برنامه تحلیلگر طیف کارت صدا.

به نظر شما دخترها وقتی دور هم جمع می شوند چه می کنند؟ آیا آنها به خرید می روند، عکس می گیرند، به سالن های زیبایی می روند؟ بله، این است، اما همه این کار را نمی کنند. این مقاله در مورد چگونگی تصمیم گیری دو دختر برای جمع آوری صحبت خواهد کرد دستگاه رادیو الکترونیکیبا دستان خودت

چرا یک تحلیلگر/بصری ساز طیف؟

گذشته از همه اینها راه حل های نرم افزاریگزینه های بسیار کمی برای این کار وجود دارد و همچنین گزینه های زیادی برای پیاده سازی سخت افزاری وجود دارد. اولاً، من واقعاً می خواستم با تعداد زیادی LED کار کنم (از آنجایی که قبلاً یک مکعب LED را مونتاژ کرده بودیم، هر کدام برای خودمان، اما در اندازه های کوچک) ثانیاً دانش کسب شده را در عمل به کار گیرند پردازش دیجیتالسیگنال می دهد و ثالثاً یک بار دیگر کار با آهن لحیم کاری را تمرین کنید.

توسعه دستگاه

زیرا گرفتن راه حل آمادهو انجام آن به طور دقیق طبق دستورالعمل ها خسته کننده و غیر جالب است، بنابراین ما تصمیم گرفتیم مدار را خودمان توسعه دهیم، فقط کمی به دستگاه های ساخته شده از قبل تکیه می کنیم.

یک ماتریس LED 8x32 به عنوان نمایشگر انتخاب شد. امکان استفاده از ماتریس های LED 8x8 آماده و مونتاژ آنها از روی آنها وجود داشت، اما ما تصمیم گرفتیم لذت نشستن در عصر را با یک آهن لحیم کاری دریغ نکنیم و به همین دلیل نمایشگر را خودمان از LED ها مونتاژ کردیم.

برای کنترل نمایشگر، چرخ را دوباره اختراع نکردیم و از یک مدار کنترل با نمایشگر پویا استفاده کردیم. آن ها یک ستون را انتخاب کردند، آن را روشن کردند، بقیه ستون ها در آن لحظه خاموش شدند، سپس ستون بعدی را انتخاب کردند، آن را روشن کردند، بقیه خاموش شدند و غیره. با توجه به این واقعیت که چشم انسان کامل نیست، می توانیم یک تصویر ثابت را روی نمایشگر ببینیم.
با در پیش گرفتن مسیر کمترین مقاومت، تصمیم گرفته شد که انتقال تمام محاسبات به کنترلر آردوینو منطقی باشد.

فعال کردن یک ردیف خاص در یک ستون با باز کردن کلید مربوطه انجام می شود. برای کاهش تعداد پایه های خروجی کنترلر، انتخاب ستون از طریق رمزگشاها انجام می شود (بنابراین، می توانیم تعداد خطوط کنترل را به 5 کاهش دهیم).

کانکتور TRS (مینی جک 3.5 میلی متری) به عنوان رابط برای اتصال به رایانه (یا دستگاه دیگری که قادر به انتقال سیگنال صوتی است) انتخاب شد.

مونتاژ دستگاه

مونتاژ دستگاه را با ساخت ماکت پنل جلویی دستگاه شروع می کنیم.

متریال انتخاب شده برای پنل جلویی پلاستیک مشکی به ضخامت 5 میلی متر بود (زیرا قطر لنز دیود نیز 5 میلی متر است). با توجه به طرح توسعه یافته، علامت گذاری و برش می دهیم پنل جلوییبه اندازه مورد نیاز و سوراخ هایی در پلاستیک برای LED ها ایجاد کنید.

بنابراین، ما یک پانل جلوی آماده دریافت می کنیم که می توان صفحه نمایش را روی آن مونتاژ کرد.

LED های دو رنگ (قرمز-سبز) با کاتد مشترک GNL-5019UEUGC به عنوان LED برای ماتریس استفاده شد. قبل از شروع به مونتاژ ماتریس، پیروی از قانون "کنترل اضافی آسیبی نمی رساند"، همه LED ها، یعنی 270 عدد. (در صورت لزوم با یک ذخیره گرفته شده است)، از نظر عملکرد مورد آزمایش قرار گرفتند (برای این منظور، یک دستگاه آزمایش شامل یک اتصال دهنده، یک مقاومت 200 اهم و یک منبع تغذیه 5 ولت مونتاژ شد).

بعد LED ها را به صورت زیر خم می کنیم. آندهای دیودهای قرمز و سبز را در یک جهت خم می کنیم (به سمت راست)، کاتد را در جهت دیگر خم می کنیم و در عین حال مطمئن می شویم که کاتد از آندها پایین تر است. و سپس کاتد را در 90 درجه به پایین خم می کنیم.

ما از گوشه پایین سمت راست شروع به مونتاژ ماتریس می کنیم و آن را در ستون ها مونتاژ می کنیم.

با یادآوری قاعده "کنترل اضافی نمی تواند آسیب برساند"، پس از یک یا دو ستون لحیم کاری، عملکرد را بررسی می کنیم.

ماتریس تمام شده به این شکل است.

نمای پشتی:

طبق مدار توسعه یافته، مدار کنترل ردیف ها و ستون ها را لحیم می کنیم، کابل ها و فضای آردوینو را لحیم می کنیم.

همچنین تصمیم گرفته شد که نه تنها طیف فرکانس دامنه، بلکه طیف فرکانس فاز نیز نمایش داده شود و همچنین تعداد نمونه ها برای نمایش (32،16،8،4) انتخاب شود. برای این کار 4 سوئیچ اضافه شد: یکی برای انتخاب نوع طیف، دو کلید برای انتخاب تعداد نمونه و دیگری برای روشن و خاموش کردن دستگاه.

نوشتن برنامه

یک بار دیگر از قانون خود پیروی می کنیم و مطمئن می شویم که صفحه نمایش ما کاملاً کار می کند. برای این کار یک برنامه ساده می نویسیم که تمام ال ای دی های نمایشگر را کاملا روشن می کند. طبیعتاً به دلیل قانون مورفی، چندین LED فاقد جریان بودند و باید تعویض شوند.

پس از اطمینان از اینکه همه چیز کار می کند، شروع به نوشتن کد برنامه اصلی کردیم. این شامل سه بخش است: مقداردهی اولیه متغیرهای لازم و خواندن داده ها، به دست آوردن طیف سیگنال با استفاده از تبدیل فوریه سریع، و خروجی طیف حاصل با قالب بندی لازم به نمایشگر.

مونتاژ دستگاه نهایی

در انتها یک پانل جلویی داریم و زیر آن یک دسته سیم وجود دارد که باید با چیزی پوشانده شود و سوئیچ ها باید روی چیزی محکم شوند. قبل از این، فکر ساخت بدنه ای از پلاستیک باقیمانده وجود داشت، اما ما کاملاً نمی دانستیم که چگونه به نظر می رسد و چگونه این کار را انجام دهیم. راه حل مشکل کاملاً غیرمنتظره آمد. پس از قدم زدن در فروشگاه سخت افزار، یک گلدان پلاستیکی گل پیدا کردیم که به طور شگفت انگیزی اندازه مناسبی داشت.

تنها کاری که باید انجام شود این بود که سوراخ‌های اتصالات، کابل‌ها و سوئیچ‌ها را علامت‌گذاری کنید و همچنین دو سوراخ را برش دهید. پانل های جانبیساخته شده از پلاستیک

در نتیجه، با کنار هم قرار دادن همه چیز و اتصال دستگاه به رایانه، به موارد زیر رسیدیم:

طیف دامنه فرکانس (32 شمارش):

طیف دامنه فرکانس (16 شمارش):

طیف دامنه فرکانس (8 شمارش):

طیف دامنه فرکانس (4 شمارش):

طیف فرکانس فاز:

نمای پنل عقب:

فیلم عملکرد دستگاه

برای وضوح بیشتر، ویدیو در تاریکی فیلمبرداری شده است. در ویدئو، دستگاه طیف دامنه فرکانس را نمایش می دهد و سپس در 7 ثانیه آن را به حالت طیف فرکانس فاز تغییر می دهیم.

لیست اقلام مورد نیاز

1. LED GNL-5019UEUGC - 256 عدد. (برای نمایش)
2. ترانزیستور N-p-n KT863A - 8 عدد. (برای مدیریت رشته)
3. ترانزیستور pnp C32740 – 32 عدد. (برای مدیریت ستون)
4. مقاومت 1 کیلو اهم - 32 عدد. (برای محدود کردن جریان پایه ترانزیستورهای pnp)
5. رسیور 3/8 IN74AC138 – 4 عدد. (برای انتخاب یک ستون)
6. رسیور 2/4 IN74AC139 – 1 عدد. (برای رمزگشاهای آبشاری)
7. صفحه نصب 5x10cm – 2 عدد.
8. حلقه ها
9. آردوینو پرو میکرو - 1 عدد.
10. کانکتور مینی جک 3.5 میلی متری - 1 عدد.
11. سوئیچ - 4 عدد.
12. پلاستیک مشکی 720*490*5 میلی متر – 1 ورق. (برای پنل جلویی)
13. گلدان مشکی 550*200*150 میلی متر – 1 عدد. (برای بدن)

برنامه است متن بازتحلیلگر صدا با فرکانس دامنه که در زمان واقعی کار می کند.

فرکانس آنالایزر با هر گونه ارتعاش صدا از جمله صدای انسان کار می کند، تبدیل فوریه سریع را روی آنها انجام می دهد و آنها را به اجزای فرکانس تجزیه می کند.

هنگامی که میکروفون صدا را به ولتاژ تبدیل می کند، کارت صدا بسیار سریع عمل می کند ولت متر دیجیتال، اندازه گیری ولتاژ از 11025 تا 44100 بار در ثانیه (در برنامه می توانید به طور مستقل تعداد اندازه گیری در ثانیه را تنظیم کنید). هر اندازه گیری به یک عدد هشت یا شانزده بیتی تبدیل می شود. اعداد شانزده بیتی بیشتر اجازه می دهند تجزیه و تحلیل دقیقسیگنال های ضعیف در نتیجه نمونه گیری می توان تعدادی اعداد را به دست آورد. آنها به عنوان یک سینوسی در پنجره کاری برنامه به نام "موج" بازسازی می شوند. علاوه بر این، هر صدایی را می توان به صورت ترکیبی از امواج سینوسی نشان داد فرکانس های مختلف. از نظر ریاضی، این جداسازی به فرکانس های مؤلفه را تبدیل فوریه می نامند. بهترین از همه آنها الگوریتم های ممکنتبدیل فوریه سریع نامیده می شود. بنابراین، پنجره برنامه Frequency Spectrum ترکیب طیفی صدا را نشان می دهد.

در برنامه می توانید تعداد اندازه گیری هایی را که در یک تبدیل فوریه گنجانده می شود را انتخاب کنید. هر چه اندازه گیری ها بیشتر باشد، فرکانس های بیشتری را می توان در طیف تشخیص داد. هنگام تغییر این مقدار در Frequency Analyzer، نمودار تغییر می کند.

برای کسانی که دوست دارند برنامه های مشابهی را به تنهایی بسازند، توسعه دهندگان الگوریتم اصلی تبدیل فوریه سریع را ارائه کرده اند که در C + + ایجاد شده است. می توان آن را آزادانه در هر نرم افزار تجاری استفاده کرد. همچنین، بسته توزیع برنامه، بر اساس تقاضای عمومی، شامل آموزش نحوه کار با سیگنال های دریافتی توسط میکروفون با استفاده از Win32 API، کامل است. منبعفرکانس آنالایزر و آموزش فیزیک صدا. این یکی کار میکنه بسته نرم افزاریبدون نصب برای اینکه برنامه کار کند باید میکروفون و کارت صدا داشته باشید.

تعداد محاسبات تبدیل فوریه در هر ثانیه را می توان با استفاده از پارامتر برنامه "سرعت (FFT" در هر ثانیه) تنظیم کرد. با این حال، توسعه دهندگان هشدار می دهند که این مقادیر باید با احتیاط زیاد تغییر کنند، زیرا ممکن است پردازنده های کند نباشند. وقت داشته باشید تا تمام مقادیر ارسال شده توسط کارت صدا را پردازش کنید.

فرکانس آنالایزر توسط Reliable Software در سال 1996 ساخته شد. این اتحادیه ای از چهار برنامه نویس مستقل است که دو نفر از آنها در سیاتل، ایالات متحده آمریکا (بارتوش میلوسکی و دبی ارلیخ) و دو نفر در گدانسک، لهستان (ویسلاو کالکوس و پیوتر تروجانوفسکی) زندگی می کنند. این شرکت هدف اصلی فعالیت خود را مبارزه با آن اعلام می کند کیفیت پاییننرم افزار. کار بر روی ایجاد برنامه ها از راه دور و در زمان واقعی از طریق اسکایپ انجام می شود. نویسندگان قبلاً تعدادی آموزش برای ویندوز و یک کتاب آنلاین در مورد برنامه نویسی ایجاد کرده اند، یک وبلاگ اختصاص داده شده به برنامه نویسی چند رشته ای و یک کتاب مرجع در API ویندوز دارند.

رابط برنامه انگلیسی است، هیچ محلی سازی وجود ندارد. با این حال، به دلیل حداقل تعداد تنظیمات، درک برنامه دشوار نیست.

Frequency Analyzer بر روی رایانه های شخصی با سیستم عامل های خانواده Microsoft Windows اجرا می شود که از ویندوز 98 شروع می شود.

توزیع برنامه:نرم افزار رایگان

الکسی لوکین

آنالایزر طیف دستگاهی برای اندازه گیری و نمایش طیف سیگنال - توزیع انرژی سیگنال بر اساس فرکانس است. این مقاله انواع اصلی تحلیلگرهای طیف را مورد بحث قرار می دهد و کاربرد آنها را برای ویرایش و بازیابی صدا نشان می دهد. توجه ویژهبه تحلیلگرهای مدرن بر اساس داده می شودFFT- تبدیل فوریه سریع

چرا طیف را تحلیل می کنیم؟

به طور سنتی، در ضبط صوتی دیجیتال، یک آهنگ صوتی به عنوان یک اسیلوگرام نمایش داده می شود که شکل موج صدا، یعنی وابستگی دامنه صدا به زمان را نشان می دهد. این نمایش برای یک مهندس صدا با تجربه کاملاً واضح است: اسیلوگرام به شما امکان می دهد رویدادهای اصلی صدا را مشاهده کنید، مانند تغییرات در حجم، مکث بین قسمت های یک قطعه، و اغلب حتی نت های فردی در یک ضبط انفرادی یک ساز. اما صدای همزمان چند ساز در اسیلوگرام "مخلوط" است و تجزیه و تحلیل بصریسیگنال دشوار می شود با این حال، گوش ما به راحتی می تواند تشخیص دهد سازهای فردیدر یک مجموعه کوچک چگونه این اتفاق می افتد؟

هنگامی که یک ارتعاش صوتی پیچیده به پرده گوش برخورد می کند، از طریق یک سری از استخوانچه های شنوایی به عضوی به نام حلزون گوش منتقل می شود. حلزون یک لوله الاستیک است که به صورت مارپیچی پیچیده شده است. ضخامت و سفتی حلزون به آرامی از لبه تا مرکز مارپیچ تغییر می کند. هنگامی که یک ارتعاش پیچیده به لبه حلزون گوش می رسد، باعث ارتعاشات پاسخ می شود بخش های مختلفحلزون ها علاوه بر این، هر قسمت از حلزون گوش فرکانس تشدید خاص خود را دارد. بنابراین، حلزون ارتعاشات صوتی پیچیده را به اجزای فرکانس جداگانه تجزیه می کند. هر قسمت از حلزون مناسب است گروه های جداگانهاعصاب شنوایی، انتقال اطلاعات در مورد ارتعاشات حلزون گوش به مغز (جزئیات بیشتر در مورد ادراک شنوایی را می توان در مقاله "مبانی روان آکوستیک" توسط I. Aldoshina در مجله "مهندس صدا" شماره 6، 1999 بخوانید). در نتیجه، مغز اطلاعاتی در مورد صدا دریافت می کند که قبلاً در فرکانس ها مرتب شده اند و فرد به راحتی صداهای بلند را از صداهای پایین تشخیص می دهد. علاوه بر این، همانطور که به زودی خواهیم دید، تجزیه صدا به فرکانس ها به تمایز سازهای جداگانه در یک ضبط چندصدایی کمک می کند و قابلیت های ویرایش را تا حد زیادی افزایش می دهد.

تحلیلگرهای طیف باند

اولین آنالایزرهای صداطیف، سیگنال با استفاده از مجموعه ای از فیلترهای آنالوگ به باندهای فرکانسی تقسیم شد. نمایش چنین تحلیلگری (شکل 1) سطح سیگنال را در انواع باندهای فرکانسی مربوط به فیلترها نشان می دهد.

برنج. 1. آنالایزر سه اکتاو Specan32، شبیه سازی دستگاه معروف KlarkTeknik DN60

در شکل شکل 2 نمونه ای از ویژگی های فرکانس فیلترهای باند گذر را در یک آنالایزر نشان می دهد که مطابق با استاندارد GOST 17168-82 است. چنین تحلیلگری را تحلیلگر اکتاو سوم می نامند، زیرا در هر اکتاو محدوده فرکانس سه باند وجود دارد. مشاهده می شود که ویژگی های فرکانس فیلترهای باند گذر با هم همپوشانی دارند. شیب آنها به ترتیب فیلترهای استفاده شده بستگی دارد.

برنج. 2. ویژگی های فرکانسفیلترهای تحلیلگر طیف اکتاو سوم

یکی از ویژگی های مهم یک تحلیلگر طیف، بالستیک است - اینرسی سطح سنج ها در باندهای فرکانس. می توان آن را با تنظیم میزان افزایش (حمله) و کاهش سطح تنظیم کرد. زمان حمله و سقوط معمولی در چنین تحلیلگری حدود 200 و 1500 میلی ثانیه است.

آنالایزرهای طیف باند اغلب برای تنظیم پاسخ فرکانسی (پاسخ دامنه-فرکانس) سیستم های صوتی در سالن های کنسرت استفاده می شوند. اگر ورودی چنین تحلیلگری داده شود صدای صورتی(با داشتن قدرت یکسان در هر اکتاو)، صفحه نمایش یک خط افقی را نشان می دهد که ممکن است برای تغییرات نویز در طول زمان اصلاح شود. اگر نویز صورتی عبوری از سیستم تقویت صدای سالن دچار اعوجاج شود، تغییرات در طیف آن بر روی آنالایزر قابل مشاهده خواهد بود. در این حالت، آنالایزر، مانند گوش ما، نسبت به شیب های باریک در پاسخ فرکانسی (کمتر از 1/3 اکتاو) حساس نخواهد بود.

تبدیل فوریه

تبدیل فوریه یک دستگاه ریاضی برای تجزیه سیگنال ها به نوسانات سینوسی است. به عنوان مثال، اگر سیگنال ایکس(تی) پیوسته و بینهایت در زمان، سپس می توان آن را به عنوان یک انتگرال فوریه نشان داد:

انتگرال فوریه سیگنال را جمع آوری می کند ایکس(تی) از تعداد نامتناهی مولفه های سینوسی از همه فرکانس های ممکن ω ، دارای دامنه ایکس ω و فازها φ ω .

در عمل، ما بیشتر علاقه مند به تجزیه و تحلیل صداهایی هستیم که از نظر زمان محدود هستند. از آنجایی که موسیقی یک سیگنال ثابت نیست، طیف آن در طول زمان تغییر می کند. بنابراین، هنگام انجام تجزیه و تحلیل طیفی، ما معمولاً به قطعات کوتاه منفرد سیگنال علاقه مند هستیم. برای تجزیه و تحلیل چنین قطعاتی از سیگنال صوتی دیجیتال، وجود دارد تبدیل فوریه گسسته:

اینجا ننمونه هایی از یک سیگنال گسسته ایکس(n) در بازه زمانی از 0 تا ن-1 به عنوان مجموع تعداد محدودی از نوسانات سینوسی با دامنه سنتز می شوند. Xkو فازها φk. فرکانس این سینوسی ها برابر است kF/N، جایی که اففرکانس نمونه برداری سیگنال است و ن- تعداد نمونه سیگنال اصلی ایکس(n) در بازه تحلیل شده. مجموعه ای از شانس Xkتماس گرفت طیف دامنه سیگنال. همانطور که از فرمول مشاهده می شود، فرکانس های سینوسی که سیگنال در آنها تجزیه می شود به طور یکنواخت از 0 (مولفه ثابت) به اف/2 - حداکثر فرکانس ممکن در یک سیگنال دیجیتال. این آرایش خطی فرکانس ها با توزیع باندهای یک آنالایزر اکتاو یک سوم متفاوت است.

آنالایزرهای FFT

FFT (تبدیل فوریه سریع) - الگوریتم محاسبه سریع تبدیل گسستهفوریه. به لطف آن، تجزیه و تحلیل طیف سیگنال های صوتی در زمان واقعی امکان پذیر شد.

بیایید عملکرد یک آنالایزر معمولی FFT را در نظر بگیریم. سیگنال صوتی دیجیتال را به عنوان ورودی دریافت می کند. تحلیلگر فواصل متوالی را از سیگنال انتخاب می کند ("پنجره")، که طیف بر اساس آن محاسبه خواهد شد و FFT را در هر پنجره برای به دست آوردن طیف دامنه محاسبه می کند. Xk. طیف محاسبه شده به صورت نموداری از دامنه در مقابل فرکانس نمایش داده می شود (شکل 3). مشابه آنالایزرهای باند گذر، معمولاً از مقیاس لگاریتمی در امتداد محورهای فرکانس و دامنه استفاده می شود. اما به دلیل آرایش خطی باندهای FFT در فرکانس، طیف ممکن است در فرکانس‌های پایین‌تر با جزئیات ناکافی یا در فرکانس‌های بالاتر در نوسان بیش از حد به نظر برسد.

برنج. 3. نمایشگر آنالایزر FFT

اگر FFT را به عنوان بانکی از فیلترها در نظر بگیریم، بر خلاف فیلترهای باند گذر یک آنالایزر یک سوم اکتاو، فیلترهای FFT همان عرض را بر حسب هرتز خواهند داشت تا اکتاو. بنابراین، نویز صورتی در یک آنالایزر FFT دیگر یک خط افقی نیست، بلکه یک خط شیبدار، با رول آف 3 دسی بل در اکتبر خواهد بود. خط افقی روی آنالایزر FFT خواهد بود نویز سفید- دارای انرژی برابر در فواصل فرکانس خطی مساوی است.

پارامتر ن- تعداد نمونه های سیگنال تجزیه و تحلیل شده برای نوع طیف بسیار مهم است. بیشتر ن، شبکه فرکانس هایی که FFT سیگنال را در آن تجزیه می کند متراکم تر است و جزئیات فرکانس بیشتری در طیف قابل مشاهده است. برای دستیابی به وضوح فرکانس بالاتر، بخش های طولانی تر سیگنال باید تجزیه و تحلیل شوند. اگر سیگنال درون پنجره FFT ویژگی های خود را تغییر دهد، طیف اطلاعات متوسطی را در مورد سیگنال از کل بازه پنجره نمایش می دهد.

هنگامی که شما نیاز به تجزیه و تحلیل تغییرات سریع در یک سیگنال دارید، طول پنجره نکوچک را انتخاب کنید در این حالت، وضوح آنالیز در زمان افزایش و فرکانس کاهش می یابد. بنابراین، وضوح فرکانس آنالیز با وضوح زمانی نسبت معکوس دارد. این واقعیت نامیده می شود رابطه عدم قطعیت.

پنجره های توزین

یکی از ساده ترین سیگنال های صوتی موج سینوسی است. طیف آن در یک آنالایزر FFT چگونه خواهد بود؟ معلوم می شود که به فرکانس تن بستگی دارد. می دانیم که FFT سیگنال را با توجه به فرکانس هایی که در واقع در سیگنال وجود دارد تجزیه نمی کند، بلکه بر اساس یک شبکه فرکانس یکنواخت ثابت است. به عنوان مثال، اگر فرکانس نمونه برداری 48 کیلوهرتز باشد و اندازه پنجره FFT به عنوان 4096 نمونه انتخاب شود، FFT سیگنال را به 2049 فرکانس تجزیه می کند: 0 هرتز، 11.72 هرتز، 23.44 هرتز، ...، 24000 هرتز.

اگر فرکانس تن با یکی از فرکانس‌های شبکه FFT مطابقت داشته باشد، طیف "ایده‌آل" به نظر می‌رسد: یک پیک تیز تک فرکانس و دامنه تون را نشان می‌دهد (شکل 4، نمودار سفید).

اگر فرکانس آهنگ با هیچ یک از فرکانس‌های شبکه FFT مطابقت نداشته باشد، FFT آهنگ را از فرکانس‌های موجود در شبکه، همراه با وزن‌های مختلف، «مجموعه» می‌کند. در این حالت، نمودار طیف از نظر فرکانس تار می شود (شکل 4، نمودار سبز). چنین تاری معمولاً نامطلوب است، زیرا ممکن است بیشتر مبهم باشد صداهای ضعیفدر فرکانس های مجاور همچنین می توانید متوجه شوید که دامنه ماکزیمم نمودار سبز کمتر از دامنه واقعی تن آنالیز شده است. این به دلیل این واقعیت است که توان لحن تحلیل شده برابر است با مجموع توان ضرایب طیفی که این لحن از آن تشکیل شده است.

برنج. 4. طیف یک تون سینوسی با فرکانس های مختلف با و بدون پنجره وزن

برای کاهش اثر تاری طیف، سیگنال در ضرب می شود پنجره های توزین- عملکردهای صاف شبیه به گاوسی که به سمت لبه های فاصله می افتد. آنها تاری طیف را به قیمت برخی از بدتر شدن وضوح فرکانس کاهش می دهند. اگر FFT را به عنوان مجموعه ای از فیلترهای باند گذر در نظر بگیریم، پنجره های وزن دهی نفوذ متقابل باندهای فرکانسی را تنظیم می کنند.

ساده ترین پنجره مستطیل شکل است: یک ثابت 1 است که سیگنال را تغییر نمی دهد. معادل نبود پنجره وزن است. یکی از پنجره های محبوب پنجره Hamming است. سطح اسمیر را تقریباً 40 دسی بل نسبت به پیک اصلی کاهش می دهد.

پنجره های وزن دهی در دو پارامتر اصلی متفاوت هستند: درجه گسترش قله اصلی و درجه سرکوب تاری طیف. ("لوب های جانبی"). هر چه بیشتر بخواهیم لوب های جانبی را سرکوب کنیم، قله اصلی پهن تر خواهد بود. یک پنجره مستطیل شکل، بالای قله را کمترین تار می کند، اما دارای بالاترین لوب های جانبی است. پنجره Kaiser دارای پارامتری است که به شما امکان می دهد درجه ای از سرکوب لوب جانبی مورد نظر را انتخاب کنید.

یکی دیگر از گزینه های محبوب پنجره هان است. حداکثر لوب کناری را کمتر از پنجره همینگ سرکوب می کند، اما لبه های کناری باقیمانده با فاصله از قله اصلی سریعتر می افتند. پنجره بلکمن نسبت به پنجره هان، سرکوب لوب جانبی قوی تری دارد.

برای اکثر مشکلات، خیلی مهم نیست که از کدام نوع پنجره وزنه استفاده کنید. نکته اصلی این است که وجود دارد. انتخاب محبوب- خان یا بلکمن. استفاده از پنجره وزن دهی وابستگی شکل طیف به فرکانس سیگنال خاص و همزمانی آن با شبکه فرکانس FFT را کاهش می دهد.

شکل 4 برای سینوسی ها ساخته شده است، با این حال، بر اساس آن، تصور اینکه طیف سیگنال های صوتی واقعی چگونه خواهد بود، دشوار نیست. هر قله در طیف بسته به فرکانس آن و پنجره وزنی انتخاب شده، شکلی تار خواهد داشت.

برای جبران اوج گشاد شدن در هنگام استفاده از پنجره های وزنی، می توان از پنجره های FFT طولانی تر استفاده کرد: به عنوان مثال، 8192 نمونه به جای 4096 نمونه. این امر وضوح تحلیل را در فرکانس بهبود می بخشد، اما آن را در زمان کاهش می دهد.

طیف نگار

اغلب نیاز به نظارت بر چگونگی تغییر طیف سیگنال در طول زمان وجود دارد. آنالایزرهای FFT به انجام این کار در زمان واقعی در حین پخش سیگنال کمک می کنند. با این حال، در برخی موارد به نظر می رسد که تجسم تغییرات در طیف در کل مسیر صدا به طور همزمان راحت است. این نمایش سیگنال نامیده می شود طیف نگاری. برای ساخت آن از آن استفاده می شود تبدیل فوریه پنجره ای: طیف از پنجره های متوالی سیگنال محاسبه می شود (شکل 5) و هر یک از این طیف ها ستونی را در طیف نگار تشکیل می دهند.

برنج. 5. محاسبه طیف نگار سیگنال

محور افقی طیف‌گرام نشان‌دهنده زمان، محور عمودی نشان‌دهنده فرکانس، و دامنه با روشنایی یا رنگ نشان داده می‌شود. در طیف‌نگار نت گیتار در شکل. شکل 6 توسعه صدا را نشان می دهد: با یک حمله تند شروع می شود و به شکل هارمونیک ادامه می یابد، چند برابر فرکانس صدای اصلی 440 هرتز. مشاهده می شود که هارمونیک های بالا دامنه کوچک تری دارند و سریعتر از هارمونیک های پایین فرو می ریزند. طیف نگار همچنین نویز ضبط را نشان می دهد - یک پس زمینه آبی تیره یکنواخت. در سمت راست مقیاسی برای تطبیق رنگ ها و سطوح سیگنال (در دسی بل زیر صفر) وجود دارد.

برنج. 6. طیف نگار نت گیتار با اندازه های مختلف پنجره FFT

اگر اندازه پنجره FFT را تغییر دهید، نحوه تغییر فرکانس و وضوح زمانی طیف‌گرام به وضوح قابل مشاهده است. با بزرگ شدن پنجره، هارمونیک ها نازک تر می شوند و فرکانس آنها را می توان با دقت بیشتری تعیین کرد. با این حال، لحظه حمله در زمان تار می شود (در سمت چپ طیف نگار). هنگامی که اندازه پنجره کاهش می یابد، اثر معکوس مشاهده می شود.

طیف نگار مخصوصاً هنگام تجزیه و تحلیل سیگنال های در حال تغییر سریع مفید است. در شکل شکل 7 طیف نگاری از یک گذر صوتی با ویبراتو را نشان می دهد. از آن به راحتی می توان ویژگی های صدا مانند فرکانس و عمق ویبراتو، شکل و یکنواختی آن و وجود یک ساز آواز را تعیین کرد. ملودی در حال اجرا را می توان با تغییر زیر و بم لحن اصلی و هارمونیک ها ردیابی کرد.

برنج. 7. طیف نگاری یک قطعه صوتی با ویبراتو

کاربردهای طیف نگار

ابزارهای مدرن بازیابی صدا، مانند برنامه iZotope RX، به طور فعال از طیف نگار برای ویرایش مناطق فرکانس زمانی در سیگنال استفاده می کنند. با استفاده از این تکنیک می توانید صداهای ناخواسته مانند زنگ را پیدا کرده و سرکوب کنید تلفن همراهدر حین ضبط مهم، صدای تق تق در صندلی پیانیست، سرفه در سالن و غیره.

بیایید استفاده از یک طیف نگار برای حذف سوت های طرفداران از ضبط کنسرت را نشان دهیم.

برنج. 8. حذف صداهای ناخواسته با استفاده از طیف نگار

در شکل 8 سوت به راحتی پیدا می شود: این یک خط خمیده سبک در حدود 3 کیلوهرتز است. اگر فرکانس سوت ثابت بود، می‌توان با استفاده از فیلتر ناچ آن را مهار کرد. با این حال، در مورد ما فرکانس تغییر می کند. برای برجسته کردن سوت در طیف‌نگار، استفاده از ابزار "عصای جادویی" از برنامه iZotope RX II راحت است. یک بار فشار دادن صدای اصلی سوت را برجسته می کند، فشار دادن مجدد هارمونیک ها را برجسته می کند. پس از این، سوت را می توان به سادگی با فشار دادن کلید Del حذف کرد. با این حال، یک راه دقیق تر، استفاده از ماژول Spectral Repair است: با این کار از "سوراخ" در طیف پس از برداشتن سوت جلوگیری می شود. پس از استفاده از این ماژول در حالت تضعیف با درون یابی عمودی (Attenuate vertically)، سوت تقریباً به طور کامل از ضبط ناپدید می شود: هم به صورت بصری و هم شنیداری.

یکی دیگر از کاربردهای مفید طیف نگار آنالیز وجود آثار فشرده سازی MP3 یا سایر کدک های با اتلاف در یک ضبط است. اکثر ضبط ها با کیفیت اصلی (غیر فشرده) هستند محدوده فرکانستا 20 کیلوهرتز و بالاتر گسترش می یابد. در این مورد، انرژی سیگنال به آرامی با افزایش فرکانس کاهش می یابد (مانند شکل 6، 7). در نتیجه فشرده‌سازی روان‌آکوستیک، فرکانس‌های بالای سیگنال قوی‌تر از فرکانس‌های پایین‌تر کوانتیزه می‌شوند و حد بالایی طیف سیگنال به صفر بازنشانی می‌شود (مانند شکل 8). در این مورد، فرکانس قطع به محتوای سیگنال کدگذاری شده و به نرخ بیت رمزگذار بستگی دارد. واضح است که رمزگذار تمایل دارد فقط فرکانس هایی را در سیگنال تنظیم مجدد کند این لحظهنامفهوم (نقاب دار). بنابراین، فرکانس قطع، به عنوان یک قاعده، در طول زمان تغییر می کند، که یک "حاشیه" مشخصه را در طیف با جزایر انرژی در یک پس زمینه تاریک تشکیل می دهد.

وضعیت مشابهی گاهی با تداخل فرکانس پایین، مانند وزش باد به میکروفون یا یک قطعه ثابت (تغییر در دی سی، افست DC). آنها را می توان در فرکانس های مادون پایین قرار داد و بدون کمک یک تحلیلگر طیف یا اسیلوسکوپ قابل شناسایی نیستند.

نتیجه

در میان مهندسان صدای قدیمی با تجربه، این باور رایج وجود دارد که سیگنال‌ها را باید صرفاً با گوش، بدون تکیه بر شاخص‌ها و آنالایزرها، تجزیه و تحلیل و ویرایش کرد. البته آنالایزرها نوشدارویی برای کاهش شنوایی نیستند. بعید است که کسی ایده اختلاط یک ترکیب "توسط ابزار" را جدی بگیرد.

طیف و طیف نگار راه هایی برای نمایش صدا هستند که نسبت به اسیلوگرام به درک شنوایی نزدیکتر هستند. امیدوارم این مقاله فرصت های جدیدی را در تحلیل و ویرایش صدا برای کسانی که قبلاً با این نمایش ها کار نکرده اند باز کند.

هر یک از شما چه بخواهد چه نخواسته احتمالاً با آنالیزورهای صدا مواجه شده اید. هر کدام بیش از ده سال است که در قفسه های فروشگاه هستند، کم و بیش مناسب. مرکز موسیقییکی دارد. مردم معمولاً آنها را "موسیقی رنگی"، "اکولایزر" و مانند آن می نامند. در رایانه نیز، بسیاری از بازیکنان دارای تحلیلگرهای طیف هستند و در برخی موارد، صدا را به شدت تجسم می کنند (افزونه هایی برای Winamp). اما اکنون نه در مورد کاربران معمولی، بلکه در مورد برنامه های حرفه ای برای تجزیه و تحلیل سیگنال (در مورد ما صدا) صحبت خواهیم کرد. اجازه دهید توضیح دهم که چرا می نویسم "سیگنال". در واقع ، این برنامه ها به شما امکان می دهند سیگنال دریافتی به ورودی کارت صدا را تجزیه و تحلیل کنید ، اما صنعتگرانی هستند که سیگنال های غیر صوتی می دهند و چیزی مانند اسیلوسکوپ یا مولتی متر دریافت می کنند ، اما باز هم ما به این نیاز نداریم. در بررسی خود من 3 برنامه برای تجزیه و تحلیل سیگنال (صدا) گنجاندم: PAS Analysis Center v3.5، 4Pockets PocketRTA PC v1.0 و Pinguin Audio Meter v2.2.

مرکز تجزیه و تحلیل PAS نسخه 3.5

بنابراین، به ترتیب شروع می کنیم: وقتی برنامه را اجرا می کنیم، چندین پنجره را می بینیم (شکل 1). اینها مواردی است که در ادامه بررسی خواهیم کرد.

شکل 1. ویندوز در مرکز تجزیه و تحلیل PAS نسخه 3.5

اولین پنجره است آنالایزر طیف، خود آنالایزر طیف. در برگه اول (طول FFT) تنظیمات برای تبدیل فوریه (در واقع فرآیند نمایش سیگنال به شکل طیفی) انجام می شود. Blackman، Hamming، Parzen و غیره اصطلاحاً "پنجره" هستند، به عبارت دیگر، اینها نام ریاضیدانانی هستند که هر کدام تابع وزنی خود را برای نشان دادن طیف صدا پیشنهاد کرده اند. اگر می خواهید تفاوت بین آنها را احساس کنید، ژنراتور را روشن کنید (شکل 2) و یک موج سینوسی (Sine) ایجاد کنید.

شکل 2. ژنراتور را روشن کنید

از آنجایی که یک موج سینوسی به طور ایده‌آل باید یک پیک در ناحیه طیفی ایجاد کند، می‌توانید «پنجره‌های» فوق‌الذکر را تغییر دهید و به نتیجه نگاه کنید.

پارامتر بعدی این است طول FFT. این تعداد نمونه در تبدیل فوریه است. هر چه این مقدار بزرگتر باشد، دقیق تر است پاسخ طیفیاما روند کندتر است. و بالعکس.

برگه بعدی - مقیاس. تنظیمات مقیاس تحلیلگر طیف در اینجا قرار دارد. هر سه مشخصه تنش/فشردگی در امتداد محورها را تنظیم می کنند.

نمایش دادن. این تب حاوی تنظیماتی برای نمای تحلیلگر طیف است.

دامنه لاگ و فرکانس ورود- مقیاس های لگاریتمی یا خطی در امتداد محورهای مربوطه. رسم شبکه - رسم یک شبکه. رسم غیرفعال - برجسته کردن باندهای طیفی. Draw Amplitude scale و Draw Frequency scale - به ترتیب کالیبراسیون مقیاس های سطح و فرکانس را نمایش می دهد. قله ها را ترسیم کنید - مقادیر اوج را ترسیم کنید. Peaks hold - آخرین مقدار پیک را نمایش می دهد.

نوع- نوع تجسم طیف حالت اسکرول در اینجا بسیار جالب است، زیرا ... در این حالت، بعد 3 نیز گنجانده شده است - زمان.

قله ها- تنظیم نمایش قله ها اعداد - ضخامت اوج. تاخیر اوج - تاخیر اوج. اوج سرعت - اوج میزان پوسیدگی.

پوسیدگی- تنظیم زمان بازسازی ستون های طیفی. برای اصلاح سرعت لازم است، یعنی. به طوری که آنها با سرعت سرسام آور نمی پرند یا برعکس، به سختی پرتاب می شوند و نمی چرخند.

شکل 3. اسیلوسکوپ

پنجره بعدی اسیلوسکوپ است (شکل 3). شکل موج را در مورد صدا و به طور کلی تغییر ولتاژ (یا جریان بسته به اتصال) سیگنال مورد تجزیه و تحلیل را نشان می دهد.

طول FFT- همانطور که قبلاً گفتم، این یک تنظیم برای تبدیل فوریه است.

مقیاس- در اینجا می توانید برچسب های مقیاس را تنظیم کنید. جلوه - جداسازی رنگ را برای قله ها (قله ها) یا برای قسمت های بالا/پایین (Splitt) انتخاب کنید.

نمایش دادن- مشاهده تنظیمات در اینجا ارزش برجسته کردن Scroll را دارد - فشرده سازی زمان قابل توجهی که برای مشاهده یک تصویر کلی تر راحت است.

لباس- نوع ترسیم موج

حالت ماشه- این عملکرد مشابه عملکرد ماشه در اسیلوسکوپ ها است. و بعید است برای تحلیل موسیقی مفید باشد. پرچم بالا و پرچم پایین - کدام لبه برای همگام سازی (در سیگنال های دندان اره قابل توجه است). سطح ماشه - سطح ماشه.

و آخرین پنجره - طیف نگار(شکل 4) این در واقع یک طیف معکوس است که در طول زمان کشیده شده است. دامنه (سطح) به صورت رنگی در اینجا نمایش داده می شود.

شکل 4. طیف نگار

طول FFT - قبلاً ببینید.

مقیاس- تنظیمات مقیاس و افزایش مقیاس آمپر - افزایش. حساس - حساسیت. مقیاس فرکانس - درجه کشش محور فرکانس. فرکانس پایه - فرکانس اصلی (پایین).

نمایش دادن- تنظیمات نمایش طیف نگار شتاب - شتاب در زمان. برجسته - تغییر پس‌زمینه طیف‌نگار، به ویژه با تنظیمات دیگر (سیاه و سفید در لباس). صفحه نمایش اسکرول - در حین عبور یا برگشت، صفحه نمایش را اسکرول کنید.

لباس - تنظیمات رنگطیف نگارها

این بررسی ویندوز را به پایان می رساند.

اکنون می خواهم کمی در مورد اصول اولیه عملکرد این برنامه و سایر موارد مشابه (آنالایزر سیگنال) بگویم.

3 حالت عملکرد چنین برنامه هایی وجود دارد: 1. زنده (تجزیه و تحلیل صدای بلادرنگ از ورودی کارت صدا). در اینجا شکل 5 را ببینید

شکل 5. حالت زنده

2. پخش کننده فایل. فایل های از قبل ضبط شده را تجزیه و تحلیل می کند (شکل 6 را ببینید)

شکل 6. حالت پخش کننده

3. حالت ژنراتور. قبلاً در بالا به آن اشاره کردم (شکل 2 را ببینید). برای ترفندها و تنظیمات مفید است.

4 جیبی PocketRTA PC نسخه 1.0

این محصول جالب است زیرا برای دو پلتفرم PC و Pocket PC ساخته شده است. هم برای کامپیوترهای رومیزی و هم برای کامپیوترهای جیبی من نسخه دسکتاپ را بررسی خواهم کرد.

بنابراین، با روشن کردن برنامه، پنجره اصلی برنامه را می بینیم (شکل 7).

شکل 7. پنجره اصلی 4Pockets PocketRTA PC v1.0

در بالا سطوح سیگنال ورودی را می بینیم. درست در زیر بخشی است که سطح بلندترین فرکانس در طیف را به شکل نشان می دهد، در واقع، مقدار عددیدر هرتز و همچنین تقریباً نت مربوط به این فرکانس. پنجره آنالیزور حتی پایین تر قرار دارد. در پایین بخش تنظیمات وجود دارد. در اینجا با جزئیات بیشتری به آن خواهیم پرداخت.

مقیاس- انتخاب دقت و نوع آنالیزور. علاوه بر این، یک اسیلوسکوپ (نمونه)، یک طیف نگار (Spectrograph) و یک عملکرد غیر معمول مانند سطح وجود دارد. فشار صدا(SPL). با استفاده از SPL، نسبت سیگنال به نویز و برخی مشخصات سخت افزاری تعیین می شود.

میانگین- عملکرد برای مشاهده راحت طیف (کاهش سرعت / افزایش سرعت)

دوشنبه- (کانال مانیتور) انتخاب نوع کانال های آنالیز شده (مونو، استریو، چپ، راست)

پی گیری- سطوح اوج را روی صفحه ذخیره می کند. مناسب برای تنظیمات اکتاو.

وزن- طبق گفته توسعه دهندگان، در فرکانس های زیر 500 هرتز و بالای 4 کیلوهرتز، حساسیت شنوایی کاهش می یابد، به این معنی که خارج از این محدودیت های فرکانس، فرد صداهای آرام تری می شنود. برای جبران این اثر، تجهیزات حرفه ای از منحنی های وزن استفاده می کنند. 4 نوع منحنی وزن در اینجا موجود است.

پوسیدگی- نرخ کاهش ستون های طیفی.

کسب کردن- تنظیم بهره افزایش 3 دسی بل برابر با دو برابر شدن است.

مکث کنید- مکث (کسی که در آن شک داشت).

لحن- ژنراتور 8 ایستگاه از پیش تنظیم موج سینوسی با فرکانس های مختلف و 2 ایستگاه از پیش تنظیم نویز موجود است.

همچنین می خواهم توجه شما را به این نکته جلب کنم که در حالت تحلیلگر طیف می توانیم در قسمت زیر سطوح فرکانس، نت و سطح را در نقطه ای که با ماوس کلیک می کنیم مشاهده کنیم. گاهی اوقات مفید است.

سنج صوتی پنگوئن نسخه 2.2

این محصول مانند برادران خود تنظیمات انعطاف پذیری ندارد. اما من آن را به دلیل سادگی و طراحی آن دوست داشتم، زیرا همیشه و همه نیازی به استفاده زیادی از تنظیمات پیچیده ندارند.

برنامه سنج صوتی پنگوئنفقط 4 پنجره دارد (شکل 8)

شکل 8. پنجره اصلی Pinguin Audio Meter v2.2

راحتی این برنامه این است که هر پنجره را می توان گسترش داد و به این ترتیب مشاهده آن بسیار لذت بخش تر است. وقتی فشار می دهید دکمه سمت راستماوس، یک منو با تنظیمات برای هر پنجره ظاهر می شود.

PPM متر- نشانگر سطح (شکل 9). تنظیمات موجود- آرایش افقی/عمودی (افقی)، نمایش استاتیک سطوح اوج(پیک نگه داشتن)، نمایش سطوح پیک با تضعیف (پاک شدن اوج)، زمان پوسیدگی سطح (زمان فروپاشی) و تنظیمات رنگ (رنگ).

شکل 9. PPM متر - نشانگر سطح در سنج صوتی Pinguin

استریو متر - نشانگر همبستگی فاز و عرض استریو در مختصات X-Y(شکل 10).

شکل 10. استریو متر در سنج صوتی Pinguin

تنظیمات زیر موجود است:

نقاط قابل مشاهده- تعداد نقاط قابل مشاهده برای تنظیم وضوح تصویر.

نقاط ضخیم- نقاط پررنگ یا کوچک.

نمونه ها- زمان نمونه برداری. قابل تنظیم برای کاهش بار CPU.

آنالایزر طیف- تحلیلگر طیف (همانطور که ممکن است حدس بزنید) (شکل 11).

شکل 11. تحلیلگر طیف در سنج صوتی پنگوئن

در منوی تنظیمات، همان مواردی که برای نشانگر سطح موجود است، وجود دارد، اما چند مورد دیگر نیز وجود دارد.

پنجره- توابع وزن دهی تبدیل فوریه (به بالا، در مورد آزمایشگاه طیف مراجعه کنید). 7 عملکرد در دسترس است. سازندگان برنامه عملکرد ولش را جالب می دانند.

حالت ورودی- حالت نمایش کانال های تجزیه و تحلیل شده در اینجا، بر خلاف برنامه های قبلاً مورد بحث، نمی توانید چندین کانال را به طور همزمان نمایش دهید.

همبستگی متر- همبستگی سنج اختلاف فاز (همبستگی) بین دو کانال را نشان می دهد (شکل 12). این یک نوع بررسی "کیفیت تصویر استریو" است. این فقط دو تنظیم دارد - حالت روشن و افقی.

شکل 12. همبسته سنج در صدا سنج Pinguin

این همه برای "آنالیزور پنگوئن" ما است. بله، چند تنظیمات دیگر مانند نرخ نمونه، انتخاب دستگاه و اولویت برنامه در نوار ابزار وجود دارد.

خوب، در پایان، تصمیم گرفتم داده های اصلی را در یک جدول خلاصه کنم، یعنی. آنالایزرهای فوق را مقایسه کنید

پارامتر	مرکز تجزیه و تحلیل PAS نسخه 3.5	4 جیبی PocketRTA PC نسخه 1.0	سنج صوتی پنگوئن نسخه 2.2
تحلیلگر طیف	+	+	+
طیف نگار	+	+	-
اسیلوسکوپ	+	+	-
نشانگر همبستگی فاز (X-Y)	-	-	+
همبسته سنج	-	-	+
تنظیمات FFT	+	+	-
مولد سیگنال	+	+	-
تجزیه و تحلیل فایل	+	+	-
تعداد "پنجره" (انواع نمایش طیف)	7	4	7
ظاهر (مقیاس 5 درجه ای)	3	2	4

همانطور که از جدول خلاصه پیداست سنج صوتی پنگوئن نسخه 2.2از نظر عملکرد نسبتاً ضعیف است ، اما چندین "ترفند" دارد که برادران قدرتمندتر آن نمی توانند به آنها ببالند - یک همبستگی و یک نشانگر همبستگی فاز. ظاهر- ارزیابی شخصی من، یعنی کاملا ذهنی من آن را در یک مقیاس 5 درجه ای رتبه بندی کردم. من 5 را به کسی ندادم، زیرا، می بینید، از نظر گرافیکی می شد بهتر عمل کرد (همان پلاگین های Winamp را به خاطر بسپارید). اما با این حال، من ظاهر "پنگوئن" را دوست داشتم.

توجه داشته باشید:

برنامه های توضیح داده شده در این مقاله:

SoundCard Oszilloscope - برنامه ای که کامپیوتر شما را به یک اسیلوسکوپ دو کاناله، یک ژنراتور فرکانس پایین دو کاناله و یک تحلیلگر طیف تبدیل می کند.

عصر بخیر، رادیو آماتورهای عزیز!
هر آماتور رادیویی می داند که برای ایجاد دستگاه های رادیویی کم و بیش پیچیده، شما باید نه تنها یک مولتی متر در اختیار داشته باشید. امروزه در فروشگاه های ما می توانید تقریباً هر دستگاهی را خریداری کنید ، اما - یک "اما" وجود دارد - هزینه یک دستگاه با کیفیت مناسب کمتر از چند ده هزار روبل ما نیست و این راز نیست که برای اکثر روس ها این است. مقدار قابل توجهی پول، و بنابراین این دستگاه ها اصلا در دسترس نیستند، یا یک آماتور رادیویی دستگاه هایی را خریداری می کند که برای مدت طولانی استفاده می شود.
امروز در سایت ، سعی خواهیم کرد آزمایشگاه رادیو آماتور را به ابزار مجازی رایگان مجهز کنیم -اسیلوسکوپ دیجیتال دو کاناله, ژنراتور دو کاناله فرکانس صوتی , تحلیلگر طیف. تنها عیب این دستگاه ها این است که همه آنها فقط در باند فرکانسی از 1 هرتز تا 20000 هرتز کار می کنند. این سایت قبلاً توضیحاتی در مورد یک برنامه رادیویی آماتور مشابه داده است:“ “ - برنامه تبدیل کامپیوتر خانگیبه یک اسیلوسکوپ.
امروز می خواهم برنامه دیگری را مورد توجه شما قرار دهم - "اسکیلسکوپ کارت صدا". این برنامه مرا جذب کرد ویژگی های خوب، طراحی متفکرانه، سهولت یادگیری و کار در آن. این برنامهبه انگلیسی، بدون ترجمه روسی. اما من این را یک نقطه ضعف نمی دانم. اولاً فهمیدن نحوه کار در برنامه بسیار آسان است ، خودتان آن را خواهید دید و ثانیاً روزی خواهید داشت سازهای خوب(و آنها همه علائم را به زبان انگلیسی دارند، اگرچه خودشان چینی هستند) و شما بلافاصله و به راحتی به آنها عادت خواهید کرد.

این برنامه توسط C. Zeitnitz توسعه یافته است و رایگان است، اما فقط برای استفاده خصوصی. یک مجوز برای برنامه حدود 1500 روبل هزینه دارد، و همچنین یک مجوز به اصطلاح "مجوز خصوصی" وجود دارد - حدود 400 روبل هزینه دارد، اما این بیشتر کمک مالی به نویسنده برای بهبود بیشتر برنامه است. ما به طور طبیعی استفاده خواهیم کرد نسخه رایگانبرنامه ای که تفاوتش فقط در این است که وقتی آن را اجرا می کنید، هر بار که پنجره ای ظاهر می شود که از شما می خواهد مجوز بخرید.

دانلود برنامه ( آخرین نسخهاز دسامبر 2012):

(28.1 مگابایت، 51272 بازدید)

ابتدا بیایید "مفاهیم" را درک کنیم:
اسیلوسکوپ- دستگاهی که برای تحقیق، مشاهده، اندازه گیری دامنه و فواصل زمانی طراحی شده است.
اسیلوسکوپ ها طبقه بندی می شوند:
♦ بر اساس هدف و روش نمایش اطلاعات:
- اسیلوسکوپ هایی با اسکن دوره ای برای مشاهده سیگنال های روی صفحه نمایش (در غرب به آنها اسیلوسکوپ می گویند)
– اسیلوسکوپ هایی با جاروی مداوم برای ثبت منحنی سیگنال روی نوار عکاسی (که در غرب به آن اسیلوگراف می گویند)
♦ با روش پردازش سیگنال ورودی:
- آنالوگ
– دیجیتال

این برنامه در محیطی کمتر از W2000 اجرا می شود و شامل موارد زیر است:
- اسیلوسکوپ دو کاناله با پهنای باند (بسته به کارت صدا) نه کمتر از 20 تا 20000 هرتز؛
- ژنراتور سیگنال دو کاناله (با فرکانس تولید شده مشابه)؛
- آنالایزر طیف
– و همچنین امکان ضبط سیگنال صوتی برای مطالعه بعدی وجود دارد

هر کدام از این برنامه ها دارند ویژگی های اضافی، که در حین مطالعه آنها را در نظر خواهیم گرفت.

ما با مولد سیگنال شروع می کنیم:

همانطور که قبلاً گفتم، مولد سیگنال دو کاناله است - کانال 1 و کانال 2.
بیایید هدف سوئیچ ها و پنجره های اصلی آن را در نظر بگیریم:
1 – دکمه هایی برای روشن کردن ژنراتورها؛
2 – پنجره تنظیم شکل موج خروجی:
آبی- سینوسی
مثلث- مثلثی
مربع- مستطیل شکل
دندان اره ای- دندان اره ای
نویز سفید- سر و صدای سفید
3 – تنظیم کننده های دامنه سیگنال خروجی (حداکثر - 1 ولت)؛
4 – کنترل های تنظیم فرکانس (فرکانس مورد نظر را می توان به صورت دستی در پنجره های زیر کنترل ها تنظیم کرد). اگرچه حداکثر فرکانس در رگولاتورها 10 کیلوهرتز است، اما می توانید هر فرکانس مجاز را در پنجره های پایین (بسته به کارت صدا) وارد کنید.
5 – ویندوز برای تنظیم فرکانس به صورت دستی؛
6 – روشن کردن حالت "Sweep - Generator". در این حالت، فرکانس خروجی ژنراتور به صورت دوره ای از حداقل مقدار تنظیم شده در کادرهای "5" به حداکثر مقدار تعیین شده در جعبه "Fend" در طول زمان تعیین شده در جعبه "Time" تغییر می کند. این حالت را می توان برای هر یک کانال یا برای دو کانال به طور همزمان فعال کرد.
7 – پنجره هایی برای تنظیم فرکانس و زمان نهایی حالت Sweep.
8 – اتصال نرم افزارخروجی کانال ژنراتور به کانال ورودی اول یا دوم اسیلوسکوپ.
9 - تنظیم اختلاف فاز بین سیگنال های کانال اول و دوم ژنراتور.
10 -درتنظیم چرخه وظیفه سیگنال (فقط برای سیگنال مستطیلی معتبر است).

حالا بیایید به خود اسیلوسکوپ نگاه کنیم:

1 – دامنه - تنظیم حساسیت کانال انحراف عمودی
2 – همگام سازی- امکان تنظیم جداگانه یا همزمان دو کانال با توجه به دامنه سیگنال (با بررسی یا برداشتن علامت)
3, 4 – به شما امکان می دهد سیگنال ها را در امتداد ارتفاع صفحه برای مشاهده فردی آنها جدا کنید
5 – تنظیم زمان جارو (از 1 میلی ثانیه تا 10 ثانیه، با 1000 میلی ثانیه در 1 ثانیه)
6 – شروع پایانعملکرد اسیلوسکوپ هنگامی که متوقف می شود، وضعیت فعلی سیگنال ها روی صفحه ذخیره می شود و دکمه ذخیره ظاهر می شود ( 16 ) به شما امکان می دهد وضعیت فعلی را در رایانه خود در قالب 3 فایل ذخیره کنید (داده های متنی سیگنال مورد مطالعه، یک تصویر سیاه و سفید و تصویر رنگیتصاویر از صفحه اسیلوسکوپ در لحظه توقف)
7 – ماشه – دستگاه نرم افزاری، که شروع جارو را تا زمانی که شرایط خاصی برآورده شود به تاخیر می اندازد و برای به دست آوردن یک تصویر پایدار در صفحه اسیلوسکوپ عمل می کند. 4 حالت وجود دارد:
– روشن خاموش. هنگامی که ماشه خاموش است، تصویر روی صفحه نمایش "در حال اجرا" یا حتی "لکه دار" به نظر می رسد.
– حالت خودکار. خود برنامه حالت (معمولی یا تک) را انتخاب می کند.
– حالت عادی . در این حالت، یک جاروی مداوم سیگنال مورد مطالعه انجام می شود.
– حالت تک نفره. در این حالت، یک جاروی سیگنال یک بار انجام می شود (با فاصله زمانی تعیین شده توسط تنظیم کننده زمان).
8 – انتخاب کانال فعال
9 – حاشیه، غیرمتمرکز- نوع ماشه سیگنال:
- رو به افزایش- در امتداد جلوی سیگنال مورد مطالعه
– افتادن- با توجه به کاهش سیگنال مورد مطالعه
10 – تنظیم خودکار – نصب اتوماتیکزمان جارو، حساسیت کانال انحراف عمودی Amplitude، و همچنین تصویر به مرکز صفحه نمایش هدایت می شود.
11 -حالت کانال- تعیین می کند که چگونه سیگنال ها روی صفحه اسیلوسکوپ نمایش داده می شوند:
– تنها- خروجی مجزا از دو سیگنال به صفحه نمایش
- CH1 + CH2– خروجی مجموع دو سیگنال
– CH1 - CH2- خروجی تفاوت بین دو سیگنال
– CH1 * CH2– خروجی حاصل ضرب دو سیگنال
12 و 13 – انتخاب نمایش کانال ها بر روی صفحه نمایش (یا هر یک از این دو یا دو به طور همزمان، مقدار در کنار نشان داده می شود دامنه)
14 – خروجی شکل موج کانال 1
15 – خروجی شکل موج کانال 2
16 – قبلاً گذشت - ضبط سیگنال به رایانه در حالت توقف اسیلوسکوپ
17 – مقیاس زمانی (ما یک تنظیم کننده داریم زماندر موقعیت 10 میلی ثانیه است، بنابراین مقیاس از 0 تا 10 میلی ثانیه نمایش داده می شود)
18 – وضعیت- وضعیت فعلی ماشه را نشان می دهد و همچنین به شما امکان نمایش داده های زیر را می دهد:
- HZ و ولت- نمایش فرکانس ولتاژ فعلی سیگنال مورد مطالعه
– مکان نما- گنجاندن مکان نماهای عمودی و افقی برای اندازه گیری پارامترهای سیگنال مورد مطالعه
– ورود به سیستم برای پر کردن– ثبت ثانیه به ثانیه پارامترهای سیگنال مورد مطالعه.

اندازه گیری روی اسیلوسکوپ

ابتدا بیایید مولد سیگنال را راه اندازی کنیم:

1. کانال 1 و کانال 2 را روشن کنید (مثلث های سبز روشن می شوند)
2. سیگنال های خروجی - سینوسی و مربعی را تنظیم کنید
3. دامنه سیگنال های خروجی را روی 0.5 تنظیم کنید (ژنراتور سیگنال هایی با حداکثر دامنه 1 ولت تولید می کند و 0.5 به معنای دامنه سیگنال برابر با 0.5 ولت خواهد بود).
4. فرکانس ها را روی 50 هرتز قرار دهید
5. به حالت اسیلوسکوپ بروید

اندازه گیری دامنه سیگنال:

1. دکمه زیر کتیبه اندازه گرفتنحالت را انتخاب کنید HZ و ولت، در کنار نوشته ها یک تیک قرار دهید فرکانس و ولتاژ. در همان زمان، فرکانس های فعلی برای هر یک از دو سیگنال (تقریبا 50 هرتز)، دامنه سیگنال کامل Vp-pو ولتاژ سیگنال موثر وف.
2. دکمه زیر کتیبه اندازه گرفتنحالت را انتخاب کنید نشانگرهاو یک تیک کنار کتیبه قرار دهید ولتاژ. در این مورد ما دو تا داریم خطوط افقیو در پایین کتیبه هایی وجود دارد که دامنه مولفه های مثبت و منفی سیگنال را نشان می دهد ( آو همچنین محدوده کلی دامنه سیگنال ( dA).
3. خطوط افقی را در موقعیت مورد نیاز نسبت به سیگنال قرار می دهیم، روی صفحه نمایش داده هایی را در مورد دامنه آنها دریافت می کنیم:

اندازه گیری فواصل زمانی:

ما همان عملیات را برای اندازه گیری دامنه سیگنال ها انجام می دهیم، به استثنای - در حالت نشانگرهایک تیک کنار کتیبه قرار دهید زمان. در نتیجه به جای خطوط افقی، دو خط عمودی خواهیم داشت و فاصله زمانی بین دو در زیر نمایش داده می شود. خطوط عمودیو فرکانس فعلی سیگنال در این بازه زمانی:

تعیین فرکانس و دامنه سیگنال

در مورد ما، نیازی به محاسبه خاص فرکانس و دامنه سیگنال نیست - همه چیز در صفحه اسیلوسکوپ نمایش داده می شود. اما اگر برای اولین بار در زندگی خود مجبور به استفاده از اسیلوسکوپ آنالوگ هستید و نمی دانید چگونه فرکانس و دامنه سیگنال را تعیین کنید، این موضوع را برای اهداف آموزشی در نظر خواهیم گرفت.

تنظیمات ژنراتور را همانطور که بود رها می کنیم، به استثنای تنظیم دامنه سیگنال روی 1.0 و تنظیم تنظیمات اسیلوسکوپ مانند تصویر:

ما کنترل دامنه سیگنال را روی 100 میلی ولت، کنترل زمان جابجایی را روی 50 میلی ثانیه تنظیم می کنیم و تصویری مانند بالا روی صفحه نمایش می گیریم.

اصل تعیین دامنه سیگنال:
تنظیم کننده دامنهما در موقعیتی هستیم 100 میلی ولتیعنی هزینه تقسیم شبکه به صورت عمودی روی صفحه اسیلوسکوپ 100 میلی ولت است. تعداد تقسیمات را از پایین سیگنال به بالا می شماریم (10 تقسیم می گیریم) و در قیمت یک تقسیم ضرب می کنیم - 10*100= 1000 میلی ولت= 1 ولتیعنی دامنه سیگنال از بالا به پایین 1 ولت است. دقیقاً به همین ترتیب، می توانید دامنه سیگنال را در هر قسمت از اسیلوگرام اندازه گیری کنید.

تعیین مشخصات زمان بندی سیگنال:
تنظیم کننده زمانما در موقعیتی هستیم 50 میلی ثانیه. تعداد تقسیمات افقی مقیاس اسیلوسکوپ 10 است (در این حالت 10 تقسیم در صفحه داریم)، ​​50 را بر 10 تقسیم کنید و 5 بدست آورید، یعنی هزینه یک تقسیم برابر با 5 میلی ثانیه خواهد بود. بخش اسیلوگرام سیگنال مورد نیاز خود را انتخاب می کنیم و شمارش می کنیم که در چند بخش قرار می گیرد (در مورد ما 4 بخش). قیمت 1 تقسیم را در تعداد تقسیمات ضرب کنید 5*4=20 و تعیین کنید که دوره سیگنال در منطقه مورد مطالعه است 20 میلی ثانیه.

تعیین فرکانس سیگنال
فرکانس سیگنال مورد مطالعه با فرمول معمول تعیین می شود. می دانیم که یک دوره سیگنال ما برابر است با 20 میلی ثانیه، باید بفهمیم در یک ثانیه چند دوره وجود دارد - 1 ثانیه/20 میلی ثانیه = 1000/20 = 50 هرتز.

آنالایزر طیف

آنالایزر طیف- وسیله ای برای مشاهده و اندازه گیری توزیع نسبی انرژی نوسانات الکتریکی (الکترومغناطیسی) در یک باند فرکانسی.
آنالایزر طیف فرکانس پایین(مانند مورد ما) برای کار در محدوده فرکانس صوتی طراحی شده است و به عنوان مثال برای تعیین پاسخ فرکانس دستگاه های مختلف، هنگام مطالعه ویژگی های نویز و تنظیم تجهیزات مختلف رادیویی استفاده می شود. به طور خاص، ما می توانیم پاسخ دامنه فرکانس تقویت کننده صوتی در حال مونتاژ را تعیین کنیم، فیلترهای مختلف را پیکربندی کنیم و غیره.
هیچ چیز پیچیده ای در کار با یک آنالایزر طیف وجود ندارد که در زیر هدف تنظیمات اصلی آن را بیان می کنم و شما خودتان از طریق تجربه به راحتی متوجه خواهید شد که چگونه با آن کار کنید.

این چیزی است که تحلیلگر طیف در برنامه ما به نظر می رسد:

اینجا چه چیزی است - چه چیزی:

1. نمای عمودی مقیاس تحلیلگر
2. انتخاب کانال های نمایش داده شده از فرکانس مولد و نوع نمایش
3. قسمت کاری آنالایزر
4. دکمه ای برای ثبت وضعیت فعلی اسیلوگرام در هنگام توقف
5. حالت کار بزرگنمایی
6. تغییر مقیاس افقی (مقیاس فرکانس) از نمای خطی به نمای لگاریتمی
7. فرکانس سیگنال فعلی زمانی که ژنراتور در حالت جاروب کار می کند
8. فرکانس فعلی در موقعیت مکان نما
9. نشانگر اعوجاج هارمونیک سیگنال
10. تنظیم فیلتر برای سیگنال ها بر اساس فرکانس

چهره های Lissajous را مشاهده کنید

چهره های Lissajous- مسیرهای بسته ترسیم شده توسط نقطه ای که به طور همزمان دو نوسان هارمونیک را در دو جهت متقابل عمود بر هم انجام می دهد. شکل ظاهری به رابطه بین دوره ها (فرکانس ها)، فازها و دامنه های هر دو نوسان بستگی دارد.

اگر به ورودی ها اعمال می کنید " ایکس"و" Y» سیگنال های اسیلوسکوپ از فرکانس های نزدیک، سپس ارقام Lissajous را می توان بر روی صفحه نمایش مشاهده کرد. این روش به طور گسترده ای برای مقایسه فرکانس دو منبع سیگنال و تطبیق یک منبع با فرکانس منبع دیگر استفاده می شود. هنگامی که فرکانس ها نزدیک هستند، اما با یکدیگر برابر نیستند، شکل روی صفحه می چرخد، و دوره چرخه چرخش متقابل اختلاف فرکانس است، به عنوان مثال، دوره چرخش 2 ثانیه است - تفاوت در فرکانس ها از سیگنال ها 0.5 هرتز است. اگر فرکانس ها برابر باشند، در هر فازی شکل بی حرکت یخ می زند، اما در عمل، به دلیل ناپایداری های کوتاه مدت سیگنال ها، شکل روی صفحه اسیلوسکوپ معمولاً کمی می لرزد. نه تنها می توانید از آن برای مقایسه استفاده کنید همان فرکانس ها، اما همچنین در یک نسبت چندگانه، به عنوان مثال، اگر منبع مرجع فقط می تواند فرکانس 5 مگاهرتز را تولید کند، و منبع تنظیم شده - 2.5 مگاهرتز.

من مطمئن نیستم که این عملکرد برنامه برای شما مفید باشد، اما اگر به طور ناگهانی به آن نیاز پیدا کردید، فکر می کنم که به راحتی می توانید این عملکرد را به تنهایی کشف کنید.

عملکرد ضبط صدا

قبلاً گفتم که این برنامه به شما امکان می دهد هر کدام را ضبط کنید سیگنال صوتیروی کامپیوتر برای مطالعه بیشتر عملکرد ضبط سیگنال دشوار نیست و به راحتی می توانید نحوه انجام آن را بفهمید:

برنامه "کامپیوتر-اسیلوسکوپ".