Program jest darmowy do użytku niekomercyjnego i ma bardzo małe wymagania: procesor 386 z FPU
lub dowolny nowszy, 32 MB RAM, 5 MB HDD, Windows 9x/ME/2000/XP, karta dźwiękowa full-duplex
z wejściem i wyjściem liniowym (Line In, Line Out) oraz ewentualnie z wejściem mikrofonowym (Mic In)
do pomiarów elektroakustycznych.
UWAGA: tryb pracy full-duplex karty dźwiękowej może być wyłączony programowo w starszych systemach Windows.
Aby go włączyć w systemie Windows 98, należy kliknąć PPM ikonę "Mój komputer" i z menu kontekstowego, wybrać
pozycję "Właściwości". W nowym oknie trzeba przejść do zakładki "Menedżer urządzeń", rozwinąć pozycję "Kontrolery
dźwięku, wideo i gier", a następnie dwukrotnie kliknąć LPM nazwę naszej karty dźwiękowej. W nowym oknie, należy
przejść do zakładki "Ustawienia" i zaznaczyć pole "Zezwalaj na pracę w pełnym dupleksie". Obydwa okna zamykamy
naciskając przycisk "OK".
Mimo małych wymagań program jest bardzo wszechstronny. Pozwala mierzyć charakterystykę często-
tliwościową (pasmo przenoszenia) filtrów i wmacniaczy audio, projektować i badać zwrotnice/zestawy
głośnikowe (pomiar charakterystyki elektroakustycznej z użyciem mikrofonu i wzmacniacza 1W, pomiar
impedancji głośników oraz elementów RLC).
Jak widać na rysunku 1c, zasada pomiarów jest dość prosta. Karta dźwiękowa pełni podwójną rolę:
generatora i woltomierza. Sygnał pomiarowy z lewego kanału wyjścia liniowego trafia bezpośrednio
do lewego kanału wejścia liniowego, jako sygnał odniesienia. Natomiast do prawego kanału wejścia
liniowego trafia ten sam sygnał, ale po przejściu przez badany obiekt. Stosunek poziomu sygnałów
w lewym i prawym kanale wejścia liniowego, to poszukiwane wzmocnienie lub tłumienie wprowadzane
przez badany obiekt.
Rysunek 1d przedstawia zasadę pomiarów elektroakustycznych. Sygnał pomiarowy z lewego kanału
wyjścia liniowego trafia do wzmacniacza audio, w którym jest wzmacniany do mocy 1W. Wzmocniony
sygnał zasila głośnik lub ich zestaw, na wprost którego w odległości 1m umieszcza się mikrofon (na
statywie), podłączony do wejścia mikrofonowego karty dźwiękowej. Wzmacniacz musi zapewniać moc
wyjściową 1W przy rezystancji obciążenia 8 omów oraz wydajność prądową (głównie zależy ona od
zasilacza), umożliwiającą wysterowanie rezystancji 2 omy (do takiej wartości może spadać impedancja
zestawu głośnikowego). Na tej stronie jest przykład takiego wzmacniacza z układem scalonym TDA-
1905. Profesjonaliści stosują mikrofony pojemnościowe, ale do amatorskich zastosowań wystarczy
mikrofon elektretowy (wymaga zasilania) lub dobrej jakości mikrofon, np. dołączany do kart dźwięko-
wych. Zarówno wzmacniacz, jak i mikrofon muszą mieć płaską charakterystykę przenoszenia w paśmie
20Hz-20kHz.
Program generuje sygnał pomiarowy (może on mieć określoną częstotliwość i kształt), analizuje dane
wejściowe i wyświetla je w postaci wykresu. Analiza kształtu sygnału jest wykonywana metodą szybkiej
transformaty Fouriera (FFT - Fast Fourier Transformation), co pozwala mierzyć zniekształcenia nielinio-
we poniżej 0.1%. Dzięki możliwości wygenerowania sygnału będącego sumą dwóch przebiegów sinuso-
idalnych, możliwy jest także pomiar zniekształceń intermodulacyjnych. Za pomocą programu Speaker
Workshop można uzyskać ogólną dokładność pomiarów na poziomie 1%.
Do pomiarów są potrzebne ekranowane kable audio, łączące kartę dźwiękową z badanym obiektem.
Kable muszą być dobrej jakości (solidne ekranowanie, mała rezystancja) i nie powinny być dłuższe niż
1.5 metra, aby zapobiec powstawaniu zakłóceń.
UWAGA: amplituda napięcia sygnału, wychodzącego z badanego obiektu (zwłaszcza wzmacniacza mocy)
nie powinna przekroczyć 3V (wyższe napięcie może potencjalnie uszkodzić kartę dźwiękową).
Po instalacji i pierwszym uruchomieniu programu, pojawi się jego główne okno z otwartym nowym
projektem, o domyślnej nazwie "SpkrWk1". Aby zmienić nazwę projektu, należy uaktywnić jego okno
i z menu "Resource" wybrać pozycję "Rename...", co spowoduje otwarcie okna "Rename", w którym
wpisujemy nową nazwę i naciskamy przycisk "OK". Niestety ta opcja prawdopodobnie nie działa i aby
zmienić nazwę projektu, trzeba go najpierw zapisać do pliku i z poziomu Windows zmienić jego nazwę.
Okno projektu można teraz zminimalizować. Przed przystąpieniem do pomiarów, należy wykonać
następujące czynności:
Sprawdzanie karty dźwiękowej
Nie każda karta dźwiękowa nadaje się do wykonywania pomiarów dlatego trzeba sprawdzić, czy zainstalowana w na-
szym komputerze będzie do tego odpowiednia. W tym celu z menu "Options", z podmenu "Wizard" wybieramy pozycję
"Check Sound Card...". Pojawi się nowe okno "Check Sound Card" z wynikiem testu karty dźwiękowej. Jeśli w każdym
polu tekstowym "Input", "Output" i "Duplexing" widnieje napis "Fully Compatible", to znaczy że nasza karta dźwiękowa
nadaje się do pomiarów. Okno zamykamy naciskając przycisk "Close". Ostatnie pole "Duplexing" informuje o tym, czy
karta dźwiękowa może pracować w pełnym dupleksie (full-duplex), tzn. czy potrafi jednocześnie generować i odbierać
sygnał, co jest niezbędne do wykonywania pomiarów.
Pomiary najlepiej jest wykonywać na karcie dźwiękowej, posiadającej wejście i wyjście liniowe. Ja użyłem starej, dobrej
karty Sound Blaster AWE64 na złączu ISA. Wykonywanie pomiarów przy użyciu nowej karty dźwiękowej, która nie posi-
ada wyjścia liniowego może być problematyczne, gdyż sygnał z wyjścia głośnikowego może być przesterowany i znie-
kształcony. W takim wypadku można próbować zmniejszać do minimum głośność tego wyjścia, ale nie gwarantuje to
prawidłowych pomiarów.
Ustawianie dokładności pomiarów
Aby ustawić dokładność pomiarów, należy z menu "Options" wybrać pozycję "Preferences...". W nowym oknie "Options
Preferences" przechodzimy do zakładki "Measurements", gdzie w grupie "Precision" znajdują się dwa suwaki. Suwak
"Sample Rate" decyduje o częstotliwości próbkowania. Im mniejsza jego wartość, tym dokładność pomiarów staje się
większa, ale zmniejsza się górna częstotliwość, która może być zmierzona. Jeśli chcemy badać charakterystykę prze-
noszenia w całym paśmie akustycznym do 20 kHz, to tym suwakiem trzeba ustawić wartość 44100 Hz. Drugi suwak
"Sample Size" określa rozmiar próbek. Im większa jego wartość, tym dokładność pomiarów staje się większa, ale wy-
dłuża się czas obliczeń. Pasmo pomiarowe i dokładność pomiarów przy danych ustawieniach można odczytać w grupie
"Precision Results". Upewniamy się też, że w grupie "I/O" w polu "Volume" jest ustawiona wartość "50.00" (jest to głoś-
ność sygnału podczas pomiarów). Natomiast w zakładce "Charts", znajdują się ogólne ustawienia dotyczące wyglądu
wykresów: wybór czcionki i kolorów. Po dokonaniu ustawień, okno zamykamy naciskając przycisk "Zastosuj" i "OK".
Optymalną szybkość i dokładność pomiarów dla komputera z procesora Pentium 166 MHz i 32 MB RAM, uzyskuje się
ustawiając częstotliwość próbkowania na 44100 Hz, a wielkość próbek na 16384 bajty.
Kalibrowanie karty dźwiękowej
Kalibracja jest opcjonalna, ale warto ją przeprowadzić chociaż raz w celu uzyskania lepszej dokładności pomiarów.
Przed kalibracją otwieramy panel regulacji głośności systemu Windows i upewniamy się, że głośność główna jest usta-
wiona na maksymalny poziom, a pole "Wycisz wszystkie" (Mute all) nie jest zaznaczone. Następnie, że głośność wejścia
liniowego (Line-In) jest ustawiona na średni poziom, balans jego kanałów jest wycentrowany, a pole "Wycisz" (Mute) nie
jest zaznaczone - to samo robimy też dla wyjścia "Wave". Pozostałe wyjścia można wyciszyć. Później przechodzimy do
ustawień nagrywania i upewniamy się, że pole "Wycisz wszystkie" nie jest zaznaczone, głośność wejścia liniowego jest
ustawiona na średni poziom, balans jego kanałów jest wycentrowany, a pole "Zaznacz" lub "Wybierz" (w zależności od
wersji systemu Windows) jest zaznaczone tylko dla niego. Ostatnim krokiem jest wyłączenie wszystkich aktywnych equ-
alizerów (można też ustawić ich suwaki do korekcji barwy dźwięku na zero), które zmieniają charakterystykę dźwięku
na wyjściu (często bywają dołączane do sterowników kart dźwiękowych). Teraz możemy przystąpić do kalibracji, która
składa się z trzech etapów:
ustawienie odpowiedniego poziomu sygnału w lewym i prawym kanale wejścia liniowego. W tym celu najpierw łączy-
my kablami audio wejście i wyjście liniowe (lub głośnikowe) tak, jak to pokazano na rysunku 1a. Następnie z menu "Re-
source", z podmenu "New" wybieramy pozycję "Signal". Pojawi się nowe okno z polem, w którym wpisujemy nazwę dla
tworzonego sygnału (np. Calib) i naciskamy przycisk "OK". Pojawi się okno z wykresem naszego sygnału. Klikamy PPM
w dowolnym jego miejscu i z menu kontekstowego wybieramy pozycję "Properties...". Pojawi się nowe okno "Signal Ge-
nerator Properties", w którym przechodzimy do zakładki "General" i upewniamy się, że z rozwijalnej listy "Type of signal"
jest wybrana pozycja "Sine", a z listy "Sampling Rate" pozycja "44100". Okno zamykamy naciskając przycisk "OK". Okno
z wykresem sygnału pomniejszamy, uaktywniamy i z menu "Sound" wybieramy pozycję "Record...". W nowym oknie "Re-
cord Data", w grupie "Output" w polu "Volume" ustawiamy wartość "50" (jest to głośność sygnału podczas nagrywania)
i naciskamy przycisk "OK". Po zakończeniu nagrywania w drzewie obiektów pojawiły się wyniki kalibracji. Znajdują się
tam m.in. wykresy czasowe (oznaczone ikoną z białą kartką z literą "t") "<nazwa_sygnału>.in.l" i "<nazwa_sygnału>.in.r",
które przedstawiają poziom nagranego sygnału, odpowiednio: w lewym i prawym kanale wejścia liniowego. Otwieramy
obydwa wykresy, które powinny wyglądać identycznie. Jeśli są widoczne różnice, to sprawdzamy kable i docisk wtyczek.
Amplitudy sygnałów powinny mieć wartość od 10K do 16K (sygnał pomiarowy ma zawsze amplitudę 32K), a ich wierz-
chołki nie powinny być ścięte (co świadczy o przesterowaniu wejścia liniowego). Jeśli otrzymane wykresy nie spełniają
tych wymagań, to ponownie rozpoczynamy proces nagrywania. W oknie "Record Data" w polu "Volume" zmieniamy je-
dynie głośność na wyższą lub niższą, naciskamy przycisk "OK" i obserwujemy zmiany na wykresach. Jeśli to nie wystar-
czy, to można też zmieniać główną głośność wyjściową oraz głośność wejścia liniowego w panelu regulacji głośności
systemu Windows. Należy przy tym pamiętać, aby unikać skrajnych ustawień suwaków w panelu regulacji głośności (tj.
głośność wyjścia na maksymalnym, a wejścia liniowego na minimalnym poziomie lub odwrotnie). Przykładowa poprawna
charakterystyka poziomu sygnału, znajduje się na poniższym rysunku. Po uzyskaniu prawidłowych charakterystyk taką sa-
mą głośność, jak w oknie "Record Data" - grupa "Output" - pole "Volume" ustawiamy też w oknie "Options Preferences"
- zakładka "Measurements" - grupa "I/O" - pole "Volume". W ten sposób ustawimy prawidłowy poziom sygnału przy
wykonywaniu pomiarów.
pomiar różnic w poziomie sugnału, między lewym i prawym kanałem wejścia liniowego. W tym celu najpierw łączymy
kablami audio wejście i wyjście liniowe (lub głośnikowe) tak, jak to pokazano na rysunku 1a. Następnie z menu "Options"
wybieramy pozycję "Calibrate..." i w nowym oknie "Calibration", w grupie "Channel Difference" naciskamy przycisk
"Test". Pojawi się kolejne okno, w którym dwa razy naciskamy przycisk "Dalej". Po zakończeniu procesu kalibracji,
okno zamykamy naciskając przycisk "Zakończ". Drugie okno zamykamy naciskając przycisk "OK". W drzewie obiektów
w katalogu "System", który był do tej pory pusty, pojawiły się wyniki kalibracji. Znajduje się tam m.in. wykres kalibracji
"Measurement.Calib", który powinien mieć jak najbardziej płaską charakterystykę bez zniekształceń, ponieważ rzutuje
ona na wyniki przyszłych pomiarów. Uzyskanie takiej charakterystyki może wymagać zmniejszenia lub zwiększenia gło-
śności wejścia/wyjścia liniowego (lub głośnikowego), co można zrobić w panelu regulacji głośności systemu Windows.
W takim przypadku otwiera się wykres kalibracyjny i po każdej zmianie głośności, ponownie uruchamia kalibrację
i obserwuje zachodzące na wykresie zmiany, aż do otrzymania odpowiednio płaskiej charakterystyki.
pomiar impedancji wejściowej (rezystancji i pojemności) wejścia liniowego. W tym celu z menu "Options" wybieramy
pozycję "Preferences...". W nowym oknie "Options Preferences" przechodzimy do zakładki "Impedance", gdzie w grupie
"Sound Card Input Impedance" znajdują się dwa pola: "Resistance" i "Capacitance". Zawierają one wartości odpowie-
dnio: rezystancji i pojemności wejścia liniowego. Jeśli znamy wartości tych parametrów, np. z dokumentacji naszej karty
dźwiękowej, to wystarczy je tam przepisać. Podanie dokładnych wartości ma znaczenie tylko przy pomiarach dużych
impedancji. W większości przypadków wystarczy wpisać wartość rezystancji 10k, a pojemności 10pF. Jeśli nie znamy
wartości tych parametrów, to najpierw łączymy kablami audio wejście i wyjście liniowe (lub głośnikowe) przez wzorcowy
rezystor 10k tak, jak to pokazano na rysunku 1b. Następnie naciskamy przycisk "Test..." w grupie "Sound Card Input
Impedance". Pojawi się kolejne okno, w którym naciskamy przycisk "Dalej". Później w polu "Resistor Value" wpisujemy
dokładną wartość rezystora wzorcowego (najlepiej zmierzyć ją omomierzem cyfrowym) i naciskamy przycisk "Dalej".
Po zakończeniu pomiarów, w oknie zostaną wyświetlone obliczone wartości rezystancji i pojemności wejścia liniowego.
Aby ponownie wpisać wartość rezystora wzorcowego i wykonać obliczenia, należy nacisnąć przycisk "Wstecz".
Aby zachować obliczone parametry i zamknąć okno, naciskamy przycisk "Zakończ". Okno "Options Preferences"
zamykamy, naciskając przycisk "Zastosuj" i "OK".
UWAGA: aby uzyskać dokładne wyniki pomiarów elektroakustycznych, zawsze należy wykonać kalibrację mikrofonu.
W tym celu, należy zaimportować do programu charakterystykę częstotliwościową danego mikrofonu, dostarczoną
przez jego producenta.
Tworzenie sygnału pomiarowego
Najlepszym rodzajem sygnału do pomiarów charakterystyki częstotliwościowej urządzeń audio jest wobulowany sygnał
sinusoidalny, o częstotliwości od 1 Hz do 20 kHz. Aby go uzyskać, należy z menu "Resource", z podmenu "New" wybrać
pozycję "Signal". Pojawi się nowe okno z polem, w którym wpisujemy nazwę dla tworzonego sygnału (np. Sinus 1Hz-20-
kHz) i naciskamy przycisk "OK". Pojawi się okno z wykresem naszego sygnału. Klikamy PPM w dowolnym jego miejscu
i z menu kontekstowego wybieramy pozycję "Properties...". Pojawi się nowe okno "Signal Generator Properties", w któ-
rym przechodzimy do zakładki "General" i z rozwijalnej listy "Type of signal" wybieramy pozycję "Sweep", a z listy "Sam-
pling Rate" pozycję "44100". Następnie przechodzimy do zakładki "Sweep" i w grupie "Frequency", w polach "Start"
i "End" wpisujemy lub ustawiamy za pomocą strzałek, częstotliwości odpowiednio: 1.0000 Hz i 20.00 kHz. W grupie
"Style" zaznaczamy pole "Linear". Okno zamykamy naciskając przycisk "OK". Okno z wykresem sygnału pomniejszamy
i pozostawiamy otwarte, gdyż będzie potrzebne do wykonywania pomiarów.
Po tych czynnościach można już wykonywać pomiary, ale przed tym proponowałbym jeszcze zmienić
wygląd wykresów na bardziej czytelny. Każdy wykres w drzewie obiektów jest oznaczony ikoną z jasno-
błękitną kartką z literą "f". Domyślnie wykres przedstawia wzmocnienie (amplitudę) sygnału [dB] w fun-
kcji częstotliwości [Hz] oraz jego fazę, wyrażoną w stopniach [deg]. Aby zmienić wygląd wykresu, należy
dwukrotnie kliknąć LPM w dowolnym miejscu jego okna, po czym pojawi się nowe okno "Chart Proper-
ties". W zakładce "Data Sets" po prawej stronie, znajdują się dwa przyciski. Przycisk "Add.." umożliwia
dodawanie do wykresu innych wykresów tak, że będą one wyświetlane jednocześnie w jednym oknie
(pozwala to łatwo je porównywać). Odwrotne działanie ma przycisk "Remove", który usuwa (odejmuje)
z okna wykres zaznaczony na liście "Data Sets".
W grupie "Properties" znajdują się dwa pola wyboru, które pozwalają włączać/wyłączać wyświetlanie
na wykresie danych: "Data" - wzmocnienie sygnału w funkcji częstotliwości i "Phase" - faza sygnału.
Na prawo znajdują się rozwijalne listy "Color", "Line Style" i "Line Weight", które umożliwiają wybór
koloru, stylu i grubości linii na wykresie, osobno dla wzmocnienia i fazy sygnału. Jeśli faza sygnału
nie jest nam potrzebna to można ją wyłączyć, aby zwiększyć przejrzystość wykresu. Dobrą czytelność
uzyskuje się wybierając dla wykresu "Data" linię o kolorze czerwonym, stylu ciągłym i drugiej od góry
listy grubości.
W zakładce "X Axis" znajdują się ustawienia dotyczące osi poziomej wykresu, czyli częstotliwości. Można
tu zmienić jej nazwę (pole tekstowe "Title"), włączać/wyłączać wyświetlanie tej nazwy i linii pomocnicz-
ych ze skalą (grupa "Style", pole "Show Title" i "Show Grid Lines and Scale"), wybrać logarytmiczną lub
liniową skalę (grupa "Scale", pole "Logarithmic"), zakres wyświetlanych wartości (grupa "Scale", pola
"Minimum" i "Maximum"), ustawić czcionkę osobno dla nazwy osi i wartości na jej skali (grupa "Fonts"),
a także kolor, styl i grubość linii pomocniczych oraz stałą odległość między nimi (pole "Distance"), która
będzie zachowana w przypadku wybrania liniowej skali.
Zakładki "Y Axis" i "Y2 Axis" zawierają identyczne ustawienia, ale dla osi pionowych wykresu, czyli odpo-
wiednio: amplitudy (wzmocnienia) i fazy sygnału. Po dokonaniu ustawień, okno zamykamy naciskając
przycisk "OK".
Teraz można sprawić, aby każdy wykres miał taki sam wygląd. W tym celu klikamy PPM w dowolnym
miejscu wykresu wzorcowego i z menu kontekstowego wybieramy pozycję "Make Chart Default".
Spowoduje to ustawienie wyglądu wykresu wzorcowego, jako domyślnego dla wszystkich wykresów.
Jeśli jakiś wykres ma stary wygląd, to klikamy PPM w dowolnym jego miejscu i z menu kontekstowego
wybieramy pozycję "Use Chart Default". Spowoduje to zmianę wyglądu tego wykresu na domyślny.
Badany obiekt podłącza się do karty dźwiękowej tak, jak to pokazano na rysunku 1c. Następnie uakty-
wnia się pomniejszone okno utworzonego wcześniej sygnału, którym ma być badany obiekt i z menu
"Measure", wybiera się pozycję "Frequency response". Po zakończeniu obliczeń związanych z pomia-
rem, w drzewie obiektów pojawi się nowy wykres o nazwie "<nazwa_sygnału>.Frequency".
Jeśli chcemy wykonać pomiary elektroakustyczne, to głośnik lub ich zestaw oraz mikrofon podłączamy
do wzmacniacza i karty dźwiękowej tak, jak to pokazano na rysunku 1d. Następnie uaktywniamy pom-
niejszone okno sygnału pomiarowego i z menu "Measure", wybieramy pozycję "Microphone response"
lub "Gated response". Po zakończeniu obliczeń w drzewie obiektów pojawi się nowy wykres, o nazwie
"<nazwa_sygnału>.Mic Response" lub "<nazwa_sygnału>.Mic Gated".
Wykres wyświetlamy i powiększamy do rządanych rozmiarów. Teraz można wykonywać kolejne pomiary
i obserwować zmiany charakterystyki zachodzące na wykresie. Oczywiście wykres taki może być mocno
zniekształcony i mało czytelny. Aby go wygładzić (uśrednić), należy uaktywnić jego okno i z menu "Tran-
sform" wybrać pozycję "Smooth...". W nowym oknie "Smooth the data", w grupie "Smoothing Range"
można ustawić stopień wygładzania, zaznaczając jedno z pól wyboru albo zaznaczyć pole "Custom"
i wpisać dowolną wartość. W grupie "Averaging" z rozwijalnej listy można wybrać metodę wygładzania:
"Absolute" - wartość całkowita, "Arithmetic" - wartość arytmetyczna lub "RMS" - wartość skuteczna.
Po ustawieniu parametrów naciskamy przycisk "Apply", aby wygładzić wykres. Jeśli wykres nadal jest
zniekształcony, to zwiększamy stopień wygładzania i ponownie naciskamy przycisk "Apply", aż do uzys-
kania odpowiedniego efektu. Aby zachować zmiany naciskamy przycisk "OK". Aby przywrócić wykres
do stanu sprzed wygładzania, naciskamy przycisk "Cancel".
Wszystkie wprowadzane zmiany można cofać, naciskając przycisk "Undo" (ze strzałką w lewo) na pasku
narzędziowym. Cofnięte zmiany można ponownie przywrócić, naciskając przycisk "Redo" (ze strzałką
w prawo). Wszystkie wyniki pomiarów (w tym kalibracji), wykresy i sygnały pomiarowe, są zapisywane
w jednym pliku z projektem. Plik ten można skopiować na dyskietkę/pendrive i w razie potrzeby prze-
nieść na inny komputer. W ten sposób uniknie się też ponownej kalibracji, jeśli używamy tej samej karty
dźwiękowej.
Z wieloma innymi możliwościami programu można się zapoznać, czytając jego anglojęzyczną dokumen-
tację oraz otwierając przykładowy projekt "Sample.swd" (znajduje się w głównym katalogu programu).
