Obsługa programu RMAA

RMAA jest uniwersalnym programem do pomiaru elektroniki w zakresie przetwarzania sygnałów akustycznych. Najpopularniejszym zastosowaniem RMAA jest test karty dźwiękowej w PC. Do przeprowadzenia takiego testu jest nam potrzebny komputer PC z kartą dźwiękową i systemem Windows.

Zaczynamy od zainstalowania programu RMAA. Pobieramy go spod adresu http://audio.rightmark.org/download.shtml. Uruchamiamy instalator i po chwili mamy ikonę RMAA na pulpicie. Kliknięcie w ikonę pokazuje główne okno programu.

Pole Playback/recording settings pozwala na wybór używanego wejścia i wyjścia karty dźwiękowej. Górna lista wybiera wyjście, dolna wejście. Można ustawić wyjście z innej karty niż wejście. Listy obok ustawiają parametry sygnału testowego. Guziki Modes i Ping służą do sprawdzenia właściwości wybranej karty.

Pole Select types of test to preform pozwala na wybór, które testy zostaną przeprowadzone. Najwygodniej ustawić wszystkie.

Pole Run test służy do inicjowania testów. Kolejno mamy wybór następujących sposobów testowania:

Test w zamkniętej pętli. Program nadaje sygnał na wyjście karty i jednocześnie nagrywa sygnał na wejściu. Po zakończeniu przebiegu testowego RMAA przeprowadza obliczenia i pokazuje wyniki.
Nadawanie sygnału testowego na wyjściu karty dźwiękowej.
Nagrywanie sygnału testowego na wejściu karty. Po wykryciu i nagraniu sygnału RMAA przeprowadza obliczenia i pokazuje wyniki.
Zapis sygnału testowego na dysk.
Odczyt sygnału testowego z dysku. RMAA analizuje odczytany sygnał i pokazuje wyniki.

Załączenie ptaszka Adjust playback/recording levels powoduje pokazanie okna ustawiania poziomów przed rozpoczęciem testów. To samo okno można wywołać przy pomocy guzika menu Adjust I/O levels.

Po prawej stronie znajdują się guziki menu programu:

WIZARD uruchamia ciąg okienek umożliwiający ustawienie parametrów i wykonanie testu. Zaczynamy od wyboru sposobu testowania, następnie ustawiamy wejścia karty i ich parametry, potem regulujemy poziomy i na koniec RMAA wykonuje testy i pokazuje wyniki.
Adjust I/O levels pokazuje okno do ustawiania poziomów odtwarzania i nagrywania. Wybieramy sposób testu i ukazuje się okno pokazujące poziom i przebieg sygnału. Właściwe wartości należy ustawić przy pomocy miksera karty dźwiękowej.
Test option pokazuje okno z zakładkami konfiguracji programu.
Load results pozwala na odczytanie zapisanych wyników pomiaru. Wyniki można zapisać z okna Test results, które otwiera się po przeprowadzeniu testu.
Spectrum analysis pozwala na pokazanie widma dowolnego przebiegu zapisanego w pliku wave.
About pokazuje informacje o autorach programu.

Przeprowadzamy test

W celu przetestowani karty dźwiękowej należy połączyć kablem audio wyjście liniowe karty z wejściem liniowy. Kabel wprowadza pomijalne zniekształcenia przebiegów, w rezultacie test pokaże łączne właściwości wyjścia i wejścia naszej karty. Wyniki pomiarów będą limitowane przez gorszy element. W kartach amatorskich zwykle gorsze są układy wejściowe. W kartach profesjonalnych bywa odwrotnie.

Jakość kabelka nie jest krytyczna ale może się zdarzyć, że kabel łapie zakłócenia i pogarsza pomierzony SNR. Optymalny byłby krótki kabelek umieszczony z dala od innych kabli komputerowych.

Zaczynamy od konfiguracji programu. Naciskamy guzik Test option i przechodzimy do zakładki Sound Card:

Wybieramy tryb pracy sterownika Driver model. Lepsze efekty uzyskamy korzystając z Direct Sound ale w takim przypadku poprawnie działają tylko wyjścia i wejścia zdeklarowane w Panelu Kontrolnym Windows jako podstawowe urządzenia dźwiękowe. Natomiast wybór MME może przyblokować niektóre rozdzielczości bitowe wejść i wyjść.

Możemy przejrzeć pozostałe zakładki konfiguracji ale na początek proponuję nic nie zmieniać.

W głównym oknie w polu Playback/recording settings ustawiamy wybrane wyjście i wejście karty - te, które połączyliśmy kablem. Ustawiamy interesującą nas częstotliwość próbkowania i rozdzielczość bitową. Możemy kliknąć w guziki Modes i Ping aby sprawdzić, jakie tryby pracy wspiera karta.

Teraz możemy kliknąć w guzik Adjust I/O levels. W okienku, które się ukaże, wybieramy tryb Loopback test i naciskamy klawisz Next. Pojawią się okna do regulacji poziomu:

W tym momencie powinniśmy uruchomić mikser karty dźwiękowej. Najlepiej zacząć od takich ustawień:

Odtwarzanie: wyciszamy wszystkie urządzenia wyjściowe oprócz wave.
Głośność wave ustawiamy na maksimum.
Głośność wyjścia ustawiamy na maksimum.
Nagrywanie: wyciszamy wszystkie urządzenia wejściowe oprócz wejścia liniowego.
Głośność nagrywania wejścia liniowego ustawiamy na maksimum.

Oprócz tego staramy się wyłączyć wszelkie funkcje typu korektory graficzne, pogłosy, monitoring nagrywania. Co i gdzie trzeba kliknąć zależy od typu karty. Dla kart Creative można znaleźć kilka przepisów konfiguracji na stronie internetowej RMAA.

Przy zaproponowanych wyżej ustawieniach najprawdopodobniej RMAA pokaże przesterowanie. Powinniśmy regulować głośnością wyjścia i głośnością wejścia liniowego tak, aby uzyskać obraz jak powyżej - zielony prostokącik SUMMARY i komentarz The Levels are OK.

Zwykle poprawny poziom możemy uzyskać przy różnych położeniach regulowanych suwaków głośności. Bez znajomości konstrukcji karty, trudno z góry przewidzieć, które położenie da optymalny efekt. Trzeba eksperymentować. Po wyregulowaniu poziomów możemy nacisnąć Cancel.

Jesteśmy gotowi do pomiaru. Naciskamy ikonę z kabelkiem (dolny lewy róg głównego okna) i obserwujemy pracę programu. Pokazuje się okienko z wskaźnikiem progresji i opisami aktualnie wykonywanej czynności. Po pomiarze program zapyta się o wybór slotu do zapisu wyników. Wybieramy pierwszy wolny i naciskamy OK. Pojawi się okno Test results:

Widzimy liczbowe wyniki pomiarów naszej karty. Nagłówki kolumn możemy edytować.

Okno wyników Test results posiada menu w postaci czterech guzików w lewym dolnym rogu. Możemy zapisać wynik testu, odczytać wynik, opublikować wyniki w postaci strony html lub odjąć od siebie wyniki dwóch pomiarów.

Guzik z ikoną spinacza służy generacji strony html z wynikami pomiarów. Zanim go użyjemy należy zaznaczyć ptaszkami kolumny, które chcemy zamieścić. RMAA niestety wymaga, aby częstotliwość próbkowania w wybranych kolumnach była taka sama. Po naciśnięciu guzika będziemy mieć możliwość wprowadzenia opisu pomiaru i komentarza. Strona jest zapisywana w postaci pliku html i kartoteki z plikami graficznymi w formacie png.

Wyniki możemy obejrzeć również w postaci graficznej. W tym celu należy zapalić ptaszek na dole wybranej kolumny i nacisnąć ikonę wykresu po prawej stronie wybranego wiersza.

Analiza wyników

Program mierzy 7 charakterystyk karty. Na stronie html z raportem program dla każdej charakterystyki wystawia ocenę w systemie szkolnym. Zakres ocen jest następujący:

Excellent - celująco,
Very good - bardzo dobrze,
Good - dobrze,
Average - przeciętnie,
Poor - słabo,
Very poor - bardzo słabo.

Ogólnie można przyjąć następujące rozumienie wyników:

Excellent oznacza kartę wzorcową, którą można wykorzystać do pomiarów. Karta jest porównywalna lub lepsza niż referencyjny sygnał pomiarowy dla standardu CD 16-bit 44.1 kHz.
Very good oznacza kartę o jakości bliskiej standardowi CD. Użycie takiej karty nie degraduje zapisanego dźwięku. Można oczekiwać, że nie będzie różnic w brzmieniu między kartami osiągającymi taki wynik.
Good oznacza kartę, której w normalnym użytkowaniu nie można nic zarzucić. Być może w testach odsłuchowych ABX dałoby się wychwycić jakieś usterki ale na poziomie nie istotnym dla sprzętu komputerowego.
Gorsze oceny świadczą o ułomnościach karty.

Należy pamiętać, że pomiar RMAA ocenia łącznie dwa elementy - jakość wyjścia i jakość wejścia karty. Łączna ocena "Good" może dotyczyć przypadku, w którym wyjście karty prezentuje klasę "Excellent" a wejście zaledwie "Good". Optymalnie byłoby mierzyć wyjście i wejście karty osobno, zamykając pętlę pomiarową RMAA przy pomocy drugiej karty wzorcowej, o możliwie najlepszej jakości. Przykładowe karty wzorcowe najwyższej klasy to Lynx TWO i E-MU 1212M.

Najtańsza karta osiągająca wszystkie oceny "Excellent" to Sound Blaster Live! 24 pracujący w trybie 24-bit 48kHz.

Charakterystyki pomiarowe

Wyniki pomiarowe są podawane przez RMAA w decybelach (dB) lub procentach. Oznaczają one stosunek sygnału (lub maksymalnej wartości sygnału) do zakłócenia. W przypadku decybeli mówimy o stosunku mocy, w przypadku procentów mówimy o stosunku napięć skutecznych. Procenty można przeliczać na decybele wg wzoru: [db] = 20*log([%]/100).

Wartości wyrażone w decybelach mogą mieć znak dodatni lub ujemny. Znak dodatni oznacza stosunek większy od 1, znak ujemny wartość ułamkową. Zmiana znaku oznacza odwrócenie stosunku dwóch wielkości. Przykładowo 0,1% odpowiada -60dB a +60dB oznacza stosunek 1000:1. Wartość -60dB znajduje się poniżej -50dB.

Frequency response to częstotliwościowa charakterystyka przenoszenia. Przyjmuje się, że pełen zakres częstotliwości akustycznych rozciąga się między 20Hz a 20kHz. W praktyce zakres 40Hz-15kHz bardziej odpowiada faktycznym wymaganiom dla sygnału muzycznego. W tym zakresie charakterystyka powinna być płaska ze spadkiem na skrajach i zafalowaniami nie przekraczającymi 0.3dB. Zafalowania charakterystyki, większe spadki lub podbicia oznaczają zły dobór elementów karty lub niewłaściwie prowadzoną konwersję częstotliwości próbkowania.

Noise level to poziom szumów karty. Wartości poniżej -90dB to wielkości zbliżone do standardu CD. Wartości poniżej -70dB są wystarczające do normalnego słuchania muzyki. RMAA podaje wartość mocy sygnału szumów przeliczoną wg krzywej ważonej A, czyli tak, jak to ocenia ludzkie ucho, szumy na najniższych i najwyższych częstotliwościach mają mniejszy wkład w ocenę całego efektu niż szumy w okolicach 1-3 kHz, gdzie ucho jest najbardziej wrażliwe.

Dla sygnału referencyjnego 16-bit 44.1kHz RMAA wylicza poziom szumów na -97,8dB ale rysuje charakterystykę szumów na poziomie -130dB. Wynika to z podziału całkowitej mocy szumu na wąskie okienka częstotliwości w celu narysowania charakterystyki. Na każde okienko przypada tylko ułamek całkowitej mocy, co oznacza niższy poziom na wykresie. Pionowe prążki i wzgórza na charakterystyce wskazują na zakłócenia karty.

Dynamic range to dynamika karty. Ta charakterystyka jest mierzona podobnie jak poziom szumów ale w obecności sygnału o małej mocy. W idealnym przypadku powinna być taka sama jak charakterystyka poziomu szumów. Czasami zdarza się, że w obecności sygnału szumy rosną lub pojawiają się zniekształcenia.Charakterystyka mierzona przy obecności sygnału bardziej odpowiada rzeczywistym warunkom pracy karty.

Na charakterystyce widać prążek o poziomie -60dB i częstotliwości 1kHz. To jest sygnał pomiarowy. Inne prążki oznaczają wystąpienie zakłóceń lub zniekształceń. Zniekształcenia harmoniczne pojawiają się na częstotliwościach będących wielokrotnością 1kHz. Zniekształcenia i zakłócenia świadczą o ułomnościach karty.

THD + noise to charakterystyka zniekształceń liczonych łącznie z szumem. Na charakterystyce widać prążek sygnału pomiarowego na poziomie -3dB i częstotliwości 1kHz. Pozostałe prążki to zniekształcenia i zakłócenia. Do pomiaru zniekształceń nieliniowych uwzględnia się prążki znajdujące się na wielokrotnościach częstotliwości sygnału testowego.

Ucho ludzkie wykrywa zniekształcenia harmoniczne na poziomie 1% - 0,1%. Niższe wartości pomiaru należy uznać za zadowalające. Harmoniczne parzyste (w tym pomiarze 2, 4, 6.. kHz) oraz harmoniczne niższego rzędu (2, 3KHz) są zwykle lepiej akceptowane przez słuchacza. Wzrost poziomu szumów, duża ilość prążków na wysokich częstotliwościach oraz prążki nie będące harmonicznymi sygnału testowego świadczą o ułomnościach karty.

Intermodulation distortion to zniekształcenia intermodulacyjne. Na charakterystyce widać dwa prążki sygnału pomiarowego: 60Hz -5dB i 7kHz -17dB. Zniekształcenia intermodulacyjne to prążki pojawiające się na częstotliwościach będących sumą i różnicą częstotliwości sygnału pomiarowego i wielokrotności tych częstotliwości. W tym wypadku będą to częstotliwości 7kHz +-60Hz, 7kHz +-120Hz, 7kHz +-180Hz..., 14kHz +-60Hz, 14kHz +-120Hz.. itd.

Zniekształcenia intermodulacyjne są bardziej dokuczliwe niż zniekształcenia harmoniczne, ponieważ mogą być odbierane jako dysonanse w sygnale muzycznym. Wrażliwość ucha na zniekształcenia intermodulacyjne sięga 1% do 0.1%. Niższe wartości pomiaru należy uznać za zadowalające. Duża ilość prążków na charakterystyce oraz duże odległości prążków od sygnałów pomiarowych świadczą o ułomnościach karty.

Stereo crosstalk to przenikanie sygnałów między kanałami stereo. Charakterystyka pokazuje poziom sygnału obcego odbieranego w każdym kanale. Wartości przenikania poniżej -40dB można uznać za wystarczające dla odsłuchu sygnału muzycznego. Wartości większe niż -60dB mozna uznać za ułomności konstrukcyjne karty.

IMD (swept tones) to charakterystyka zniekształceń intermodulacyjnych. Sygnał testowy ma postać dwóch tonów o stałej różnicy częstotliwości równej 1kHz. Częstotliwość sygnałów testowych jest zmieniana w zakresie od 1kHz do 22kHz a wykres pokazuje wyliczony poziom zniekształceń zależny od częstotliwości sygnałów testowych.

Wartości poniżej -60dB należy uznać za zadowalające. Zafalowania charakterystyki sugerują ułomności karty. Na tej charakterystyce najłatwiej zauważyć problemy z konwersją prędkości próbkowania. Objawia się to jako radykalne zwiększenie zniekształceń na wyższych częstotliwościach akustycznych. Podobnie wzrost zniekształceń na skrajach pasma może świadczyć o problemach w torze analogowym karty.