ऑडियो विश्लेषक

एक ऑडियो विश्लेषक एक परीक्षण और माप उपकरण है जिसका उपयोग इलेक्ट्रॉनिक और इलेक्ट्रो-ध्वनिक उपकरणों के ऑडियो गुणवत्ता माप को मापने के लिए किया जाता है। ऑडियो गुणवत्ता मेट्रिक्स आयाम, लाभ (इलेक्ट्रॉनिक्स), शोर, कुल हार्मोनिक विरूपण और इंटरमॉड्यूलेशन विरूपण, आवृत्ति प्रतिक्रिया, संकेतों के सापेक्ष चरण, क्रॉसस्टॉक, और अधिक सहित कई प्रकार के मापदंडों को कवर करते हैं। इसके अलावा, कई निर्माताओं के पास ऑडियो उपकरणों के व्यवहार और कनेक्टिविटी के लिए आवश्यकताएं होती हैं जिनके लिए विशिष्ट परीक्षण और पुष्टि की आवश्यकता होती है।

ऑडियो विश्लेषण के लिए आवश्यक है कि परीक्षण के तहत डिवाइस ज्ञात विशेषताओं का प्रोत्साहन संकेत प्राप्त करे, जिसके साथ विशिष्ट माप में व्यक्त मतभेदों को निर्धारित करने के लिए विश्लेषक द्वारा आउटपुट सिग्नल (प्रतिक्रिया) की तुलना की जा सकती है। यह संकेत विश्लेषक द्वारा स्वयं उत्पन्न या नियंत्रित किया जा सकता है या किसी अन्य स्रोत से आ सकता है (उदाहरण के लिए, एक रिकॉर्डिंग) जब तक वांछित माप से संबंधित विशेषताओं को परिभाषित किया जाता है।

परीक्षण और माप उपकरण के रूप में, ऑडियो एनालाइज़र को परीक्षण (DUTs) के तहत विशिष्ट उपकरणों से बेहतर प्रदर्शन प्रदान करने की आवश्यकता होती है। उच्च गुणवत्ता वाले ऑडियो एनालाइजर को सार्थक माने जाने के लिए शोर, विरूपण और हस्तक्षेप के लुप्त स्तर के निम्न स्तर को प्रदर्शित करना चाहिए, और इंजीनियरों और डिजाइनरों द्वारा भरोसा किए जाने के लिए लगातार और विश्वसनीय रूप से ऐसा करना चाहिए। उदाहरण के लिए, जबकि एक वाणिज्यिक सीडी प्लेयर 1 kHz पर लगभग -98 dB का कुल हार्मोनिक विरूपण प्लस शोर (THD+N) अनुपात प्राप्त कर सकता है, एक उच्च गुणवत्ता वाला ऑडियो विश्लेषक THD+N को -121 dB जितना कम प्रदर्शित कर सकता है (यह है ऑडियो प्रेसिजन APx555 का निर्दिष्ट विशिष्ट प्रदर्शन)।

ऑडियो विश्लेषक उत्पादों के विकास और उत्पादन दोनों में उपयोग किए जाते हैं। उत्पाद के प्रदर्शन को समझने और परिष्कृत करते समय एक डिज़ाइन इंजीनियर इसे बहुत उपयोगी पाएगा, जबकि एक प्रोडक्शन इंजीनियर तेजी से पुष्टि करने के लिए परीक्षण करना चाहेगा कि इकाइयां विनिर्देशों को पूरा करती हैं। बहुत बार ऑडियो विश्लेषक इन दो मामलों में से किसी एक के लिए अनुकूलित होते हैं।

वर्तमान लोकप्रिय ऑडियो विश्लेषक मॉडल में शामिल हैं: APx585 और APx555 (ऑडियो प्रेसिजन से), dScope M1 और सीरीज III (स्पेक्ट्रल मापन से, पूर्व में प्रिज्म साउंड), U8903A (Agilent से) और UPP और UPV विश्लेषक (रोहडे और श्वार्ज से)।





इतिहास
ऑडियो परीक्षण के लिए उपयोग किए जाने वाले शुरुआती विश्वसनीय स्रोतों में से एक 1939 में हेवलेट-पैकर्ड द्वारा बनाया गया पहला उत्पाद, HP200A ऑडियो ऑसिलेटर था। HP200A के चतुर और सस्ते डिजाइन ने परीक्षकों को बहुत उच्च गुणवत्ता, कम विरूपण साइन लहरें उत्पन्न करने की अनुमति दी जो परीक्षण के लिए इस्तेमाल की जा सकती हैं। इसके बाद 1941 में कंपनी ने HP320A और HP320B डिस्टॉर्शन एनालाइजर पेश किए।

ये शुरुआती विश्लेषक केवल कुल हार्मोनिक विरूपण और शोर को संयुक्त रूप से निर्धारित कर सकते थे, और DUT के आउटपुट से उत्तेजना संकेत की मौलिक आवृत्ति को हटाने के लिए एक तेज पायदान फिल्टर को नियोजित करके काम किया। शेष सिग्नल को एसी वोल्टेज के रूप में मापा गया था, और इस प्रकार कुल शोर और विरूपण की मैन्युअल गणना के लिए लगभग 0.1% न्यूनतम की अनुमति दी गई थी।

HP, Wandell & Goltermann, Radford, Marconi, Sound Technology, और Amber के बाद के उत्पादों ने 1950 के दशक से 1970 के दशक तक माप क्षमताओं को परिष्कृत करना जारी रखा, लेकिन उपयोग का मॉडल अपेक्षाकृत स्थिर रहा; सिग्नल जनरेटर और विश्लेषक उपकरण के अलग-अलग टुकड़े थे, और परीक्षण में उच्च तकनीकी कौशल वाले व्यक्ति द्वारा प्रत्येक की सावधानीपूर्वक ट्यूनिंग शामिल थी। यह 1980 में Tektronix AA501 डिस्टॉर्शन एनालाइज़र की शुरुआत के साथ बदल गया, जिसने सेटिंग लेवल, फ़्रीक्वेंसी ट्यूनिंग और न्यूलिंग की प्रक्रियाओं को स्वचालित कर दिया। इसी समय Hewlett-Packard ने लोकप्रिय HP8903B पेश किया, जिसने एक इकाई में उच्च गुणवत्ता वाले सिग्नल जनरेटर और विश्लेषक को संयोजित किया।

अस्सी के दशक के मध्य तक, टेक्ट्रोनिक्स ने ऑडियो परीक्षण उपकरण का उत्पादन बंद कर दिया, और 1984 में AA501 विकसित करने वाली टीम के सदस्यों ने ऑडियो प्रेसिजन शुरू किया। पहला ऑडियो प्रिसिजन उत्पाद सिस्टम वन था, जिसने एक एकीकृत जनरेटर और विश्लेषक को एक कनेक्टेड पीसी के साथ जोड़ा ताकि परीक्षण प्रक्रियाओं को पूरी तरह से स्वचालित किया जा सके और उस समय अन्य उत्पादों में उपयोग किए जाने वाले सरल माइक्रोप्रोसेसरों की तुलना में कम्प्यूटेशनल शक्ति का एक उच्च स्तर प्रदान किया जा सके। एक पीसी के उपन्यास उपयोग ने उच्च स्तर के कस्टम स्वचालन के लिए अनुमति दी और परिणामों की एक अलग दृश्य प्रस्तुति को सक्षम किया।

ऑडियो एनालाइजर के साथ पीसी तकनीक के संयोजन को प्रिज्म साउंड (डीस्कोप), रोहडे और श्वार्ज़ (यूपीएल) और स्टैनफोर्ड रिसर्च (एसआर1) सहित अन्य लोगों द्वारा अपनाया गया था। जैसे ही उपलब्ध पीसी की शक्ति में वृद्धि हुई, माप स्वयं ऑडियो एनालाइजर द्वारा आंतरिक रूप से निष्पादित किए जाने से फास्ट फूरियर ट्रांसफॉर्म (फास्ट फूरियर ट्रांसफॉर्म) गणना करने वाले कनेक्टेड पीसी पर चलने वाले अनुप्रयोगों में स्थानांतरित हो गए, जिससे कई परिणामों का लचीलापन और संकल्प बढ़ गया।

एनालॉग के अलावा, ऑडियो विश्लेषक आज कई अलग-अलग प्रकार के डिजिटल I/O पर ऑडियो सिग्नल उत्पन्न करने और मापने में अक्सर सक्षम होते हैं। उदाहरण के लिए, रोडे और श्वार्ज यूपीपी एईएस/ईबीयू, एस/पीडीआईएफ, आई²एस और HDMI  विकल्प प्रदान करता है; ऑडियो प्रिसिजन APx500 सीरीज एनालाइजर एईएस/ईबीयू, एस/पीडीआईएफ, आई²एस, एचडीएमआई,  पल्स-घनत्व मॉड्यूलेशन  (पल्स डेंसिटी मॉड्यूलेशन) और ब्लूटूथ रेडियो को सपोर्ट करते हैं और पूरी तरह से डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर आधारित हैं।

ब्लॉक डायग्राम और ऑपरेशन
एक आधुनिक ऑडियो विश्लेषक में निम्न शामिल हैं:


 * एक ऑडियो जनरेटर जो DUT को एनालॉग और डिजिटल दोनों तरह से प्रोत्साहन प्रदान करता है।
 * ऑडियो इनपुट चरण जो DUT से प्रतिक्रिया प्राप्त करते हैं, दोनों एनालॉग और डिजिटल, और इसे विश्लेषण के लिए उपयुक्त सिग्नल (एनालॉग या डिजिटल) में परिवर्तित करते हैं
 * एक संकेत विश्लेषक जो प्रतिक्रिया को फ़िल्टर करता है और माप के परिणामों की गणना करता है, आमतौर पर आधुनिक समाधानों में एक जुड़ा हुआ या एम्बेडेड पीसी
 * उपयोगकर्ता के लिए आउटपुट का एक रूप (प्रदर्शन, रिपोर्ट, आदि)

एक बंद-लूप परीक्षण में, विश्लेषण इंजन ऑडियो जनरेटर को नियंत्रित करता है, साथ ही DUT के आउटपुट को मापता है, जैसा कि नीचे दिखाया गया है:



सिग्नल विश्लेषक ऑडियो जनरेटर और ऑडियो इनपुट चरणों दोनों को नियंत्रण प्रदान कर सकता है, यह सुनिश्चित करता है कि परीक्षण की स्थिति पूरी हो गई है। यह निर्धारित करने के लिए एक DUT की उत्तेजना और प्रतिक्रिया के बीच सटीक समय संबंधों की भी अनुमति देता है।



ओपन-लूप परीक्षण में, सिग्नल विश्लेषक का DUT चलाने वाले ऑडियो स्रोत पर कोई नियंत्रण नहीं होता है, और इस प्रकार उपयोगकर्ता को यह सुनिश्चित करने के लिए ध्यान रखना चाहिए कि स्रोत उपयुक्त विशेषताओं का संकेत प्रदान कर रहा है। ओपन लूप टेस्ट उन DUTs को मापने के लिए उपयोगी होते हैं जिनमें कोई सीधा सिग्नल इनपुट नहीं होता है, जैसे कि CD या MP3 प्लेयर।

इलेक्ट्रो-ध्वनिक उपकरण
लाउडस्पीकर और माइक्रोफोन जैसे इलेक्ट्रो-ध्वनिक उपकरण विश्लेषण के लिए विशेष समस्याएं पेश करते हैं, क्योंकि उन्हें हवा के माध्यम से संकेत प्राप्त या प्रसारित करना चाहिए। इन मामलों में, ऊपर दिखाए गए मॉडल में DUT को पूर्ण इलेक्ट्रो-मैकेनिकल सिस्टम से बदला जाना चाहिए, उदाहरण के लिए, लाउडस्पीकर चलाने के लिए एक पावर एम्पलीफायर, एक लाउडस्पीकर, एक मापक माइक्रोफोन और माइक्रोफोन प्री-एम्पलीफायर। परीक्षण के तहत वास्तविक उपकरण को केवल तभी मापा जा सकता है जब इस प्रणाली के अन्य उपकरणों को पूरी तरह से चित्रित किया जाता है, ताकि इन उपकरणों के योगदान को प्रतिक्रिया से घटाया जा सके। कई आधुनिक ऑडियो एनालाइजर में माप अनुक्रम होते हैं जो इस प्रक्रिया को स्वचालित करते हैं, और हाल के विकास का ध्यान अर्ध-एनीकोइक माप पर रहा है। ये तकनीकें लाउडस्पीकरों को एक गैर-आदर्श (शोर वाले) वातावरण में चित्रित करने की अनुमति देती हैं, बिना किसी अप्रतिध्वनिक कक्ष की आवश्यकता के, जो उन्हें उच्च मात्रा उत्पादन लाइन निर्माण में उपयोग के लिए आदर्श रूप से अनुकूल बनाता है। अधिकांश अर्ध-एनीकोइक माप एक साइन वेव से निर्मित एक आवेग प्रतिक्रिया के आसपास आधारित होते हैं, जिसकी आवृत्ति लॉगरिदमिक पैमाने पर बह जाती है, जिसमें किसी भी ध्वनिक प्रतिबिंब को हटाने के लिए विंडो फ़ंक्शन लागू होता है। लॉग स्वेप्ट साइन विधि सिग्नल-टू-नॉइज़ अनुपात को बढ़ाती है और Nyquist फ़्रीक्वेंसी तक व्यक्तिगत विरूपण हार्मोनिक्स के मापन की भी अनुमति देती है, कुछ ऐसा जो पहले MLS (अधिकतम लंबाई अनुक्रम) जैसी पुरानी विश्लेषण तकनीकों के साथ असंभव था।

ऑडियो जेनरेटर
परीक्षण और माप में उपयोग के लिए उपयुक्त एक ऑडियो जनरेटर को कई मानदंडों को पूरा करना चाहिए जो एनालॉग और डिजिटल उत्तेजना दोनों पर लागू होते हैं:


 * विभिन्न तरंग प्रकार उत्पन्न करने की क्षमता
 * साइन
 * वर्ग
 * मल्टीटोन (एक साथ साइन तरंगों का एक समूह)
 * स्वीप (एक निर्दिष्ट आवृत्ति से दूसरे में लगातार जाना)
 * मानक इंटर-मॉड्यूलेशन वेवफॉर्म (SMPTE, DIN, DFD, और DIM)
 * मनमाना तरंग
 * बेहद कम अवशिष्ट विरूपण और शोर
 * आयाम की पर्याप्त सीमा
 * आवृत्ति की पर्याप्त सीमा
 * आयाम की अत्यधिक उच्च सटीकता
 * आवृत्ति की अत्यधिक उच्च सटीकता
 * समायोज्य और सटीक स्रोत प्रतिबाधा
 * संतुलित/असंतुलित आउटपुट विकल्प (एनालॉग)
 * एसी और डीसी युग्मन

इसके अतिरिक्त, जनरेटर एक सटीक आवृत्ति रेंज की परिभाषा और DUT को प्रस्तुत प्रोत्साहन के आयाम की अनुमति देगा। DUT की विशेषताओं के लिए परीक्षण स्थितियों को संरेखित करते समय यह महत्वपूर्ण है।

सिग्नल विश्लेषक
एकीकृत ऑडियो विश्लेषक की शुरुआत से पहले, ऑडियो जनरेटर और ऑडियो विश्लेषक उपकरण के अलग-अलग टुकड़े थे। इस लेख में, संकेत विश्लेषक एक आधुनिक ऑडियो विश्लेषक के तत्व को संदर्भित करता है जो वास्तविक मापों को लागू करता है।

चाहे एनालॉग सर्किट, डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग (डीएसपी) या एफएफटी में महसूस किया गया हो, विश्लेषक इंजन को उच्च परिशुद्धता कार्यान्वयन प्रदान करना चाहिए:


 * एसी/डीसी [[वाल्टमीटर]] (शिखर और आरएमएस)
 * उच्च पास फिल्टर, लो पास फिल्टर  और  भार फिल्टर
 * बंदपास छननी और पायदान फिल्टर
 * फ्रीक्वेंसी काउंटर

जैसा कि अधिकांश आधुनिक उपकरण डिजिटल रूप से आधारित होते हैं, सिग्नल विश्लेषण अक्सर एफएफटी-आधारित गणनाओं का उपयोग करके किया जाता है, जिससे कई परिणामों को एकल परीक्षा पास में गणना की जा सकती है।

इन मापों के परिणामों को विश्लेषक द्वारा विभिन्न मानक इकाइयों और प्रारूपों जैसे वोल्ट, डेसिबल, डीबीयू#वोल्टेज, ध्वनि दबाव, ओम, सापेक्ष प्रतिशत आदि का उपयोग करके पढ़ने योग्य डेटा में संसाधित किया जाता है, जो विशिष्ट माप की सूचना पर निर्भर करता है। कई प्राथमिक परिणामों को एक परिकलित परिणाम में जोड़कर व्युत्पन्न परिणाम प्राप्त किए जाते हैं।

माप और परिणाम
ऑडियो विश्लेषक कई प्रकार के मापदंडों को मापने में सक्षम हैं। मौलिक माप हैं:
 * आयाम और लाभ (इलेक्ट्रॉनिक्स): स्तर सिग्नल की परिमाण का वर्णन करता है, और पूर्ण या सापेक्ष शर्तों में व्यक्त किया जा सकता है। सामान्य निरपेक्ष इकाइयाँ वोल्ट, वाट, DBv#Voltage और DBu#Voltage हो सकती हैं, जबकि सापेक्ष माप आमतौर पर डेसिबल में व्यक्त किए जाते हैं। स्तर को शिखर माप या मूल माध्य वर्ग माप के रूप में भी अनुकूलित किया जा सकता है। लाभ एक DUT के आउटपुट पर सिग्नल स्तर का अनुपात है जो इनपुट पर सिग्नल स्तर से विभाजित होता है, जिसे आमतौर पर dB में व्यक्त किया जाता है।
 * आवृत्ति प्रतिक्रिया: आवृत्ति के कार्य के रूप में DUT के आउटपुट स्तर को मापता है। स्तर उपरोक्त के समान इकाइयों में व्यक्त किया जाता है, आमतौर पर dBV और dBu।
 * टोटल हार्मोनिक डिस्टॉर्शन | टोटल हार्मोनिक डिस्टॉर्शन प्लस नॉइज़ (THD+N): हार्मोनिक डिस्टॉर्शन प्रोडक्ट स्टिमुलस फ्रीक्वेंसी के गुणक होते हैं, जबकि नॉइज़ ऊर्जा है जो इनपुट सिग्नल से गणितीय रूप से असंबंधित है। सिग्नल परिणाम के रूप में, THD+N को DUT प्रतिक्रिया में सभी सिग्नल सामग्री माना जा सकता है जो प्रोत्साहन में शामिल नहीं है।
 * सिग्नल-टू-नॉइज़ रेश्यो|सिग्नल-टू-नॉइज़ रेशियो (SNR): DUT से आने वाले वांछित सिग्नल और अवांछित नॉइज़ का अनुपात, dB में व्यक्त किया जाता है।
 * क्रॉसस्टॉक: एक ऑडियो चैनल से सिग्नल की अवांछित उपस्थिति, जैसा कि यह एक DUT के अन्य ऑडियो चैनलों में दिखाई देता है। चूँकि यह एक अनुपात है, इसे dB में व्यक्त किया जाता है।
 * चरण विलंब: समान आवृत्ति के दो संकेतों के बीच समय में संबंध, संकेत की अवधि के एक अंश के रूप में व्यक्त किया गया। यह आमतौर पर डिग्री में व्यक्त किया जाता है, जिसमें साइनसॉइडल सिग्नल का एक पूरा चक्र 360 डिग्री होता है।
 * इंटरमॉड्यूलेशन डिस्टॉर्शन | इंटरमोड्यूलेशन डिस्टॉर्शन (आईएमडी): विरूपण जो दो या दो से अधिक संकेतों के गैर-रैखिक मिश्रण का परिणाम है, आमतौर पर दो साइन-तरंगें अलग-अलग आवृत्तियों पर या एक साइन-वेव और स्क्वायर-वेव का योग। आवृत्तियों के हार्मोनिक गुणकों पर विरूपण उत्पादों के अलावा, उत्पादों को रकम के गुणकों और मूल आवृत्तियों के अंतर पर भी पाया जाता है।
 * समय डोमेन: संकेत के एक आस्टसीलस्कप प्रदर्शन के बराबर, समय के एक समारोह के रूप में तात्कालिक आयाम दिखा रहा है।

यह भी देखें

 * ऑडियो सिस्टम माप
 * विरूपण

संदर्भ

 * Understanding the Decibel in Audio Measurements
 * SINAD measurements Using Audio Analyzer
 * Two-Way Radio Testing with Audio Analyzer
 * Introduction to the Six Basic Audio Tests
 * How to Write (and Read) Audio Specifications
 * The Audio Measurement Handbook
 * Acoustic Transducer Testing