Syfte
Syftet med denna laboration är att ge dig ökad förståelse för hur ett filter kan förändra en signals karaktär och att illustrera hur man kan beskriva filtrets funktion genom att studera dess insignal och utsignal.

Teoretisk bakgrund
Du bör ha studerat kapitel 3-6 i Rosen & Howell.

Utrustning
Du använder samma utrustning som i lab. 2a.1, dvs.
Signalkälla (för sinussignaler och helst några andra signaltyper, såsom fyrkantsignal eller bredbandigt brus),
Hörlurar eller något annat hjälpmedel för att lyssna på signalen,
Mätinstrument (oscilloskop eller motsvarande) som visar hur ljudtrycket varierar med tiden, samt ett instrument som mäter RMS-värde.

Dessutom behöver du ett elektriskt filter av något slag.
Signalgeneratorns utsignal skall användas som insignal till filtret. Med mätinstrumenten kan du sedan mäta omväxlande på filtrets insignal och dess utsignal.
Det spelar ingen större roll vilken sorts filter du använder. Det är naturligtvis omöjligt att i detalj föreskriva vilken utrustning du ska använda eftersom det beror på vad som finns på din lab-plats. Några tips:
En del musikanläggningar för hemmabruk innehåller en s.k. "Equalizer" som kan vara intressant att testa i denna laboration. Equalizern innehåller ett antal filter som man kan ställa in för att forma ljudets karaktär. Det går också bra att använda den vanliga tonkontrollen på musikmaskinen.
Många ljudnivåmätare har som tillbehör ett bandpassfilter med inställbart frekvensband. Ett sådant kan man också använda. Ljudnivåmätaren mäter då utsignalen från filtret. Om du tänker använda ljudnivåmätaren för att även mäta på filtrets insignal måste du förstås ta reda på hur man kopplar ur filtret .

1. Bekanta dig med instrumenten
Nu har du redan använt de flesta apparaterna i förra laborationen så du vet i stort sett hur de fungerar. Det är bara filtret som är nytt. Kanske måste du få hjälp med att hitta en lämplig kabel eller kontakt så att du kan koppla in signalkällan till filtret.
Du måste också ta reda på hur starka signaler som filtret kan hantera. Det står säkert någonstans i bruksanvisningen. Om insignalen blir för stark förvandlas filtret från ett snällt LTI-system till ett signalförvrängande olinjärt system.
Om du använder ett filter enligt något av ovanstående tips behöver du inte vara orolig för att insignalen skall kunna förstöra filtret. Se bara till att koppla in signalen på rätt kontakt.

2. Koppla ihop instrumenten
Koppla in signalen från signalkällan till filtrets ingångskontakt. Ordna kablar och kontakter så att du kan koppla in oscilloskopet och hörlurarna och ev. andra mätinstrument omväxlande till filtrets insignal och till dess utsignal. På så sätt kan du ta reda på hur filtret förändrar insignalen.

(Den som råkar ha ett avancerat oscilloskop som kan visa två signaler samtidigt kan här använda denna möjlighet. Det kan vara praktiskt att se både filtrets insignal och dess utsignal samtidigt på oscilloskopet, utan att behöva flytta på några kontakter. Det gäller bara att hålla reda på vilken kurva som var insignal och vilken som var utsignal.)

3. Lyssna och experimentera
A. Sinuston
Testa först med en sinussignal från signalkällan och övertyga dig att filtret kan påverka signalens styrka. Kontrollera alltid med oscilloskopet att filtret fortfarande arbetar som ett LTI-system när du har kopplat in signalen. (Det räcker i praktiken att kontrollera att signalen verkligen har sinusform när du har ställt in signalkällan på sinus.) Verkar det som om filtret påverkar signalen ungefär som du väntade dig?

B. Sammansatt signal
Ställ in signalkällan så att du får en mer komplicerad signal än sinus. En bredbandig brussignal kan vara intressant som testsignal, men om du inte kan åstadkomma en sådan, kan du använda en fyrkantsignal. Eller varför inte spela lite musik via filtret.

• Lyssna på signalen både före och efter filtrering och beskriv med egna ord hur du tycker att filtret förändrar ljudkaraktären hos signalen. Stämmer det med vad du hade väntat dig?
• Studera signalerna som funktion av tiden (med oscilloskop eller motsvarande) och beskriv med egna ord hur bilden av filtrets utsignal skiljer sig från bilden av insignalen. Du finner kanske att detta inte är så lätt, men försök ändå finna ord att beskriva det du ser.
• ändra på filtrets inställning samtidigt som du lyssnar på filtrets utsignal. Beskriv med egna ord hur du tycker att ljudkaraktären hos filtrets utsignal ändras.
• Studera utsignalen på oscilloskopet medan du ändrar filtrets inställning. Beskriv hur bilden av filtrets utsignal ändrar karaktär när du ändra på filtrets inställning.

4. Mät filtrets amplitudsvar
Nyss såg du att det inte är så lätt att beskriva vad filtret gör enbart genom att titta på utsignalen och insignalen som funktion av tiden. Då kan det vara lugnande för nerverna att förlita sig på teorin om LTI-system. Eftersom vi har goda skäl att anta att filtret är LTI räcker det att beskriva hur filtret påverkar amplitud och fas hos rena sinussignaler.

Ställ in signalkällan så att den ger sinussignaler med någon lämplig amplitud. Välj en speciell inställning på filtret och mät insignalens och utsignalens amplitud i Volt med oscilloskopet eller något annat instrument.
(Eftersom det råder ett bestämt förhållande mellan de olika amplitudmåtten för sinussignaler, så spelar det ingen roll om du mäter topp-till-topp-amplitud, topp-amplitud eller RMS-amplitud. Men du måste förstås hålla dig till samma mått hela tiden.)

Mät på ca 5-10 olika frekvenser inom det mest intressanta frekvensområdet och för in resultaten i en tabell av följande typ:

5. FRIVILLIG extra uppgiftt: Mät filtrets fasvridning
För en fullständig definition av ett LTI-systems egenskaper måste som bekant vi ange hela frekvenssvaret, dvs både amplitudsvar och fasvridning som funktion av frekvens.
Om du har tillgång till ett oscilloskop som kan visa både filtrets insignal och dess utsignal samtidigt, så är det ganska lätt att mäta filtrets fasvridning. Fasvridningen är ett mått på den tidsfördröjning som systemet ger.

Mät tidsskillnaden mellan t.ex. en topp i insignalen och motsvarande topp i utsignalen, med hjälp av oscilloskopet (eller motsvarande) . Denna tidsskillnad kan t.ex. anges i millisekunder. Mät på ett par olika frekvenser och för in resultatet i en tabell av nedanstående typ.

Beräkna också tidsskillnaden i procent av en hel signalperiod, så att 100% fördröjning betyder en hel period.

Ett vanligt sätt är att ange tidsskillnaden i grader. Det är nästan likadant som procent, fast nu är 360 graders fördröjning lika med en hel signalperiod.

Rapportering
Laborationen sammanfattas som vanligt i en rapport som är gemensam för labgruppen.

Har gruppen laborerat gemensamt kan allt sammanfattas i en gemensamma rapport men om man laborerat var för sig eller i mindre sub-grupper, kan redovisningen delas upp i ett enklare protokoll som var och en lämnar in och en gemensam rapport där analysen av resultaten finns.

Protokollet innehåller enkla uppgifter om vilken utrustning som använts, hur den kopplats ihop, vilka mätningar som utförts och resultatet av mätningen. Protokollet är alltså en ren beskrivning.

Rapporten innehåller också analys av vad som har gjorts. Nedan följer några punkter som bör belysas i rapporten. (Det är fritt fram att utöka listan!)

• Vad är den främsta poängen med att mäta amplitudsvar med sinussignaler, även om filtret inte alls skall användas till att filtrera sinussignaler?
• Hur stämmer dina subjektiva intryck av filtrets ljudpåverkan med dina mätresultat?
• Spelar det någon roll om man anger amplitudsvaret i form av en kvot mellan utsignalens och insignalens amplituder, eller om man anger samma förhållande på dB-form? Finns det situationer där det är mera praktiskt att använda den ena eller den andra beskrivningsformen?

Rapporten levereras om möjligt via e-post till läraren.

Sänd in rapporten så snabbt som möjligt. Senaste datum för alla inlämningsuppgifter till avsnitt 2a är 970310.