Signaalilähteen lähtöimpedanssin ja audiomikserin tuloimpedanssin vaikutukset audiosignaalin taajuusvasteeseen
Simpura, Sakke (2023)
Kandidaatintyö
2023
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20230921135268
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20230921135268
Tiivistelmä
Äänitysstudioilla ja äänentoistojärjestelmissä analoginen audiosignaali siirretään signaalilähteeltä kaapelia pitkin kuormalle. Tyypillinen esimerkki tällaisesta kokoonpanosta on mikrofonin signaalin siirto kaapelilla audiomikserille.
Signaalilähde, kaapeli ja kuorma muodostavat sähköisen piirin, jonka ominaisuudet määräävät piirin taajuusvasteen. Tutkimuksen tavoitteena on selvittää signaalilähteen lähtöimpedanssin ja audiomikserin tuloimpedanssin vaikutukset audiosignaalin taajuusvasteeseen. Tutkimuksessa simuloidaan signaalilähteen, kaapelin ja kuorman sijaiskytkentöjä, jotka on muodostettu mittausten avulla.
Tutkimuksen keskeisin tulos on se, että signaalilähteen, kaapelin ja kuorman muodostaman alipäästösuotimen vaimennusvaikutukset taajuusvasteessa eivät ulotu yleisesti audiotaajuuskaistaksi katsotulle 20 Hz – 20 kHz taajuuskaistalle alle sadan metrin kaapelipituuksilla.
Signaalilähteen induktanssi ja kaapelin rinnakkaiskapasitanssi muodostavat resonanssipiirin ja niiden kasvattaminen laskee alipäästösuotimen rajataajuutta. Kuorman impedanssin kasvattaminen vahvistaa resonanssipiirin toimintaa. Induktiivinen, korkeaimpedanssinen signaalilähde ja kaapelin pidentäminen kasvattavat riskiä alipäästösuotimen vaimennusvaikutusten ja resonanssin siirtymisestä audiotaajuuskaistalle.
Tässä tutkimuksessa merkittävät taajuusvasteen muutokset eivät ulotu audiotaajuusalueelle. Tämä ei kuitenkaan osoita, että taajuusvasteen muutokset ovat täysin merkityksettömiä audiosignaalin kannalta. Audiosignaali sisältää usein paljon transientteja, joten tutkimusta on syytä jatkaa transienttivasteen näkökulmasta An analog audio signal is transferred from the signal source to the load through a cable. A typical example of such a setup is the transfer of a microphone signal to an audio mixer using a cable.
Signal source, cable and load form an electrical circuit which characteristics determine the circuit’s frequency response. The aim of this study is to investigate effects of signal source output impedance and audio mixer input impedance on frequency response of an audio signal. Research is done by simulating circuit models that are characterized by using measurement data.
The main finding of the study is that the attenuation effects of the low pass filter formed by the signal source, cable and load do not extend to the commonly considered audio frequency range of 20 Hz – 20 kHz for cable lengths of less than one hundred meters.
The inductance of the signal source and the parallel capacitance of the cable form a resonance circuit and increasing them lowers the cutoff frequency of the low-pass filter. Increasing the load impedance enhances the operation of the resonance circuit. Thus, an inductive, high-impedance signal source and extending the length of cable increase the risk of damping effects and resonance shifting into the audio frequency range.
In this study, significant frequency response effects do not extend to the audio frequency range. However, this does not imply that the frequency response effects are inconsequential for the audio signal. Audio signals often contain numerous transients, thus warranting further investigation from a transient response perspective
Signaalilähde, kaapeli ja kuorma muodostavat sähköisen piirin, jonka ominaisuudet määräävät piirin taajuusvasteen. Tutkimuksen tavoitteena on selvittää signaalilähteen lähtöimpedanssin ja audiomikserin tuloimpedanssin vaikutukset audiosignaalin taajuusvasteeseen. Tutkimuksessa simuloidaan signaalilähteen, kaapelin ja kuorman sijaiskytkentöjä, jotka on muodostettu mittausten avulla.
Tutkimuksen keskeisin tulos on se, että signaalilähteen, kaapelin ja kuorman muodostaman alipäästösuotimen vaimennusvaikutukset taajuusvasteessa eivät ulotu yleisesti audiotaajuuskaistaksi katsotulle 20 Hz – 20 kHz taajuuskaistalle alle sadan metrin kaapelipituuksilla.
Signaalilähteen induktanssi ja kaapelin rinnakkaiskapasitanssi muodostavat resonanssipiirin ja niiden kasvattaminen laskee alipäästösuotimen rajataajuutta. Kuorman impedanssin kasvattaminen vahvistaa resonanssipiirin toimintaa. Induktiivinen, korkeaimpedanssinen signaalilähde ja kaapelin pidentäminen kasvattavat riskiä alipäästösuotimen vaimennusvaikutusten ja resonanssin siirtymisestä audiotaajuuskaistalle.
Tässä tutkimuksessa merkittävät taajuusvasteen muutokset eivät ulotu audiotaajuusalueelle. Tämä ei kuitenkaan osoita, että taajuusvasteen muutokset ovat täysin merkityksettömiä audiosignaalin kannalta. Audiosignaali sisältää usein paljon transientteja, joten tutkimusta on syytä jatkaa transienttivasteen näkökulmasta
Signal source, cable and load form an electrical circuit which characteristics determine the circuit’s frequency response. The aim of this study is to investigate effects of signal source output impedance and audio mixer input impedance on frequency response of an audio signal. Research is done by simulating circuit models that are characterized by using measurement data.
The main finding of the study is that the attenuation effects of the low pass filter formed by the signal source, cable and load do not extend to the commonly considered audio frequency range of 20 Hz – 20 kHz for cable lengths of less than one hundred meters.
The inductance of the signal source and the parallel capacitance of the cable form a resonance circuit and increasing them lowers the cutoff frequency of the low-pass filter. Increasing the load impedance enhances the operation of the resonance circuit. Thus, an inductive, high-impedance signal source and extending the length of cable increase the risk of damping effects and resonance shifting into the audio frequency range.
In this study, significant frequency response effects do not extend to the audio frequency range. However, this does not imply that the frequency response effects are inconsequential for the audio signal. Audio signals often contain numerous transients, thus warranting further investigation from a transient response perspective