Mesures

Protocoles

Les outils :

Pour les mesures électriques l’oscilloscope est de loin l’outil idéal. Si une carte son sur PC ou Mac peut donner de très bons résultats dans le domaine fréquentiel il n’est est rien dans le domaine temporel. La génération des signaux simples, sinusoïdaux ou carrés ainsi que leur analyse ne s’effectue de manière efficace qu’avec un oscilloscope matériel. Je n’ai jamais trouvé un logiciel qui me satisfaisait et vous déconseille de dépenser de l’argent en pensait qu’une version payante vous apportera de meilleurs résultats.

Dans le domaine fréquentiel, pour les analyses spectrales cela peut aussi s’effectuer avec un oscilloscope ou un appareil spécialisé mais à quel prix ! Si nous souhaitons rester raisonnable une très bonne carte son et un logiciel puissant nous apportera une grande satisfaction. De plus un grand choix de logiciel gratuit ou peu coûteux sont disponible vous offrant un panel de possibilité sans limite. 

En clair à chaque mesure un outil adapté !

Un oscilloscope rapide :

Le PICOSCOPE 2205 chez www.picotech.com est un outil entré de gamme offrant des possibilités intéressantes. Double canaux 25MHz et générateur de signaux. Boitier externe entièrement piloté par PC ou MAC. Un logiciel simple d’utilisation et à la fois puissant vous permet d’enregistrer les analyses puis de les exporter dans une multitude de formats.

Pour l’analyse de signaux simples, 25MHz de bande passante, 8bits de résolution et 14ns de temps de monté en font un outil performant. Son plus gros inconvénient est son taux de distorsion et son niveau de bruit (-52dB).

Il dispose d’un générateur de fonction intégré et très puissant d’une résolution de 12 bits. L’inconvénient est le temps de monté (2us) bien trop lent pour les mesure sur des amplificateurs. En mode sinus le niveau de bruit et de THD est également élevé (-55dB) dont pas conseillé pour les mesures de distorsion. Et pour finir le générateur est limité à 100KHz.

Avant de commencer toute mesure il est important de calibrer oscilloscope avec sa sonde. Pour cela court-circuiter la pointe de la sonde avec la masse et éloigné l’oscilloscope de toute sources rayonnantes : PC, cordon secteur ou appareil électrique. Lancer la calibration puis effectuer quelques mesures afin de nous créer une référence.

En ce qui concerne le générateur de signaux intégré. J’ai effectué quelques mesures des différents signaux afin d’avoir quelques références archivées. Pour cela il suffit de boucler la sonde d’un des canaux de mesure avec la sortie du générateur. Pensez à connecter les masses ensembles.

Un oscilloscope haute résolution :

Le PICOSCOPE 4262 chez www.picotech.com est un outil idéal pour les mesures audio. Il est certes lent (70ns) et dispose d’une bande passante faible de 5MHz seulement. A par cela il dispose de tous les avantages pour travailler dans le domaine audio. Résolution 16 bits en natif et 20 bit par suréchantillonnage, taux de distorsion ultra faible (-96db), très faible niveau de bruit (-100dB) et surtout un générateur intégré 16 bits très faible distorsion idéal pour les mesure de audio.

Les mesures en LOOPBACK (Court-circuit de la sonde avec la masse) montrent un niveau de bruit à -145dB en dessous de 2KHz et -160dB au delà.

Concernant le générateur de signaux intégré, en mode SINUS nous obtenons une distorsion totale de -96db soit 0.002% ce qui est conforme aux données du constructeur.

En ce qui concerne l'analyse des signaux: Le mode sinusoïdal est parfait par contre les signaux carrés souffrent d'un temps de monté extrêmement long. C'est connu depuis le datasheet et cela confirme que pour les mesures de temps ou vitesse de montée un générateur externe et rapide est préconisé.

Un générateur de fonction rapide :

Pour la mesure des temps de monté sur les amplificateurs il faut se munir d’un générateur de fonction capable de générer des signaux carrés avec des fronts nets. Les temps de montée ou descente sont beaucoup trop long sur le générateur intégré du 2205 (2us) ou du 4262 (11us).

Personnellement j’ai opté pour le FY2300H de FEELTECH. Un appareil bon marché et très puissant. Par contre il n’est pas préconisé pour les signaux sinusoïdaux un THD de 0.006% ce qui est meilleur que du générateur intégrés du 2205 mais bien moins performant que celui du 4262

En mode signal carré le temps de montée/descente est inférieur à 10ns ce qui est suffisant et même très bon pour les mesures audio.

Les mesures des signaux sinusoïdaux et carrés sont effectuées avec le 4262. On obtient de bonnes performances sur les signaux sinusoïdaux mais pas exceptionnelles en signaux carrés. 225V/us c'est tout de même très satisfaisant mais ont devrait espéré mieux. Les prochaines mesures seront effectuées à titre de comparaison avec le 2205 qui est bien plus performant pour les signaux carrés.

Oscilloscope multi fonction :

Il existe des oscilloscopes multifonctions et abordables avec des caractéristiques de haut niveau. C’est le cas du 5444D qui dispose d’un convertisseur paramétrable de 8 à 16 bits. Cela lui confère une totale flexibilité entre rapidité et précision dans le cadre des mesures analogiques et numériques. 

Avec une bande passante de 200MHz on obtient un temps de monté de l’ordre de 1.8ns. On peut ainsi mesurer tout types de signaux comme ceux des SPDIF, I2S ou horloges des microcontrolleurs.

Sa dynamique ne vaux pas celle du 4262 avec seulement 70dB mais reste suffisante dans bien des cas. Son générateur de fonction en 14 bits et non pas 16 bits comme le 4262 a la faculté de monter à 20MHz ce qui est pratique pour les simulations d’horloges.

Pour couronner le tout le 5444D dispose de 4 entrées d’acquisition + 16 entrées digitales avec le MSO ce qui permet les décodages séries comme en autre l’USB, I2S, SPDIF…etc.

Cet oscilloscope est la boite à outils idéale si l’on veut réduire le nombre d’appareils de mesures avec tout de même quelques compromis.

Mesures par PC :

L’utilisation d’un PC est incontournable afin effectuer des mesures de haut-parleurs ou d’enceinte acoustique.

Le choix des logiciels est vaste. Ils proposent des fonctions puissantes qu’il est difficile de retrouver sur des appareils de palliasses ou sinon à des prix exubérants.

Le choix du PC importe peu mais celui de la carte son est essentiel. Les offres sont immenses tout comme les prix. Il n’y a pas vraiment de limite dans ce domaine mais en restant raisonnable la carte son ASUS Essence STX II est à mon sens un très bon compromis.

En ce qui concerne les logiciels personnellement je me suis habitué à la suite ARTA, STEP et LIMP de chez ARTALABS.

Comme d’habitude avant de se lancer dans les mesures il faut se créer des références. Pour cela il suffit de court-circuiter l’entrée et la sortie de la carte son, méthode LOOPBACK.

Un analyseur audio professionnel :

Pour les mesures audios rapide et de haute précision rien ne vaux un bon analyseur audio. Mais faut-il choisir le bon. Ne vous attendez pas à de meilleurs résultats avec un analyseur entrée de gamme qu’avec une bonne carte son sur PC. Mais entre choisir un Audio précision ou un Rohde & Schwarz au prix d’un petit appartement et un dScope Series III au prix d’une voiture il y a l’Averlab  qui ne coute pas plus chère qu’une petite moto et qui présente des qualités que très légèrement inférieur voir identique ou même supérieur dans certains cas.

On peut effectuer les mesures de THD+N, SNR, FFT, crosstalk et LEVEL avec une précision au niveau des meilleurs DAC du marché. Les mesures sont certifiées ce qui fournis de vrais résultats, fidèles et précis. Le logiciel est en continuelle évolution et les fonctions ou performances évolues au fil des mois.

Voici quelques mesures à LOOPBACK à titre de référence :

Mesures à l'oreille :

On peut réaliser toutes sortes de mesures avec toutes sortes d'outils mais au final il faut se fier à son oreille. Ce qui nous manque c'est une référence et une des meilleures est le casque. Faut il encore utiliser un casque de référence. Pour ma part j'utilise le SEINHESER HD800.

Ça coute  une fortune mais le résultat est au Rendez vous du prix et cela reste encore aujourd'hui ma référence à l'écoute.