuje odpowiedni współczynnik czułości, przy czym Krzywa A jest dwa razy bardziej czuła. Rozdzielczość Rozdzielczość laserowego czujnika przemieszczenia określa się jako najmniejszą zmianę odległości, którą można wiarygodnie zmierzyć. Odpowiednio zaprojektowane, laserowe czujniki triangulacyjne oferują niezwykle wysoką rozdzielczość i stabilność, często zbliżoną do drogich i złożonych systemów interferometru laserowego. Ze względu na ich zdolność wykrywania tak małych ruchów, z powodzeniem zastosowano je w wielu wymagających, precyzyjnych aplikacjach pomiarowych. Podstawowym czynnikiem przy określaniu rozdzielczości jest szum elektryczny systemu. Jeśli odległość między czujnikiem a obiektem jest stała, moc wyjściowa będzie nadal ulegać niewielkim fluktuacjom ze względu na biały szum systemu. Zakłada się, że bez zewnętrznego przetwarzania sygnału nie można wykryć przesunięcia wyjściowego o wartości mniejszej niż losowy szum instrumentu. Z tego powodu większość wartości rozdzielczości jest przedstawiana w oparciu o szczytową wartość szumu i może być reprezentowana przez określoną formułę: Rozdzielczość Czułość x Szum W oparciu o formułę, jest oczywiste, że dla stałej czułości rozdzielczość jest wyłącznie zależna po hałasie systemu. Im niższy poziom hałasu, tym lepsza rozdzielczość. Ilość szumów zależy od przepustowości systemów. Dzieje się tak dlatego, że hałas generowany jest losowo w szerokim zakresie częstotliwości, a ograniczenie przepustowości za pomocą filtrowania spowoduje usunięcie niepożądanych fluktuacji wyższych częstotliwości. Nasze czujniki laserowe zapewniają również wartości przesunięcia w formatach cyfrowych. Cyfrowa rozdzielczość wyjściowa jest obliczana przez podzielenie zakresu przesunięcia przez szybkość bitową procesora. Na przykład czujnik o zakresie 2000 mikronów miałby rozdzielczość 20002E16 lub 0,03 mikrona dla systemu 16-bitowego. Jeśli użyjemy konwertera 12-bitowego, rozdzielczość będzie gorsza w 20002E12 lub 0,5 mikrona. Poniższe rysunki pokazują różnicę w wydajności dwóch identycznych systemów z różnymi filtrami dolnoprzepustowymi. Wszystkie nasze systemy laserowej triangulacji posiadają regulowane programowo filtry dolnoprzepustowe dla łatwej regulacji w terenie. Szum wyjściowy wzmacniacza z filtrem dolnoprzepustowym 20 kHz Szum wyjściowy wzmacniacza z filtrem dolnoprzepustowym 100 Hz Częstotliwość pasma lub częstotliwość odcięcia systemu jest zwykle określana jako punkt, w którym moc wyjściowa jest tłumiona o -3 dB. Jest to w przybliżeniu równe spadkowi napięcia wyjściowego wynoszącemu 30 rzeczywistej wartości. Innymi słowy, jeśli cel wibruje z amplitudą 1 mm przy 5 kHz, a szerokość pasma czujnika laserowego jest ustawiona na 5 kHz, rzeczywista moc wyjściowa wynosiłaby 1 mm x 70 0,70 mm. Dlatego ważne jest, aby ustawić pasmo przenoszenia systemu wyższe niż oczekiwany ruch docelowy. Wszystkie nasze czujniki laserowe mają regulowane ustawienia filtra. Dla aplikacji należy wybrać odpowiedni filtr, aby zapobiec osłabieniu wyjścia. Nasi inżynierowie aplikacji mogą pomóc w wyborze odpowiednich ustawień filtrów. Rozdzielczość przestrzenna Podczas pomiarów czujniki laserowe zapewniają odległość w przybliżeniu równą średniemu położeniu powierzchni w plamce lasera. Nie są w stanie dokładnie wykryć położenia obiektów mniejszych niż rozmiar plamki, jednak mogą wielokrotnie mierzyć na chropowatych powierzchniach. Z tego powodu plamka laserowa powinna zawsze być o około 25 mniejsza od najmniejszej cechy, którą próbujesz zmierzyć. Mniejsze miejsca mogą odróżnić mniejsze obiekty na obiekcie. W idealnym świecie wyjście z dowolnego czujnika byłoby idealnie liniowe i nie odbiegałoby od linii prostej w żadnym punkcie. Jednak w rzeczywistości będą niewielkie odchylenia od tej linii, które określają liniowość systemu. Zwykle liniowość jest określana jako procent pełnego zakresu pomiarowego (FSR). Podczas kalibracji sygnał wyjściowy głowicy laserowej jest porównywany z sygnałem wyjściowym o bardzo precyzyjnym standardzie, a różnice są odnotowywane. Różnice te są automatycznie korygowane za pomocą tabel wyszukiwania. Nasze czujniki laserowe Microtrak II oferują najwyższą dostępną obecnie liniowość. Większość systemów przekracza -0,05 FSR, a niektóre osiągają -0,01 lub więcej. Dokładność jest funkcją liniowości, rozdzielczości, stabilności temperatury i dryfu, przy czym główną rolę odgrywa liniowość. Odpowiedź liniowa naszych czujników jest bardzo powtarzalna. Raporty kalibracji dostarczają danych, które można wykorzystać w celu skorygowania nieliniowości systemu za pomocą niedrogich komputerów i oprogramowania korekcyjnego, czego wynikiem jest zwiększenie dokładności w razie potrzeby. Zastosowanie laserowych czujników triangulacyjnych Materiał i wykończenie Przy stosowaniu czujnika laserowego należy najpierw określić współczynnik odbicia powierzchni. Konieczne jest konsekwentne wykończenie matowe, aby uzyskać najlepszą wydajność podczas używania dysz rozproszonych. Jeśli zostanie użyte wykończenie o wysokim połysku lub lustrzanym odbiciu, zdecydowanie zalecamy zwierciadlaną głowicę laserową. Kształt celu Aby uzyskać idealną wydajność, cel powinien być ustawiony pod kątem 90 stopni w stosunku do głowicy lasera, aby zapobiec błędom pochylenia. Wpływ pochylenia będzie zależał od właściwości odbijających powierzchnię. Idealnie rozproszony cel pozwoli na prawidłowe działanie na powierzchniach pochylonych o 30 stopni lub więcej od normalnych. Jednak cel lustrzany wygeneruje błędy, jeśli nachylenie zmieni się o zaledwie 1 stopień. Podczas projektowania i obsługi urządzenia należy zachować ostrożność, aby zminimalizować przechylenie obiektu. Czujniki laserowe mogą być również używane do pomiaru zakrzywionych celów. W celu uzyskania najlepszych rezultatów belka powinna być skierowana w stronę środka krzywizny. To praktycznie wyeliminuje wszelkie przechyły widoczne przez laser. Ponadto orientacja głowy powinna być taka, aby zakrzywiona powierzchnia nie przekręcała kąta triangulacji laserowej. Poniższy rysunek pokazuje właściwą orientację systemu, aby zredukować efekty pochylenia. Zwróć uwagę, w jaki sposób promień lasera może zostać odchylony przez docelowy kształt. Uważaj na swoje obiekty docelowe przed pomiarem, aby upewnić się, że światło lasera nie jest zasłonięte. Poniższy rysunek pokazuje prawidłowy i zły sposób zorientowania czujnika laserowego. Warunki środowiskowe Ponieważ laserowe systemy triangulacyjne są czujnikami optycznymi, ważne jest, aby droga optyczna była czysta i wolna od przeszkód lub ciał obcych. Brud, kurz i dym mogą wpływać na wyniki pomiarów, a nawet uczynić czujniki całkowicie bezużyteczne. Należy zachować ostrożność, aby wyeliminować takie zanieczyszczenie, aw razie potrzeby należy zastosować system czystego oczyszczania powietrza. Jeśli tego typu system nie jest możliwy, ważne jest regularne czyszczenie zewnętrznych soczewek, aby uniknąć komplikacji. Najczęstszym problemem środowiskowym, który może mieć wpływ na dokładność czujnika laserowego, jest temperatura. Elektronika nie tylko wykazuje dryft temperatury, ale również rozszerzanie i kurczenie się elementów mechanicznych i mocowanie może fizycznie zmieniać szczelinę czujnika. Wszystkie nasze czujniki Microtrak II mają stabilność temperaturową poniżej -0,05 zakresu pomiarowego w pełnej skali przy zmianie temperatury 0 do 40oC. Ważne jest, aby urządzenie trzymające laserowy czujnik triangulacji było stabilne. Biorąc pod uwagę, że zmiany temperatury mogą powodować ekspansję i kurczenie się, powodujące zmianę odległości do celu, należy zastosować odpowiednie materiały, aby zminimalizować ten efekt. Wsporniki uchwytów powinny być również możliwie jak najkrótsze i unikać długich wsporników, aby zminimalizować nie tylko problemy z temperaturą, ale także zmniejszyć drgania. Nasze czujniki laserowe mają otwory przelotowe, które można wykorzystać do mocowania i zabezpieczania głowic laserowych. Oprawy powinny być dopasowane do położenia tych otworów i utrzymywać głowicę lasera prostopadle do celu będącego przedmiotem zainteresowania. Synchronizacja Podczas dokonywania różnicowych pomiarów grubości za pomocą 2 głowic laserowych ważne jest, aby wykonywać i przetwarzać pomiary z obu głowic w tym samym czasie. Ta procedura eliminuje niepożądane rezultaty wywołane przez wibracje. Jeśli cel się porusza, a pomiary są wykonywane w nieco innym czasie, przetworzone wyniki mogą przedstawiać nieco cieńszy lub grubszy cel. Nasza linia czujników laserowych Microtrak II wyposażona jest w elementy do synchronizacji głowic eliminujące ten problem. W tym rozdziale badamy sprzęt i techniki nagrań hałasowych, a także opracowujemy ankiety z mapami i przechodzimy do prostej interpretacji wyników. Pomiary hałasu i ankiety Dlaczego mierzymy poziomy dźwięku Pomiar dźwięku pozwala na szczegółową i dokładną analizę wszystkich dźwięków. W przypadku przyjemnych dźwięków może to oznaczać, że możemy poprawić ilość przyjemności z nimi związanej. Przykładem tego może być poprawa wydajności komponentów systemu Hi-Fi lub poprawa akustyki audytorium. Jednakże, gdy pomiar dźwięku jest stosowany do denerwujących lub niepożądanych dźwięków, stosuje się go w celu zredukowania irytacji. Ponieważ charakterystyka hałasu jest obszarem o wysokim stopniu szczegółowości, nie wszystkie strony zgodzą się co do stopnia irytacji źródła hałasu. W rzeczywistości psychologiczne i fizjologiczne różnice między istotami ludzkimi niemal zapewniają, że pomiar naukowy nie będzie w stanie całkowicie ocenić co najmniej częściowo subiektywnego osądu. Pomiary jednak dają nam obiekt do porównywania dźwięków w różnych warunkach. Dostarczają również jasnych informacji o tym, kiedy dźwięk może uszkodzić słuch, a zatem sugerują, kiedy wymagane są środki naprawcze, takie jak wyposażenie ochronne. Dodatkowo można ocenić ubytek słuchu, aby oszacować ilość obrażeń zadawanych słuchowi osób. Odbywa się to za pomocą testów audiometrycznych, które mierzą osoby słyszące działanie w wielu zakresach częstotliwości. Testy audiometryczne są niezbędnym elementem każdego udanego programu ochrony słuchu. Pomiar hałasu jest również niezbędny w programach redukcji hałasu. Obszary o wysokim poziomie hałasu, takie jak fabryki, lotniska, ruchliwe drogi, kopalnie i centra rozrywki, powinny być poddawane regularnej ocenie w celu oceny ich wpływu na środowisko. Jaka jest różnica między mocą akustyczną a ciśnieniem akustycznym? Warunki te są powszechnie stosowane w ocenie hałasu, ale często są używane niepoprawnie. Moc akustyczna odnosi się do ilości energii dźwięku przekazywanej przez źródło hałasu. Ciśnienie akustyczne jest różnicą między rzeczywistym ciśnieniem wytwarzanym przez falę dźwiękową a ciśnieniem średnim lub barometrycznym w danym punkcie przestrzeni. Inne urządzenie, poziom dźwięku jest również powszechnie używany. Odnosi się do ważonego poziomu ciśnienia akustycznego uzyskanego przy użyciu miernika poziomu dźwięku i sieci ważącej częstotliwości, takich jak A, B lub C. Zostaną one omówione bardziej szczegółowo w dalszej części tego rozdziału. Dobrą analogię do tych terminów można uzyskać rozważając stopowe stukanie w staw wody. Moc akustyczna jest równa energii zużywanej przez stopę do ustawiania zmarszczek w stawie, podczas gdy ciśnienie dźwięku jest tym, w jakim stopniu pływająca po stawie łódź porusza się w górę iw dół po falach. Pomiar poziomów ciśnienia akustycznego Pomiar dźwięku i hałasu odbywa się za pomocą mierników poziomu dźwięku, z których dostępnych jest kilka typów. Zaprojektowano je tak, aby reagowały na dźwięk w przybliżeniu w taki sam sposób jak ludzkie ucho i zapewniają obiektywną i powtarzalną ocenę poziomów ciśnienia akustycznego. Większość opiera się na prostej zasadzie używania mikrofonu jako urządzenia wykrywającego, które przesyła impulsy elektryczne do wzmacniacza, który następnie przekazuje sygnał do miernika cyfrowego (normalnie skalibrowanego w dB). Pomiary są zwykle wykonywane w standardowym okresie czasu (0,1-1,0 sekund). Analiza częstotliwości i głośności dźwięku (A, B, C, D, Lin) Droższe mierniki poziomu dźwięku można skonfigurować w celu analizy częstotliwości fal dźwiękowych lub intensywności każdej z różnych częstotliwości, które składają się na szum. Dodatkowo sygnały dźwiękowe mogą być przekazywane przez sieć wagową, która jest obwodem elektronicznym, którego czułość na różne częstotliwości dźwięku zmienia się w taki sam sposób, jak ucho ludzkie. Symuluje to jednakowe kontury głośności. W poprzednim rozdziale pokazano, że pozorna głośność dźwięku jest związana z częstotliwością dźwięku, a także poziomem ciśnienia akustycznego. Dzieje się tak dlatego, że reakcja ludzkiego ucha na dźwięk zmienia się w zależności od częstotliwości fal dźwiękowych. Sprzęt do pomiaru dźwięku został zaprojektowany tak, aby uwzględniał zachowanie ucha za pomocą elektronicznych sieci ważących, które odfiltrowują określone częstotliwości dźwięku i faworyzują inne. Istnieje kilka różnych standaryzowanych na poziomie międzynarodowym cech charakterystycznych dla dźwięku 8220weight8221. Są one nazywane wagami A, B, C, D i Lin. Obwód ważący A jest zaprojektowany w celu zbliżenia odpowiedzi przeciętnego ucha ludzkiego przy niskich poziomach ciśnienia akustycznego. Podobnie obwody ważące B i C mają na celu przybliżenie odpowiedzi ludzkiego ucha na poziomie odpowiednio 55 8211 85dB i 85 dB. Charakterystykę tych sieci pokazano na rysunku 2.1. Kolejne ważenie, ważenie D jest czasem wykorzystywane do hałasu samolotów. Większość mierników poziomu dźwięku ma również sieć liniową. To nie waży w ogóle sygnału, ale raczej pozwala sygnałowi przejść przez niemodyfikowane. Poziomy dźwięku uzyskane w ten sposób są oznaczone jako Lin. Najczęściej wykorzystuje się obecnie sieć wagową A 8211 i wydaje się, że tendencja ta jest wykorzystywana prawie wyłącznie wtedy, gdy pożądana jest sieć wagowa. Dzieje się tak dlatego, że sieci ważące B i C nie korelują dobrze z subiektywnymi testami odsłuchowymi. Jest tak prawdopodobnie dlatego, że kontury o równej głośności, które były używane do ustawiania wag, używały czystych tonów 8211, a większość naturalnych dźwięków składa się ze złożonych sygnałów wykonanych z wielu różnych tonów. Rysunek 2.1 8211 Krzywe ważące A, B i C dla mierników poziomu dźwięku (z Bies amp Hanson) Tabela 2.1 pokazuje korekty w dB wykonane dla pewnych częstotliwości w celu uzyskania ważenia A. Tabela 2.1. 8211 Korekty (dB) wykonane dla częstotliwości w celu uzyskania dB (A) 1 Możliwe jest wykorzystanie wartości z tabeli 2.1 do przekonwertowania nieważonego (Lin) poziomu dźwięku w dB na poziom dźwięku ważony A, jak pokazano w przykładzie podaną poniżej w tabeli 2.2. Tabela 2.2 8211 Przykład zastosowania współczynnika A do liniowego poziomu dźwięku1. Poziomy dźwięku ważone A można znaleźć, dodając korekty ważone A do liniowych wartości dźwięku dla każdej częstotliwości. Powoduje to wyświetlenie wartości przedstawionych w wierszu 3. Wartości poziomu dźwięku w linii 3 są następnie dodawane, aby uzyskać ważony poziom A w jednostkach o nazwie dB (A). Po dodaniu ostateczny wynik to 84,9 dB (A), a nie oczekiwany 650 dziw. Zostało to wyjaśnione w dalszej części rozdziału dotyczącego łączenia odczytów decybeli. Tutaj (A) oznacza po prostu, że poziom dźwięku został uzyskany za pomocą sieci A ważącej na mierniku dźwięku lub przekonwertowanej na ważenie A, jak pokazano powyżej. Łączenie poziomów dźwięku w decybelach Często konieczne jest połączenie pomiarów z kilku źródeł hałasu podanych w decybelach, aby uzyskać całkowity poziom hałasu. Na przykład możemy być zmuszeni do przewidzenia poziomu hałasu w miejscu pracy, jeśli zostanie dodana maszyna o znanym poziomie emisji dźwięku. Można to zrobić, dodając poziom dźwięku z urządzenia do poziomu tła już w miejscu pracy. Nie można tego zrobić po prostu dodając wartości do dB. Dzieje się tak dlatego, że skala dB jest zmyśloną skalą logarytmiczną. Aby połączyć poziomy dźwięku, należy je przekonwertować z powrotem na poziomy energetyczne, dodać je, a następnie przekonwertować z powrotem na dB. Kiedy to zrobisz, okaże się, że połączenie źródła dźwięku 80 dB z innym dźwiękiem 80dB spowoduje całkowite ciśnienie dźwięku na poziomie 83 dB, a nie oczekiwane 160dB. Innymi słowy, dla każdego wzrostu 3dB poziom ciśnienia akustycznego podwaja się. Matematyka łączenia wartości dB jest nieco skomplikowana. Nie próbując wyjaśnić, jak to się robi, równanie do obliczeń jest następujące. Poziom ciśnienia akustycznego 10 log 10 10 (1 dB wartość 10) 10 (2 dB wartość 10) 10 (3 dB wartość 10). Na przykład, jeśli chcesz dodać dźwięki z trzech źródeł hałasu o poziomie ciśnienia akustycznego 89 dB, 90 dB i 91 dB, wykonaj następujące czynności. Poziom ciśnienia akustycznego 10 log 10 10 8910 10 9010 10 9110 10 log 10 7,94 x 10 8 10 x 10 8 12,59 x 10 8 10 log 10 30,53 x 10 8 Uwaga: Wartości te są uzyskane przez podzielenie wskaźników (na przykład 8910, aby uzyskać 8.9), następnie przyjmowanie wyniku testu antylogarytmicznego (push odwrotnego, a następnie logującego). W tym przypadku wynosi 7,94 x 10 8. Jeśli chcesz odjąć poziomy dźwięku, użyj tego samego równania, z wyjątkiem tego, że wartości w nawiasach kwadratowych są odejmowane. Przykładem tego może być, jeśli masz hałaśliwą maszynę w fabryce i chcesz dowiedzieć się tylko o hałasie z urządzenia. Przy urządzeniu poziom hałasu w fabryce wynosi 95 dB, ale po wyłączeniu jest zmniejszany do 89 dB. Hałas z urządzenia określa się w następujący sposób: Poziom ciśnienia dźwięku 10 log 10 10 9510 8211 10 8910 10 log 10 31,62 x 10 8 - 7,94 x 10 8 10 log 10 23,68 x 10 8 Kalkulator szumów 1 - Dodawanie wzmacniacza Odejmowanie poziomów ciśnienia dźwięku Wprowadź wartości chcesz obliczyć w komórkach SPL i przejść do karty. Odpowiedzi pojawią się automatycznie Jeśli uważasz, że cała ta matematyka jest zbyt trudna, istnieją wykresy, które można wykorzystać do określenia połączonego poziomu dźwięku z dwóch źródeł. Zostało to przedstawione na rysunku 2.2. Rysunek 2.2 8211 Tabela łączenia poziomów dźwięku Aby wykorzystać to do oszacowania efektu połączenia dwóch źródeł szumów 8211, jednego z 88dB i drugiego z 91dB, wykonaj następujące czynności. Znajdź różnicę między dwoma poziomami dźwięku Znajdź tę wartość na osi X wykresu Postępuj bezpośrednio w górę od osi X, aż do przecięcia krzywej. Przejdź prosto do osi Y i zanotuj wartość Dodaj wartość uzyskaną z osi Y do źródła hałaśliwego Aby uzyskać poziomy szumu dla kilku połączonych źródeł, powtórz pierwsze pięć kroków dla źródeł hałasu najniższego poziomu, a następnie oblicz ich kombinację z następne najgłośniejsze źródło. Na przykład, jeśli chcesz dodać dźwięki z trzech źródeł hałasu o poziomie ciśnienia akustycznego 87dB, 90dB i 94dB, należy postępować w następujący sposób Dwa najniższe poziomy hałasu to 87 i 90, więc różnica to 3dB Skorygowana wartość z wykres wynosi 1,7 dB (patrz linie przerywane na rysunku 2.2) Całkowity hałas z tych dwóch źródeł wynosi zatem 90 1,7 91,7 dB Różnica poziomu hałasu między najgłośniejszą maszyną i połączonym hałasem z pozostałych dwóch jest 94 8211 91,7 2,3 dB Skorygowana wartość z wykresu wynosi 2,0 dB Całkowity hałas pochodzący z tych dwóch źródeł to 94 2 96dB Analiza częstotliwości, pasma częstotliwości i częstotliwość środkowa Aby móc poprawnie obciążyć dźwięki do poziomu percepcji ludzkiego ucha lub uzyskać bardziej szczegółowe informacje o złożonych dźwiękach, konieczne jest podzielenie zakresu częstotliwości dźwięku słyszalnego (20 8211 20 000 Hz) w górę na pasma. Odbywa się to za pomocą filtrów elektronicznych, które odrzucają dźwięk z częstotliwościami poza wybranym pasmem. Pasma te zwykle mają szerokości 13 oktaw lub 1 oktawę. Dla tych, którzy nie znają muzyki, oktawa jest podwajaniem częstotliwości (tj. Przechodzenie od 260 do 520 Hz to jedna oktawa). Na fortepianie oznacza to przesuwanie ośmiu białych klawiszy (stąd określenie oktawa). Na wykresie częstotliwości dźwięku oznacza pasmo częstotliwości, w którym wyższa częstotliwość jest dwukrotnie niższa niż częstotliwość. W pomiarze dźwięku wartości podane dla pasm częstotliwości są zwykle częstotliwościami środkowymi. Oznacza to, że zakres dźwięków jest dozwolony w filtrze dźwiękowym z częstotliwością określoną jako środek. Przykładem tego jest częstotliwość środkowa 1000 Hz. W tym paśmie filtr pozwala na dźwięk wszystkich częstotliwości od 707 do 8211 1414 Hz, ale odrzuca wszystkie inne. Ten proces dzielenia złożonych dźwięków na pasma nazywany jest analizą częstotliwości, a wyniki analizy częstotliwości są przedstawione na wykresie zwanym spektrogramem lub histogramem częstotliwości. Rysunek 2.3 pokazuje spektrogram złożonego kształtu fali. Rysunek 2.3 8211 Spektrogram złożonej fali (z Bruumlela i Kjaeligr 8211 Pomiar dźwięku). Po podzieleniu sygnału na pasma częstotliwości, a następnie ważeniu, generalnie jest on wzmacniany wewnątrz miernika poziomu dźwięku, a jego wartość średnia kwadratowa (RMS) określona jest za pomocą detektora RMS. To określa ilość energii w mierzonym dźwięku. Pomiar ekspozycji na hałas 8211 Równoważne ciągłe poziomy dźwięku (Leq) Ponieważ fale dźwiękowe przekazują energię, ilość potencjalnego uszkodzenia słuchu związanego z hałaśliwym otoczeniem jest bezpośrednio powiązana zarówno z poziomem dźwięku, jak i czasem, na jaki narażona jest osoba. To jest godzinna ekspozycja na głośny dźwięk, który wyrządzi więcej szkody naszemu słuchowi niż jednominutowa ekspozycja na ten sam poziom ciśnienia akustycznego. Narażenie na hałas x czas uszkodzenia słuchu Aby ocenić potencjał uszkodzenia słuchu w hałaśliwym otoczeniu, należy zmierzyć zarówno poziom ciśnienia akustycznego, jak i czas ekspozycji. To pozwala nam określić ilość energii odbieranej przez uszy. Kiedy poziomy dźwięku są dość stałe, jest to prosty proces, ale jeśli się zmieniają, poziomy dźwięku muszą być próbkowane wielokrotnie przez ustalony okres próbkowania w celu uzyskania prawidłowych wyników. Możliwe jest zatem wyprowadzenie pojedynczej wartości, określanej jako równoważny ciągły poziom dźwięku (Leq), który odnosi ilość energii odbieranej w czasie z wahań dźwięku do równoważnej ciągłej ekspozycji na poziom dźwięku. W związku z tym dotyczy względnego potencjału uszkodzenia słuchu równoważnej ciągłej dawki hałasu. Dobrym przykładem dźwięku zmieniającego się w czasie jest oszacowanie natężenia ruchu ulicznego na obszarach miejskich. Kiedy pomiar poziomu dźwięku jest również ważony A, dawkowanie określa się jako LAeq. Oprócz określenia potencjału dźwiękowego uszkodzenia słuchu, tego rodzaju pomiary są również powszechnie stosowane w ocenach uciążliwości hałasu dla społeczności. In order to be able to calculate the LAeq of a noise source it is essential to use an integrating sound level meter (see section on sound level meters) which accumulate and average the noise dose over a set time period 8211 usually 60 seconds. LAeq values can also be used to estimate the noise dose to a person who moves around in a work environment where noise levels vary greatly. For example if a worker spends one hour in a very noisy workshop (at 100dB(A)), then the other seven hours behind a desk in a quiet office (at 70dB(A)), their equivalent noise exposure level would be 91dB(A). Figure 2.4 8211 Estimation of LAeq values (from Bruumlel and Kjaeligr 8211 Measuring Sound2) Equivalent sound can also be useful in evaluating community noise over a 24hr period. Figure 2.5 shows how this may be used. The dotted line indicates the Leq for the same period, giving an indication of the constant sound level that would have delivered equivalent sound energy to the ears of residents. Figure 2.5 8211 Use of equivalent sound level for evaluating community noise These are the most common instruments used to measure sound pressure levels. The main components of a typical sound level meter are shown in Figure 2.6. Although there are many different brands and types of sound meters available, all have the basic layout shown. The microphone is a transducer that converts a physical measurement of sound waves into an electrical signal. The voltage that leaves the microphone is proportional to the sound pressure level. The most suitable type of microphone for sound level meters is the condenser microphone, which is very stable and reliable, but only produces a small voltage. This means that a preamplifier is needed to boost the signal before it can be processed. There are several different types of processing that may be performed on the signal. These will vary according to the type of assessment being conducted. The simplest type of processing involves passing the signal straight through to the detector unmodified. This produces the Lin or linear sound rating. It is sometimes referred to as an all pass network. More often though the signal is passed through a weighting network. The function of these has already been discussed, in previous sections. Basically they are just selective electronic filters which provide A, B, or C weightings to the sound frequencies. After the sound levels are weighted they are passed on to the amplifier, then the RMS detector, which accurately assess the amount of energy transferred by the sound wave. Figure 2.6 8211 The components of a typical sound level meter (above) Figure 2.7 8211 A typical hand held sound meter (from Bruumlel and Kjaeligr Instruments) Detector modes for sound meters Sound waves are rarely steady in level. In order to cope with the often large fluctuations of sound levels found during analysis, most sound level meters are provided with two or more response modes. Some of these include slow response mode, fast response mode, impulse mode and peak mode. This means that the meter responds much like the human ear 8211 in approximately 100 8211 125msec. It allows accurate analysis of sound that does not fluctuate very rapidly. This mode uses a time frame of approximately one-second to average the sound level. This does not mimic the response of the human ear, but rather is used to evaluate sound levels with large fluctuations in intensity during measurement. This is a very rapid response mode (typically 35msec). It is used to analyse very short sharp sounds such as dropping objects and impacts which could not be accurately followed by typical sound meter settings. This is referred to as transient noise. In this mode the meter responds like the human ear to transient noise peaks. Although the perceived loudness of very short duration sound is lower than that of steady continuous sound, this does not mean that the potential damage to hearing is reduced. For this reason most sound level meters include a circuit for measuring the peak value of the sound. This is the highest sound pressure level reached during measurement 8211 regardless of the duration for which it occurred. This is an important parameter in most occupational noise exposure standards. In Australia peak values are referred to as short-term exposure levels or STEL. Most meters also include a special circuit called a Hold circuit which stores the Peak value or the maximum RMS value. Integrating Sound Level Meters Noise levels encountered in practice are rarely constant in level. Often the fluctuations in sound pressure levels are quite large. In order to measure these levels most high quality sound meters are equipped with an integrating facility, which allows mean sound levels over a set time period to be established. More detail on this is given in the section on equivalent sound levels Calibration of Sound Level Meters As with all scientific instrumentation sound level meters must be calibrated to enable accurate and reliable sound level measurement. A complete procedure involves both electrical calibration and acoustic calibration. This involves the use of an internal oscillator of known frequency which checks the amplifier, the weighting networks and the output meter. If any of these are incorrect they may be adjusted by controls on the meter. This form of calibration does not however check the performance of the microphone, which must be checked by regular acoustic calibration. This involves placing a small acoustic calibrator (sometimes called a pistonphone) on the microphone, and comparing the result with the known reference value of the calibrator. These devices provide precisely defined sound pressure levels to which the sound pressure level meter should be adjusted (for example one provides a 94dB output at 1,000Hz). Generally accuracy of up to 0.2dB can be obtained by using these calibrators and a good quality meter. This calibration is normally limited to a few discrete frequencies, so it is by no means totally foolproof. It is good technique to calibrate a meter both before and after a sound measurement session to ensure that valid results have been obtained. Any large errors indicate damage to either the sound meter or the calibrator 8211 in which case both should be serviced. Common Errors in Performing Sound or Noise Measurements As with most scientific instruments, unless sound pressure level meters are used correctly, then the data produced with them is meaningless. Some of the more important points with regard to their use are listed below. In general the most important sources of error in obtaining sound levels include mishandling of microphones and meters, wind, temperature, dust, humidity, changes in ambient pressure, vibrations, magnetic fields, and background noise. Mishandling of microphones and equipment If microphones are placed on surfaces that are vibrating, then the microphone will produce signals that register on the meter as sound pressure. Exposure to extremely high noise levels and dropping microphones will also cause great changes in calibration of the instrument. Even a light breeze blowing across the microphone will produce spurious noise. This sounds somewhat like someone blowing in your ear and is principally made up of frequencies below 200Hz. Fitting a porous foam windscreen over the microphone reduces these effects. Additionally this protects the microphone from dust and humidity. Most commercially available windscreens do not work effectively in winds above 20kmh and they do attenuate (reduce) the levels of high frequency sound. If sound levels must be obtained in windy conditions then special acoustic enclosures may be used. Relative humidity levels of up to 90 have little or no effect on noise measurements. Moisture does however affect the long-term performance of the microphone. For this reason they should always be protected from rain and stored in a dry (or desiccated) environment. Most sound level meters are designed to work in temperature ranges from 821110 - 50degC. So temperature is not normally a problem. If the instrument is moved from an air-conditioned environment into a hot environment however, condensation forming on the microphone may cause problems. Very low temperatures may cause battery failure. Variations in atmospheric pressure of up to 10 cause little error (0.2dB) on microphone sensitivity, but at high altitudes the sensitivity of the instrument to high frequencies drops off. To get around this special adjustments must be made when calibrating with the pistonphone. Reflected and absorbed sounds Objects near sound sources may greatly affect the sound output. For the purpose of measurement to assess things such as operator levels, these must be left in place to ensure an accurate reflection of the true environment is obtained. If the true sound power output of a particular machine is required however, it may be necessary to remove such items. One factor that is often overlooked in sound measurement of noise sources is the level of background noise compared to the level of sound being measured. The background noise must be such that it does not overwhelm the sound being generated by the noise source. What this means in practice is that the level of the sound being measured must be at least 3dB higher than background for any sort of measurement to be made. This means that it must be at least twice as loud. Even when there is 3dB or more difference between background and the sound source being measured, it is still generally necessary to apply a correction factor to obtain a valid result. This is done by following the procedure below Measure the total noise level (LSN) Measure the background level only (LN) by turning off the noise source 8211 if possible. Find the difference between the two levels (LSN - LN). If the difference is less than 3dB then the background level is too high for reliable measurement. If it is between 3 8211 10 dB then a correction factor must be applied. If it is greater than 10dB then correction factors are unnecessary. An example of the use of correction factors is given in Figure 2.8. Use the correction chart to estimate the correction factor. The value for (LSN - LN) is plotted in the x-axis, and its intersecting value from the Y 8211axis obtained. The value obtained from the y-axis is subtracted from the total noise level (LSN). Figure 2.8 8211 Applying a correction for background noise. 1 Bies, D. A. and Hanson, C. H. Engineering Noise Control 8211 Theory and Practice, Chapman amp Hall, London, 1996. 2 Bruumlel and Kjaeligr, Measuring Sound, Naeligrum, 1984. 3 NSW DECC, Stationary Noise Source Policy, decc. nsw. gov. au, 1999 or later. 4 Standards Australia, AS 1055 8211 Acoustics 8211 Description and Measurement of Environmental Noise, 1997. 5 Standards Australia, AS 1217 8211 Acoustics 8211 Determination of Sound Power Levels of Noise Sources, 1985. 6 Standards Australia, AS IEC 61672.1 8211 Electroacoustics Sound Level Meters, 2004Glossary of Terms The following is an extensive list of terms that you may or may not be familiar with that you may encounter at our site or throughout your audio experience. If nothing else. use a few every now and then so everyone thinks youre really smart This Glossary is borrowed from the Diamond Cut MillenniumLIVE manual. any reference to those programs is purely intentional. Acoustical impedance is the total opposition provided by acoustical resistance and reactance to the flow of an alternating pressure applied to a system. More specifically, it is the complex quotient of the alternating pressure applied to a system by the resulting volume current. The unit is the acoustical ohm. Acoustical reactance is the imaginary part of the acoustical impedance. Energy is not dissipated by acoustical reactance it is only stored there. The unit is the acoustical ohm. Acoustically mastered record recordings utilized only the energy of the sound waves created by the sound source to modulate the master cutting lathe stylus. This recording technique had none of the benefits which signal amplification can provide to the recording process. This is the method that was utilized from the time of the invention of the phonograph by Thomas Edison in 1876 up until around 1925, when vacuum tube amplifiers and microphones began to be employed in the mastering process. By 1929, all of the major record companies had switched over to the quotelectrical processquot of record mastering. Acoustical Resistance is the real term of the acoustical impedance relationship. This is the term responsible for the dissipation of energy. The unit is the acoustical ohm. A device used to convert analog signals into digital (discrete time) signals, so that they can be signal processed by a computer algorithm. The sound card in your computer contains an A-D converter and also a D-A (Digital to Analog) converter. To be compatible with DC MillenniumLIVE . it must have at least 16-bit resolution. However, the software does support 8 through 24 bit resolution sound cards. (216 65,536). In other words, your sound card must be able to divide the amplitude of audio signals into numerically sampled representations, the smallest division being one part in 65,536. 16 bit audio has the same resolution as red book CD Audio. The A udio E ngineering S ociety A step-by-step procedure for solving a mathematical problem. Ampere (I) The unit of electric current that is equal to one coulomb flowing per second. Also, I V R, wherein V Voltage in Volts, and R Resistance in Ohms (also, see Ohms Law). An electronic system which enables an input signal to control power from a source independent of the signal and thus be capable of delivering an output that bears some relationship to, and is generally greater than the input signal. An audio amplifier performs this function producing a relatively linear relationship between the input signal and the output signal. For more information on audio amplifiers, refer to Pre-Amplifier and Power Amplifier in the Glossary section of the Help File. The loudness (or intensity) of a sound at any given moment in time, which is represented on the vertical axis of the a u d i o workspace areas. Amplitude in audio terms is usually expressed in relative terms (the ratio of two levels) in dB (decibels), although sometimes it may be represented in absolute terms such as volts, or sound pressure level. An electronic system in which signals are represented, amplified, and processed utilizing continuous voltages andor currents (whose value could be expressed as an irrational number at any point in time) which are not quantized. DC MillenniumLIVE utilizes several digital simulations of analog systems in its algorithms. Solvents that are made up of cyclic hydrocarbons which, after they evaporate, tend to leave little or no residue on the surface on which they were used. Attenuation is the process of signal reduction, which is the opposite of the process of signal amplification. Most filters attenuate signals outside of their passband and feed signals through with no attenuation (or amplification) within their passband. Some filters, such as parametric and graphic equalizers are configured to provide either amplification or attenuation at any given frequency. Devices such as volume control potentiometers, L Pads, T Pads and H Pads are used to attenuate signals independent of frequency, i. e. flat. L Pads hold either the input or the output impedance constant as the attenuation factor is modified. T Pads hold both the input and the output impedance constant as the attenuation factor is changed. H Pads perform the same function as T Pads, only for balanced line systems. Here is a table of resistance multipliers for a symmetrical (equal input and output impedance) T Pad attenuator: R1 Attenuator Input Resistor R2 Attenuator Shunt Resistor R3 Attenuator Output Resistor To use this table, multiply the input (or output) impedance of your circuit by the numbers associated with the attenuation which you desire. Remember, this table of values requires that the input terminating impedance and the output terminating impedance of the circuits on each side of the attenuator be present and of the same value. To obtain values of attenuation which are not in this table, merely cascade quotTquot sections adding up to the value (in dB) which you desire. For example, to achieve 23 dB, cascade a 20 dB section with a 3 dB section. 1. Balanced quotXLRquot Standard: A. Pin 1 Shield (Common) C. Pin 3 - (Cold) 2. 14 inch Stereo Phone Plug (TRS) for Balanced Audio Circuits C. Sleeve Shield (Common) 3. 14 inch Mono Phone Plug (TR) for Unbalanced Audio Circuits B. Sleeve - (Shield) 4. RCA Phono Plug B. Sleeve - (Shield) 5. Amphenol 3 Pin Balanced Microphone Connector A. Pin 1 Shield (Common) 6. Amphenol 4 Pin Microphone Connector (Balanced and A. Pin 1 Shield (Common) B. Pin 2 (Hot) Unbalanced ( Note: Unbalanced output is with respect to Shield) C. Pin 3 (Hot) Balanced D. Pin 4 - (Cold) Balanced 7. DIN 5 Pin Connector (Tape Deck I O Connector) A. Pin 1 Right Channel Record Input B. Pin 2 Shield (Common) C. Pin 3 Right Channel Playback Output D. Pin 4 Left Channel Record Input E. Pin 5 Left Channel Playback Output 8. 1 8 inch Mono Phone Plug (TR) B. Sleeve - - (Shield) A. Tip Left Channel (Hot) B. Ring Right Channel - (Hot) C. Sleeve Shield (Common) 10. Modular Phone Jack (- 48 volt, 4 terminal , 2 line system United States) A. Red or Blue or Blue with White Stripe Line 1 B. Green or White or White with Blue Stripe Line 1 (Common) C. Yellow or Orange or Orange with White Stripe Line 2 - (Hot) D. Black or White or White with Orange Stripe Line 2 (Common) Denotes the most standard color code The range of frequencies between 20 Hz and 20 KHz. A very high quality audio system capable of reproducing this frequency range should be able to do so within - 3 dB. The following is a listing of some common audio sources and the portion of the audio spectrum which they typically occupy including their harmonics: When analog magnetic tapes are recorded or reproduced, the gap of the respective head (recording or playback) should ideally be perfectly normal (perpendicular) to the direction of the tape movement. If, in either of the two mentioned processes, the respective head gap is off-normal (off-azimuth,) two types of signal degradation will occur. The first phenomenon results in the loss of the high-end of the audio spectrum frequency response. The second effect produces a phase shifting of one channel with respect to the other, thereby smearing the stereophonic image. A similar phenomenon occurs when a monophonic half-track reel-to-reel tape is reproduced on a quarter track machine. Azimuth problems can be corrected by utilizing the Time Offset feature found in the File Converter, which is under the Filter Menu. Bandpass Filter A filter which only allows a range of frequencies to be passed without attenuation. A wide bandpass filter is one in which an upper and a lower corner frequency need to be defined, and often several octaves will be passed in between without attenuation. A narrow bandpass filter is one in which only a center frequency needs to be defined, and often has a bandwidth of an octave or less. The center frequency for a narrow bandpass filter is sometimes referred to as its resonant frequency. There are different bandpass shapes which can also be defined for narrow bandpass filters. Emile Berliner is widely know as the one who commercialized the lateral cut disc record format. He first introduced his products into the market place in 1895, although he had spent the previous 10-year period developing his product. However, Emile Berliner was not the inventor of the disc format or the lateral cut method for creating the undulations on a surface. These principles were outlined in the earlier Edison phonograph patents. quotBlastquot is a term which is used to describe a passage of sound on a recording which is disproportionately louder than the rest of the recording. quotBlastsquot can be created by poor instrument placement on acoustic recordings, poor mixes on electrical recordings, or by poor planning of microphone placement in live recordings. The term quotblastquot was used by recording engineers at least as early as the 1920s. The third (and final) generation of cylinder record which the Edison Company commercialized which was about 4 minutes in length. These records were made of a celluloid recording surfaced mounted on a plaster of Paris core. They were an improvement on the Edison Gold Molded black wax cylinders, which were only two minutes in length. The rotational speed for Blue Amberols (and black wax cylinders) is 160 RPM. A buffer is a memory sector which is used as a temporary storage location during input and output operations. The quotpreview bufferquot length is programmable in Diamond Cut. and is found in the preferences section of the Edit Menu. A Butterworth Filter produces a maximally flat amplitude characteristic in the pass band or the reject band (depending on whether it is used as a bandpass or a notch filter). It has a critically dampened response at the corner frequencies, having no ripple, and therefore it introduces little distortion into the signal which is feeding it. The Butterworth poles of signal transmittance are uniformly spaced on a semicircle, having its center on the imaginary axis. Its half-power frequencies are those at which the circle intersects the imaginary axis. Buzz usually refers to a series of harmonics related to the frequency of the AC power mains. It differs from Hum in sound, because it usually contains a large number of higher frequency harmonics. Buzz is best eliminated using the Harmonic Reject filter. An eight-bit word. Each sample of a monophonic wave file is represented by two eight-bit bytes. Two eight-bit bytes are used to represent all of the integer numbers between 0 to 65,535, which is the total dynamic range of your Diamond Cut Audio editor when it is operating in 16 bit mode. 1 kilobyte (Kbyte) 1,024 bytes Capacitance (C) Capacitance is the ratio of the electric charge given a body compared to the resultant change of potential. It is usually expressed in coulombs of charge per volt of potential change and its basic unit is the Farad. Energy is only stored (but not dissipated) in theoretical capacitance. Time constants for audio filters are created with a combination of resistors and capacitors in various configurations. High pass, low pass, bandpass, and notch filters can all be created with the appropriate combinations of resistors, capacitors, and operational amplifiers. The corner frequency for a simple first order RC filter 1 2 pi (R x C). The principle of capacitance (and conservation of charge) is involved in the operation of condenser and electret microphones and electrostatic loudspeakers and headphones. F (Farad) and uF (micro Farad or 1 X 10 -6 Farad) Note: pi 3.141592654 (approximately) Cassette Tape Equalization Time Constants Compact Cassette tapes (which operate at 1 78 ips) commonly utilize one of the following two equalization time constants based on the tape type: 1. Normal (IEC Type 1) (Usually Ferrous Oxide based): 2. High (IEC Type 2) Usually Chromium Oxide based): Classification of Amplifiers Audio Amplifiers can be broken down into several classifications based on their degree of conduction relative to its input signal. The VVA Virtual Valve Amplifier utilizes two of the following classifications. The others are included in the description for completeness: Class A: The device or devices conduct for a full 360 degrees of the input signal. These amplifiers can be wired either in single-ended or push-pull configurations. Class A Audio amplifiers are usually used in pre-amplifier stages, or low power amplifier applications. This circuit has the poorest electrical efficiency, but produces predominantly even order distortion. Class B: Two devices are operated out of phase with respect to one another. Each device conducts for only 180 degrees of the input signal. When the two amplified signals are combined, the full input waveform is represented, only amplified. This type of circuit is plagued by a phenomenon known as crossover distortion at low signal levels. This configuration is reserved for low performance PA amplifiers or AM (Amplitude Modulated) communications modulators. It is electrically efficient, but produces relatively large values of harmonic distortion especially at small signal levels. Class AB: Two devices are operated out of phase with respect to one another, just the same as the Class B configuration. However, each device conducts for more than 180 degrees of input signal, but less than 360 degrees. This configuration produces a reasonable tradeoff between electrical efficiency and low distortion. It is commonly found used in high high power audio power amplifiers. Since the circuit is symmetrical, distortion levels can be quite low. Class C: This configuration can consist of one or two devices which are conducting for anywhere between 90 to 180 degrees of the applied input signal. It is reserved for RF circuits only. Note: There are additional classifications of amplifiers involving tap switching, multiple rail, and pulse width modulation techniques, which have not been included in this listing. Clipping is a phenomenon, which occurs when a signal (or numerical value) exceeds a systems headroom. This concept applies to both analog and digital systems. The result of clipping is distortion. The amount of distortion produced depends on the amplitude of the over-driven signal. In Diamond Cut. clipping will occur anytime a signal or calculation produces a numerical value greater than 216 (or 65,536 counts or LSBs). Clipping can be observed as a flattening of the slope (horizontal line) of a signal at its peak on the Source or Destination workspace displays. Co-Axial Cable A coaxial cable is one constructed in a manner in which the signal conductor is located in the center of the return conductor with a dielectric located in-between. This provides three notable characteristics for the cable: 1. The center conductor is shielded from the effects of E fields which may be present. E field coupled current is returned back to signal ground with little effect on the signal itself. 2. The loop area formed between the two conductors is very small compared to other types of conductors thereby minimizing inductance and also susceptibility to H field coupling. 3. The cable exhibits a characteristic impedance which is independent of cable length (after past a few wavelengths) which is of a constant value related to its ratio of distributed inductance and capacitance. This makes the cable suitable for carrying RF (radio frequency) signals over long distances. Co-Axial cables are often used to carry low level signals from one audio device to another because of the first two mentioned characteristics. Comb Filter A comb filter (or Harmonic Reject filter) is a wave reject filter whose frequency rejection spectrum consists of a number of equi-spaced elements resembling the tines of a comb. This filter is useful for getting rid of Hum type noise containing more than just the line frequency fundamental component. In Diamond Cut. it is called the Harmonic Reject Filter, and for more details, please refer to the same. An electronic device which is used to reduce the dynamic range of an audio signal. They are often used to prevent overloading on certain mixer inputs (i. e. drums and vocals) in live performance applications. Radio stations often use them to make themselves quotsound louderquot when tuning across the radio band without violating any FCC regulations on maximum modulation or modulation index. The corner frequency of a filter is the frequency at which the signal has been attenuated by 3 dB relative to the pass band region of the filter. Crackle is a term used to describe relatively low levels of impulse noise found on old phonograph recordings. It is very similar to impulse noise, only the peak amplitude is much smaller in comparison. Crackle sort of sounds like Rice Krispies just after you pour the milk in the dish. Crackle is usually caused by slight imperfections in the record playing surface due to the use of coarse grain fillers in the record composition. Sometimes, crackle is caused by gas bubbles that occur in the surface as the record quotcuredquot after the stamping process. Crackle can be filtered out most effectively with the Impulse or Median Filter. Very old acoustic recordings may be even more effectively de-Crackled (and de-Hissed at the same time) with the Average Filter. dB (decibel) 110 of a bel. A bel is the basic unit for the measurement of sound intensity. It is a log scale measurement system used for relating the ratio of two acoustical or electrical parameters. Since electrical voltage, current, and power are used to represent sound through audio signals, the following mathematical relationships may be found to be useful when relating them in terms of outputs and inputs: dB (voltage) 20 log V output V input dB (current) 20 log I output I input dB (power) 10 log P output P input Note: A doubling of a voltage or current represents a 6 dB change. A doubling of power represents a 3 dB change. The following table shows the relationship between Voltage, Current, and Power ratios and Decibels: Current or Decibels Power Ratio Decibels Note: Standard Pitch is based on the tone A of 440 Hz. With this standard, the frequency of Middle C should actually be 261.626 Hz. NAB Equalization Curve (National Association of Broadcasters) The NAB Curve is a set of equalization frequency response contours which are used by manufacturers of analog tape recorders to compensate for the inductive nature of a tape head. The equalization time constants specified depend on tape speed. One pair of time constants are specified for 1 78 ips (inches per second) and 3 34 ips. Another pair of time constants are specified for 7 12 ips and 15 ips. The low frequency breakpoint for all speeds is 50 Hz. The high frequency breakpoint for 1 78 and 3 34 ips is specified as 1770 Hz. The high frequency breakpoint for 7 12 and 15 ips is specified as 3180 Hz. Unwanted disturbances superimposed upon a useful signal that tends to obscure its information content. Also, refer to Signal-to-Noise ratio for more information. Noise Gate A noise gate is an electronic device, which turns off a signal path when an input signal is below a predetermined threshold value. The Dynamics Processor produces a noise gate effect when you check the ExpanderGate function. You must set the ratio to the highest number for the best noise gate effect. A filter which attenuates all frequencies close to the center frequency of the filter setting. The degree of attenuation and the range of frequencies which are attenuated by this filter are determined by the filters Q or bandwidth. This type of filter is often used to minimize hum or acoustic feedback from a recording. This type of filter is sometimes referred to as a quotband reject filter. quot An octave is a group of eight musical notes and also a doubling of frequency. For example, the range of frequencies from 440 Hz to 880 Hz is 1 octave. The next octave will end at 1760 Hz. Note that in two octaves, the frequency has increased by a factor of four. A DC value of voltage or current added into a circuit to shift the quiescent operating point of a device or display. Offset is used in Diamond Cut to allow detail to be seen in a signal when the detail exists towards the top or bottom of the signal workspace display area. The unit of electrical resistance equal to the resistance of a circuit in which a potential difference of 1 Volt produces a current flow of 1 ampere. V I x R wherein V voltage in Volts, I current in Amperes, and R resistance (in Ohms) When an audio signal is applied to an audio device which is greater than the device can handle in a linear transfer manner, this creates a condition of quotover-modulation. quot It results in a distorted sound in the output of the device being over modulated. Sometimes, this condition is referred to as quotclipping, quot meaning that the amplification devices of an electronic system are either cutting-off or saturating due to overdrive. A variable electronic filter in which the following three parameters may be adjusted on each parametric channel: 2. Level (attenuation or amplification) Parametric equalizers are usually equipped with several parametric channels which can all be used simultaneously or each one can be individually bypassed. Pathe Freres Phonograph Company was a European based record and phonograph company, who utilized a somewhat unique groove modulation technique. Their method produced a vertical stylus displacement (like Edison Hill and Dale Diamond Discs and Cylinders) however this was accomplished by a different mechanism. The groove on these recordings is width modulated, and so when a conical stylus interacts with these groove width modulations, a vertical displacement is thereby produced. If you are transferring a Pathe 78 rpm recording with a stereophonic pickup cartridge, you will need to use the Diamond Cut Mono (L - R) file conversion algorithm. A Pentode is an electron tube (or valve) containing five elements. They include a cathode, anode, control grid, screen grid or beam deflector electrode, and a suppressor grid. They are most commonly used in audio power amplifiers, but are sometimes found in microphone pre-amplifiers. Typical beam power pentodes listed in ascending power levels include types 6BQ5EL84, 6L6GC, 5881, 7591, KT-66, 6CA7EL34, KT-88, and 6550. Phase Inversion Phase inversion is the phenomena when one of two signals has become 180 degrees phase shifted with respect to the other. This sometimes accidentally occurred on vinyl stereo recordings because the input leads to one of the two cutting lathe driver heads became swapped in location. This can be corrected by using the File Converter, using the Left or Right Phase-Invert feature. Pi (Greek Letter) is the symbol which relates the ratio of the circumference to the diameter of a circle. Pi C D wherein C Circumference of a Circle D Diameter of a Circle. Pi is approximately 3.141592654 Pink Noise is random noise, which is characterized as containing equal energy per unit octave. When viewed on an octave based spectrum analyzer, it will produce a flat horizontal line on the display. Pink Noise is useful for characterizing the frequency response of electronic systems and for analyzing room acoustic transmittance and resonance. Pink noise can be created through a two-step process using Diamond Cut. First, create white noise with the Makes Waves function. Next, process the signal through the Paragraphic equalizer using the factory preset labeled white to pink noise converter. Power is the time rate for the transfer of energy in any system. In other words, Power Energy time. In electrical terms, power is given in Watts and has the following relationships to Voltage, Current, and Resistance: P Power in Watts, V Voltage in Volts, and I Current in Amperes. R Resistance in ohms Power Amplifier (Power Amp) A power amplifier is a device that provides power amplification of an audio signal. Generally, this is the device that is used to drive a loudspeaker, the cutting head of a record lathe, or an audio transmission line, and is the final stage of amplification in an audio system. Audio power amplifiers generally develop somewhere between 10 to 1000 watts of output power, depending on make and model (although shake table audio amplifiers and AM radio transmitter modulators can be found which produce well over 50,000 watts). To minimize power loss in the transmission process, and to maximize system dampening factor, it is important to minimize voltage drops across loudspeaker distribution cables. Poor dampening factor will produce an ill-defined bottom-end (bass). Long distances between your power amplifier and your speaker system will require larger diameter cables. To determine the correct cable for your application, refer to the Wire Table provided in this Glossary. Pre-Amplifier (Pre-amp) A device that provides voltage amplification of an audio signal. Sometimes these devices also include equalization networks andor tone (bass, treble, loudness, etc.) controls. Pre-Emphasis The intentional added amplification which is sometimes applied to the top end of the audio spectrum during a recording or radio transmission process in order to raise the signal level at high frequencies substantially above the noise level of the system. This process is reversed during the reproduction process of the signal in order to recreate an overall flat frequency response. The result of this process is an improvement in the signal-to-noise ratio of the system. For example, the third specified time constant of 75 uSec associated with the RIAA equalization curve is pre-emphasis. Also, FM broadcast transmission utilizes a 75 uSec (or sometimes a 25 uSec) pre-emphasis to improve its signal-to-noise ratio. This process is reversed at your receiver (de-emphasis.) The Paragraphic equalizer contains 75uSec pre-emphasis and de-emphasis preset curves. Most of the filters and effects have a plethora of descriptive presets. Most often, the most efficient place to start when using a particular filter or effect would involve selecting one of the factory presets, and then tweaking the parameters to fine tune the system to your own personal taste. If you desire to keep a separate copy of your presets on diskette, it can be found in the Windows directory under DCArtpresets. ini Quiescent Point The Quiescent point (or operating point) of an amplification device like an electron tube or a transistor, refers to the bias established on its linear portion of the transfer function curve when the device is at rest (ie. no signal input applied). The Virtual Valve Amplifier allows you to adjust the Quiescent (operating) point of class A amplifiers anywhere from near cutoff to near saturation. RAM R andom A ccess M emory A digital electronic device for storing binary information temporarily. RAM performance is generally characterized in terms of its size in MBytes, and its access time in nanoseconds. Your computer will need a minimum of 8 MBytes of RAM to run the Diamond Cut application correctly. A system which can process a signal and output the signal at the same rate at which it is being fed into the system is said to be a real-time processor. The Diamond Cut algorithms can process signals in real-time or faster provided your platform is a 200 MHz Intel Pentium or higher. The exception to this rule is the 200 MHz Intel Pentium-Pro processor. Since it is not optimized for 16 bit applications, it cannot run all algorithms in real time or faster. A Real Time Analyzer is a form of spectrum analyzer used for the analysis of audio signals. Unlike conventional spectrum analyzers, it does not use a single filter in a scanning mode to produce an amplitude vs. frequency display, which is a relatively slow process. Instead, it processes audio signals in parallel, so that all frequency bands are displayed simultaneously. Generally, RTAs have 31 bands (in 1 3 octave increments) covering the frequency spectrum from 20 Hz to 20 KHz. They usually come with a calibrated electret microphone and a built-in pink noise generator for making acoustical measurements. A process wherein an alternating current signal is converted into direct current amplitude modulated envelope representation of the source. Often, some smoothing is applied to this signal with a set of time constants referred to as quotattackquot and quotdecay. quot This signal is used in such devices as dynamic filters, companders, compressors, expanders, spectral enhancers, and is digitally simulated in some of the Diamond Cut algorithms. The residue of a filtered signal is the algebraic difference between the filter output and its signal input. Diamond Cut allows you to hear the residue of two of its filters by enabling the Keep Residue function. The two filters that include this feature are the Continuous Noise Filter and the Harmonic Reject Filter. This feature has been included because in some cases, it may be useful as an aid to hear what you are filtering out of the signal source. This is particularly useful when adjusting the Harmonic Reject Filter when attempting to remove Hum or Buzz from a recording. Resistor Resistance (R) (Ohms) An basic electrical device which has electrical resistance, and is used to control the amount of current flow in a circuit. The unit of measurement for a resistor is the ohm. R E I wherein, R Resistance in ohms, E Voltage in Volts, and I Current in Amperes Standard RMA (Radio Manufacturers Association) Color Code: Color Significant Figure Decimal Multiplier Note: Actually, two pulses of light are produced per cycle of the line. But, for improved visibility, it is better to use every other pulse to light up the strobe. Note: The Diamond Cut program provides two bitmaps which you can download and use as phonograph strobes covering the important speeds. The following is a listing of some of the more common record types and the styli that they require: A. Modern LPs: 0.7 mil elliptical B. Early LPs: 1.5 mil truncated elliptical C. Transcription Recordings: 2.3 mil truncated elliptical D. Narrow Groove 78s such as Polydor: 2.4 mil truncated elliptical E. Late 1930s Lateral 78 RPM Discs: 2.8 mil truncated elliptical F. Standard Groove 78 RPM Discs: 3.0 mil truncated elliptical G. Pre-1935 Lateral Cut Electrical 78s: 3.3 mil truncated elliptical H. 1931 to 1935 RCA Pre-Grooved Home Recordings: 5.0 mil spherical I. Edison 80 RPM Diamond Discs: 3.7 mil spherical or non-truncated conical J. Edison Blue Amberol Cylinders: 3.7 to 4.2 mil non-truncated spherical K. Wide Groove Acoustical 78 Lateral Disc: 3.8 mil truncated elliptical L. Edison Wax Amberol Cylinders: 4.2 mil Spherical M. Edison White Wax, Brown Wax, Concert, and Gold Molded Cylinders: 7.4 mil Spherical N. Pathe 78s: 3.7 mil truncated conical O. Metal Stampers: Biradial of appropr iate dimensions P. Late 16 inch transcription discs: 2.0 mil truncated elliptical Q. Very early acoustical lateral cut discs: 4.0 truncated elliptical R. Etched-label Pathes up to 14 inches in diameter: 8.0 mil spherical S. Etched-label Pathes greater than 14 inches in diameter: 16.0 mil spherical T. Acetate and aluminum instantaneous discs: 6.0 mil elliptical or truncated elliptical Note: When stampers are played on a normal turntable equipped with a Biradial stylus, you will need to use the File Reversal feature so that it can be converted to forward play. Tape Recorder Speeds Time constants are exponential amplitude vs. time functions, which are realized with resistors and capacitors, or resistors and inductors. Tau R x C or Tau L R wherein Tau time constant in seconds, R resistance in Ohms, C capacitance in Farads, and L is inductance in Henries. The relationship between a simple first order filters corner frequency (F c ) and time constant is as follows: F c 1 (2 x pi x Tau) Note that the higher the value of time constant, the lower the corner frequency created. Some common time constants found in audio applications are as follows: 25 uSec Dolby based FM de-emphasis 70 uSec Type 1 (Normal Bias) Cassette Tape Eq 75 uSec Standard FM Broadcast de-emphasis 120 uSec Type 2 (High Bias) Cassette Tape Eq Additional audio time constants can be found under RIAA and NAB in this glossary. The instantaneous rate of change of a parameter (such as voltage amplitude or sound pressure level) with respect to time. (i. e. dV dt, dP dt, etc.) An alternating current device used to impedance match transducers and electronic circuits to one another. Sometimes, these devices are used with a unity turns ratio to provide isolation from one circuit to another rather than to impedance match the two. This is useful in audio applications when it is necessary to break a ground loop source of noise in a system. A Triode is an electron tube (or valve) containing three elements. They consist of an anode, cathode, and a control grid. Small changes in grid voltage produce large changes in values of current in the plate circuit (the ratio of delta plate current to delta grid voltage is its gain in transconductance or mu.) They are most commonly used in audio pre-amplifier, and other low-level applications. Typical triodes found in audio applications include the 12AX7 and 6SL7 high mu (gain), and the 12AU7 and 6SN7 medium mu devices. All of the devices listed are dual (two in one envelope). See Electron Tube. The frequency in a phonograph equalization curve below which the master was recorded with the cutting head operating in constant displacement mode rather than in constant velocity mode. This is used to limit the excursions of the cutting stylus so that bass notes do not cause the cutting stylus to break through to the adjoining groove wall. Here is a listing of the most common turnover frequencies utilized by brand and vintage: 200 Hz: Columbia (1925 - 1937) Victor (1925 - 1937) 250 Hz: Decca (1935 - 1949) 300 Hz: Columbia (1938 - End) 500 Hz: Brunswick Note 1: The temperature coefficient of resistance for copper wire 0.4 degree C Note 2: The resistance of a 2 conductor cable will be have to be doubled to account for the round trip. A slow periodic change in the pitch or low frequency flutter which may be present on phonograph, tape, or soundtrack recordings due to a non uniform velocity of the recording medium. Wow is generally a frequency modulating effect that occurs at a deviation rate between 0.5 to 6 Hz. The Wow could have been introduced in the recording process, the playback process, or a combination of both. Wow found on record recordings is usually caused by a non-concentric spindle hole. Wow found on tape recordings is generally caused by warped take-up or supply reels. Diamond Cut is not capable of correcting audio problems of this nature at this point in time. Wow and Flutter Wow and flutter is the combined FM effect of both mentioned parameters. The frequency spectrum in which this rate of frequency deviation is made is in the spectrum that exists between 0.5 to 250 Hz. This is the horizontal axis of a graph. In Diamond Cut. it contains the time information for your wave file that is divided up into ten equally spaced grids. This is the vertical axis of a graph. In Diamond Cut . it contains the amplitude information for your wave file that is divided up into four equally spaced grids.
No comments:
Post a Comment