VIŠER Beograd Audio i video tehnologije Akustički dizajn prostorija Vežba 8 Merenje upotrebom programa EASERA Uvod Merne tehnike koje su tokom proteklih decenija razvijene za potrebe određivanja impulsnog odziva sistema od interesa, postale su moćno oruđe u svakodnevnoj praksi inženjera-akustičara. Sama činjenica da se iz impulsnog odziva mogu izvesti i ostali bitni parametri koji opisuju neki prostor i njegove akustičke osobine, bila je osnov za razvoj novih mernih alata, odnosno računarskih programa. Tako je 2002. godine prestižna nemačka kompanija SDA (Software Design Ahnert GmbH), sestra kompanije Acoustic Design Ahnert (ADA), svetski poznate po svom čuvenom programu EASE, razvila nov program pod nazivom EASERA. Easera je program za merenje, računanje, analiziranje i poređenje električnih i akustičkih signala. Slika 6.1. EASERA Osnovna ideja bila je bazirana upravo na pomenutoj činjenici da se iz impulsnog odziva mogu izvesti i izračunati i ostali bitni objektivni parametri koji akustički opisuju neki sistem, odnosno prostor. Tako se uz pomoć programa Easera meri impulsni odziv, nakon čega program sam, na osnovu sopstvenih algoritama, izračunava i ostale objektivne akustičke parametre obuhvaćene standardom ISO 3382, kao što su na primer: EDT, T 10, T 20, T 30, C 50, C 80, STI, AL cons i drugi. Program je sačinjen od nekoliko osnovnih modula, pa se u osnovnoj verziji nalaze moduli pomoću kojih se mogu izvršiti merenja danas najčešće upotrebljavanim mernim metodama MLS i SineSwept, ali se, po potrebi, može proširiti i TDS modulom (za merenje TDS (Time Delay Spectometry) metodom), kao i Polar modulom za automatsko merenje. Tako program u sebi sadrži i sopstveni generator pobudnih signala neophodnih za sprovođenje merenja pomenutim metodama, kao što su za MLS: white, pink i weighted pobudni signali, za SineSwept: white, pink/log i weighted sweeps signali, slučajno generisani white, pink i weighted šumovi, sinusni, impulsni, step signali i drugi.
Grafičko okruženje programa Program Easera je izuzetno pregledan, jednostavan i lak za upotrebu (user friendly), čime je omogućeno svima, pa čak i onima sa nedovoljno iskustva, da lako mogu da koriste program i obavljaju merenja i analizu mernih rezultata. Pokretanje programa Slika 6.2: EASERA - početna stranica Pri pokretanju programa automatski se prikazuje početna stranica na kojoj imamo mogućnost da izaberemo šta želimo da uradimo (slika 6.2). Kao što se vidi na slici možemo da odaberemo opciju "Open Audio File" koja podrazumeva otvaranje već postojećeg fajla nekog od pređašnjih merenja, potom opciju "Measurement" za otpočinjanje novih merenja, opciju "Load Measurement Setup" koja omogućava učitavanje već postojećih podešavanja prethodno obavljenih merenja, opciju "Real Time Analysis" koja podrazumeva merenja u realnom vremenu i opciju "Open File for Waterfall" za prikazivanje već postojećih fajlova na tzv. "vodopad", odnosno "Waterfell" dijagramu.
Otvaranje audio fajla Odabirom opcije Open Audio File možemo otvoriti i analizirati neki od ranije sačuvanih razultata merenja. Program podržava otvaranje sopstvenih fajlova sa ekstenzijom *.etm, ali i otvaranje fajlova sa ekstenzijama *.wav, *.efr, *.emd. Izgled ovog prozora dat je na slici 6.3. Slika 6.3: Meni za otvaranje fajlova Meni za otvaranje audio fajlova sadrži i dve podstranice: Existing i Recent. Na stranici Existig prikazana je postojeća struktura sadržaja hard diska, kao u standardnom Windows explorer-u. Listu poslednje otvaranih fajlova možemo naći na stranici Recent. Kada izaberemo fajl koji želimo da otvorimo, program isti otvara na stranici View & Calc
View & Calc stranica Slika 6.4: View & Calc stranica (1) Na samom vrhu nalaze se veliki, upadljivi tasteri za osnovnu navigaciju u okviru programa, kojima korisnik bira šta želi da uradi. Tako na raspolaganju imamo nekoliko mogućnosti izbora: da vršimo merenje (taster Measurement), čije rezultujuće signale (impulsne odzive) možemo da sačuvamo kao fajl i naknadno ih otvorimo i analiziramo, zatim da vršimo merenja u realnom vremenu (taster Live), potom mogućnost posmatranja, analiziranja, već sačuvanih signala pređašnjih merenja i mogućnost izračunavanja ostalih objektivnih parametara (View & Calc), kao i mogućnost da analiziramo ili sačuvamo sve dobijene rezultate merenja (Results). Ispod ovih tastera nalaze se standardne Windows opcije, kao i tzv. "menu bar" sa prečicama do nekih osnovnih funkcija programa. (2) U sledećoj sekciji korisniku je omogućeno otvaranje, tj. učitavanje već postojećih fajlova odnosno već izmerenih i sačuvanih impulsnih odziva, dodavanje novih ili otpočinjanje novih merenja.
(3) Ovaj prostor omogućava vizuelno prikazivanje i odabir načina prikaza izmerenog signala, odnosno impulsnog odziva, u vremenskom ili frekventnom domenu. (4) Filter sekcija u kojoj se može izabrati između oktavnog i tercnog prikaza. (5) i (6) Najveći prostor rezervisan je za grafički prikaz rezultujućih signala. Sa leve strane nalazi se tzv. Graph Navigator koji nam nudi mogućnost da iaberemo šta želimo da nam se prikaže na dijagramu sa desne strane ovog prostora. Ujedno, ovo je i najznačajnija sekcija, jer se u pomenutom Graph Navigatoru odabira i šta želimo da program izračuna iz impulsnog odziva i prikaže na dijagramu. (7) Na dnu se nalazi sekcija koja nam prikazuje neke od informacija i obezbeđuje neke od funkcija pri postavljanju i uređivanju markera. Impulsni odziv Na slici 6.6 prikazan je impulsni odziv. Impulsni odziv predstavlja ponašanje sistema kao rezultat pobude minimalno kratkim pobudnim impulsom (Dirac-om). Ponašanje linearnog sistema je u potpunosti opisano jednim impulsnim odzivom, i sva dalja proračunavanja se mogu izvesti iz njega. Stvarni sistemi nemaju idealnu linearnu karakteristiku. Termalna buka, distorzije i ostali uticaji čine odstupanje stvarne karakteristike sistema od idealne. Minimalno kratak pobudni impuls (Dirac) izgleda ovako: Slika 6.5: Pobudni impuls Dirac Kada se meri impulsni odziv prostorije obično se ne koriste ovakvi impulsi za pobudu, već se impulsni odziv izvodi iz mnogo podesnijih pobudnih signala. Na rezultujući odziv u ovom slučaju utiču pre svega ambijentalna buka, refleksije i reverberantnost prostorije. Ako pogledamo impulsni odziv (IR - impulse response) na slici 6.6, možemo videti da prvi impuls impulsnog odziva rezultira opadanjem sa nekim od refleksija prostorije kao i sa izvesnom reverberacijom (što je tipično za akustičko merenje prostorije).
Slika 6.6: Impulsni odziv Uveličavanje (Zoom) Interesantan deo impulsnog odziva zauzima prvih 1.5s. Program nudi mogućnost uveličavanja prikaza poželjnog dela impulsnog odziva u vremenskom domenu. Da bismo uveličati samo taj deo periode. najpre treba da proverimo da li smo u Zoom X modu: Deo koji želimo da uveličamo, selektujemo mišem (od do). Na slici 6.7 prikazan je najpre ceo impulsni odziv, zatim selektovani deo periode koji želimo da uvećamo i uvećani prikaz tog dela periode.
Slika 6.7: Uveličavanje prikaza impulsnog odziva u vremenskmj domenu Sada se jasno vidi glavni impuls, prve refleksije nakon oko 40 ms, zatim četiri uzastopne različite refleksije, a potom i opadajuća reverberacija. Moguće je nastaviti sa uveličavanjem ukoliko želimo još detaljnije da analiziramo impulsni odziv, a da bi se vratili na celu sliku (Full view), treba samo dvaput kliknuti mišem na dijagram. Frekventni odziv Program takođe nudi mogućnost prikaza frekventnog odziva sistema/prostorije. Da bismo videli frekventnu karakteristiku prostorije izmerenu na poziciji mikrofona potrebno je da na Graph stranici navigatora izaberemo opciju Magnitude. Slika 6.8: Frekventni odziv Na slici 6.8 se jasno može uočiti da frekventni odziv na frekvenciji između 6 i 9 khz opada za oko 70 db. Krenuvši od najnižih frekvencija uočljivo je da kriva postaje ravnomernije rastresita sa porastom frekvencije. Razlog za to postaje jasniji kada uveličamo deo krive između 1 khz I 2 khz (Slika 6.9)
Slika 6.9: Uveličani prikaz frekventnog odziva Ovde imamo comb-filter-like frekventni odziv, tj. seriju veoma sažetih useka u frekventnom odzivu, koje su posledica smetnji nastalih brojnim refleksijama prostorije. Duplim klikom miša na dijagram vraćamo se na kompletnu sliku frekventnog odziva (Full view). Zapravo je teško sakupiti značajnije informacije na ovako zbijenom dijagramu. To je razlog zašto frekventni odzivi najčešće izgledaju dosta ispeglano kada se posmatraju u oktavnoj rezoluciji. U Graph navigatoru odabirom opcije Smoothed 1/48, možemo posmatrati frekventni odziv u rezoluciji od 1/48 oktave. Slika 6.10: Prikaz frekventnog odziva u rezoluciji od 1/48 oktave Sada je prikaz dosta jasniji. U folderu More, nalazi se nekoliko dodatnih smooting intervala.
Ako koristimo tercni (third-octave band) ekvalizer, rezolucija od 1/3 oktave bi bilo logično rešenje. Ova rezolucija prikaza je generalno dovoljna, jer pokazuje gde su potencijalni useci i pikovi smešteni u frekventnom odzivu. Smoothing za jedan muzički polu-korak odgovara 1/12 oktave. Objektivni parametri koji se mogu izračunati u programu Easera (neki od) Vreme reverberacije (EDT, T 10, T 20, T 30 ) U programu Easera vreme reverberacije se automatski izračunava iz izmerenog impulsnog odziva prostorije. Da bi smo videli rezultujeće objektivne parametre, u Navigatoru koji se nalazi sa leve strane na stranici View & Calc, biramo opciju "Schroeder RT" iz foldera Calculation. Kada izaberemo ovu opciju. Easera nam automatski prikazuje Schroederovu krivu vremena reverberacije (slika 6.11). Slika 6.11: Prikaz Schroederove krive vremena reverberacije Takođe, u Navigatoru se automatski otvara stranica Details sa tabelarnim prikazom željenih objektivnih parametara EDT, T 10, T 20, T 30 (slika 6.12). Slika 6.12: Tabelarni prikaz rezultata merenja parametara EDT, T 10, T 20 i T 30
Easera takođe nudi mogućnost prikaza Schroederovih krivih tretiranih oktavnim filtrom, upotrebom opcije"edt, RT (Octave)" iz Graph Navigatora (slika 6.13). Slika 6.13: Oktavni prikaz Schroederovih krivih za T10, T20, T30 i EDT, Odabirom opcije Results možemo videti detaljne rezultate za EDT, T10, T20 i T30: Jasnoća C 50 i C 80 Easera takođe iz impulsnog odziva iuzračunava i ove objektivne parametre. U Graph Navigatoru, odabirom opcije "Arrival, C50, D/R, SNR" iz foldera Calculation, dobijamo sledeću tabelu sa izračunatim vrednostima C 50 i C 80 : Slika 6.14: Prikaz vrednosti indeksa jasnoće C 50 i C 80
Razumljivost govora - AL cons, STI i RaSTI I u ovom slučaju Easera ima mogućnost da na osnovu izmerenog impulsnog odziva, izračuna i prikaže objektivne parametre razumljivosti govora: AL cons, STI i RaSTI. Izborom opcije "STI, STIPa, RaSTI" iz foldera Calculation koji se nalazi u okviru Graph Navigatora, Program nam prikazuje tabelu sa izračunatim vrednostima pomenutih parametara: Slika 6.15: Prikaz parametara STI, AlCons, RaSTI u programu EASERA
Otpočinjanje novih merenja Odabir zvučne karte Slika 6.16: Izgled prozora Selecting Measurement Setup Na ovoj stranici vršimo hardverska usklađivanja i podešavanja, odnosno imamo mogućnost odabira zvučne karte kroz koju će se obavljati AD/DA konverzija, tj. emitovanje pobudnog signala (output), i snimanje merenog impulsnog odziva (input), kao i tip mernog mikrofona, odnosno zvučnika/ monitora sa kojeg će se pobudni signal emitovati. Kalibracija Pod opcijama Config u sekcijama input i output, po potrebi postoji mogućnost kalibracije kako mernog mikrofona kao prijemnika tako i zvučnika/monitora koji će služiti kao izvor pobudnog signala. Kalibracija je veoma važna, jer značajno može uticati na relevantnost dobijenih rezultata merenja. Ova podešavanja se mogu sačuvati pod pretpostavkom da ćemo nekada ponovo koristiti istu hardversku postavku, kao što se mogu i učitati ranije usnimljena podešavanja nekog pređašnjeg merenja. Kada se sve podesi, i potvrdi pritiskom tastera "Next", program nas sam vodi dalje na sledeću stranicu "Choose Stimulus Parameters"(slika 6.17).
Odabir pobudnog signala Slika 6.17: Izgled prozora u kojem se bira tip i vrši podešavanje parametara pobudnog signala u programu (u konkretnom slučaju MLS) Na ovoj stranici postoji mogućnost odabira pobudnih signala, kao i mogućnost podešavanja još nekih dodatnih parametara kao što su učestalost odabiranja ili dužina trajanja sekvence pobudnog signala. Po "default-u" Easera pri izboru MLS pobudnog signala podrazumeva white, odnosno za Log- Sweep pink frequency weighting, što po potrebi može da se izmeni. Pritiskom tastera "Next" program nas prebacije na sledeću stranicu "Adjust Levels" na kojoj se podešavaju nivoi kako izlaznog (pobudnog) tako i ulaznog (merenog) signala (slika 6.18). Slika 6.18: Izgled prozora u kojem se podešavaju ulazni i izlazni nivoi u programu EASERA
Nivoi se podešavaju virtuelnim klizačima koji se nalaze u gornjem desnom delu prozora, uz paralelno emitovanje test signala (opcija "Play test Signal!") Kada su podešavanja rezultovala "zdravim" nivoima i ulaznog i izlaznog signala, ponovnim pritiskom tastera "Next", prelazimo na sledeću stranicu "Start Measurement" (slika 6.19). Slika 6.19.: Izgled prozora za podešavanje parametara i započinjanje merenja u programu EASERA Na ovoj stranici ponuđeno je nekoliko mogućnosti od kojih se najbitnija nalazi pod sekcijom Measurement. Ovde u polju "Average" možemo izabrati broj uzastopnih ponavljanja merenja iz kojih će Easera izvesti srednju rezultujuću vrednost. Ovo je jako bitno, posebno u prostorima gde postoji mogućnost "ometajućih" faktora koji bi negativno uticali na rezultat merenja tj. sveobuhvatno akustičko okruženje merenog prostora (npr. ako bi u toku merenja neko ušao u prostoriju, novonastali zvuk otvaranja vrata bi negativno uticao na snimani odziv, tj. promenu zvučnog polja, ili pak sama činjenica da difuynost polja u prostoriji nije ista kada su vrata otvorena i zatvorena itd.) Pored ove opcije, na raspolaganju su nam polja u koja možemo upisati naziv pod kojim želimo da nam program kasnije sačuva rezultujuće merne signale, kao i lokaciju (folder) na hard disku gde da ih sačuva. Kada smo podesili sve parametre, pritiskom velikog tastera "Go!" otpočinjemo nova merenja!
Oprema Opremu za izvođenje ove vežbe čine: 1. Računar 2. Program Easera Zadatak vežbe 1. Upoznavanje sa osnovnim funkcijama programa Easera i njegovim grafičkim okruženjem 2. Otvoriti već postojeći rezultat merenja i pomoću programa izračunati parametre: EDT, T10, T20, T30, C50, C80, STI, RaSTI i AL cons