イントロダクション
マイクの周波数応答と指向性感度を理解することは、設計段階から製造までのパフォーマンスを評価するために不可欠です。 Shure SM５７マイクをテスト対象デバイス (DUT) として使用し、マイクの特性を評価するとともに、調査結果をメーカーのデータシートと比較することで特定の DUT の特性を評価することを目的としています。手動によるデータ収集から始めることで、測定を自動化する前に手順を検証することができ、より効率的で正確なテスト手順への道が開かれます。ソフトウェア定義の Moku:Go 周波数応答アナライザ (FRA) を使用すると、掃引正弦波信号を DUT に適用して、振幅と位相の応答を表示できます。この検証をプログラムで実行すると、手動介入、人的エラー、LabVIEW によるテスト時間を削減できます。
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セットアップ
図１に示すように、次のツールを使用しました。
- Moku:Go 周波数応答アナライザ
- スピーカー: Event PS6
- リファレンスマイク：Oktava MK-12-01
- テスト対象デバイス (DUT): Shure SM57 マイク
- プリアンプ: Apogee Duet
- 手動回転ステージ：手動方向性データ収集に利用
図１: テストセットアップのブロック図
周波数応答特性評価
まず、FRAを35Hzから20kHzまで掃引し、リファレンスマイク（Oktava Mk-12）とDUT（SM57マイク）の応答を同時に測定します。次に、DUTの応答をリファレンス応答（DUT/リファレンス）と比較し、正規化曲線を作成します。このアプローチにより、無響室や完璧に校正されたスピーカーなどが存在しない場合でも、信頼性と一貫性のある測定が可能になります。図2の上段は、Moku:GoとLabVIEWを使用して収集したSM57の周波数応答を示しており、下段はメーカーのデータシートに記載されているdB単位の周波数応答を示しています。
図２: Moku:Go FRA を使用して収集された周波数応答 (dB 対 Hz) (上) とメーカー指定の周波数応答 (下)
手動による方向性の特性評価
周波数応答を調べた後、マイクロフォンの指向性、つまり入射角に対する音に対する感度の特性評価に焦点を当てます。指向性は通常、ポーラープロットの形で表示されます。これを実現するために、回転ステージを手動で調整しながら、スピーカーに対して様々な角度でスイープを収集します。各角度において、1000 Hzに対応する振幅値を特定します。図3のポーラープロットは、SM57の予想されるカーディオイド指向特性を示しています。
図３: Moku:Go を使用して手動で収集されたカーディオイドの極性パターン
LabVIEWの実装
LabVIEW コードは Liquid Instruments LabVIEW API を使用して作成され、Moku:Go FRA 測定器を制御します。２つのテストモードがあります： ON AXIS と POLAR です。ON AXIS モードでは、ラウドスピーカーに対して ０°の位置でのマイクロホンの周波数特性を測定します。POLAR モードでは、スピーカに対して様々な角度でマイクロホンの周波数特性を測定します。図４は ON AXIS モードの GUI で、FRA の設定パラメータ、マイクロホンの周波数特性、平滑フィルタの選択を示しています。
図４: LabVIEW グラフィカルユーザーインターフェース、ON AXIS モード
図5はPOLARモードのGUIで、FRA設定パラメータ、現在の角度におけるマイクロフォンの周波数応答、そして結果として得られる極座標プロットを示しています。ユーザーは回転ステージを手動で動かし、角度を入力してスイープを開始します。スイープデータから1000Hzに対応する振幅値が抽出され、極座標プロットに追加されます。図6はLabVIEWのブロックダイアグラムです。
図５: LabVIEW GUI、POLAR モード
図６: LabVIEWのブロック図
測定の自動化
手作業によるデータ収集は、概念実証を確立する上では価値がありますが、より効率的で一貫性のある測定を実現するためには、自動化が鍵となります。この実験のパート２では、LabVIEWを使って、データ収集中にマイクを回転させるステッピングモーターを実装します。この自動化により、測定プロセスが合理化され、人的ミスが減り、貴重な時間が節約されます。
結論
このブログでは、Moku:Go 周波数応答アナライザを使用して、LabVIEW を使用してテスト対象デバイスをプログラム的に特性評価・検証する最初の手順を説明しました。手動によるデータ収集から始めて、セットアップの精度を検証し、マイクの周波数応答と極性パターンを再現しました。パート２では、テストとデータ取得に対する手動での合理化されたアプローチの手順を完全に自動化する方法を説明しています。
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