Programma per l'analisi dello spettro della scheda audio.

Cosa pensi che facciano le ragazze quando si mettono insieme? Fanno shopping, fanno foto, vanno nei saloni di bellezza? Sì, lo è, ma non tutti lo fanno. Questo articolo discuterà di come due ragazze hanno deciso di assemblare un dispositivo elettronico con le proprie mani.

Perché Analizzatore di Spettro?

Dopotutto, ci sono alcune soluzioni software a questo problema e ci sono anche molte opzioni di implementazione hardware. In primo luogo, volevo davvero lavorare con un gran numero di LED (visto che abbiamo già assemblato un cubo di led, ciascuno per noi, ma di piccole dimensioni), e in secondo luogo, applicare in pratica le conoscenze acquisite sull'elaborazione digitale del segnale e, in - terzo, ancora una volta esercitati a lavorare con un saldatore.

Sviluppo del dispositivo

Perché prendere una soluzione già pronta e farlo rigorosamente secondo le istruzioni è noioso e poco interessante, quindi abbiamo deciso di sviluppare noi stessi il circuito, basandoci solo un po' sui dispositivi già creati.

Come display è stata scelta una matrice LED 8x32. Era possibile utilizzare matrici led 8x8 già pronte e assemblarle, ma abbiamo deciso di non negarci il piacere di sederci la sera con un saldatore, e quindi abbiamo assemblato noi stessi il display dai LED.

Per pilotare il display, non abbiamo reinventato la ruota e abbiamo utilizzato un circuito di controllo dinamico del display. Quelli. hanno scelto una colonna, l'hanno accesa, le altre colonne sono state spente in quel momento, poi hanno scelto la successiva, l'hanno accesa, le altre si sono spente, ecc. A causa del fatto che l'occhio umano non è perfetto, possiamo osservare un'immagine statica sul display.
Prendendo il percorso di minor resistenza, è stato deciso che sarebbe stato ragionevole trasferire tutti i calcoli al controller Arduino.

L'inclusione di una determinata riga in una colonna viene eseguita aprendo la chiave corrispondente. Per ridurre il numero di pin di uscita del controller, la colonna viene selezionata tramite decodificatori (quindi possiamo ridurre il numero di linee di controllo a 5).

Il connettore TRS (mini-jack 3,5 mm) è stato scelto come interfaccia per il collegamento ad un computer (o altro dispositivo in grado di trasmettere un segnale audio).

Assemblaggio del dispositivo

Iniziamo ad assemblare il dispositivo realizzando un mock-up del pannello frontale del dispositivo.

Il materiale per il pannello frontale era di plastica nera spessa 5 mm (poiché anche il diametro della lente del diodo è di 5 mm). In base al layout sviluppato, segniamo, tagliamo il pannello frontale alla dimensione richiesta e trapaniamo i fori nella plastica per i LED.

Pertanto, otteniamo un pannello frontale già pronto, sul quale è già possibile assemblare il display.

Come LED per la matrice sono stati utilizzati due colori (rosso-verde) con un catodo comune GNL-5019UEUGC. Prima di iniziare l'assemblaggio della matrice, essendo guidati dalla regola "il controllo extra non danneggerà" tutti i LED, vale a dire 270 pezzi. (l'hanno preso con un margine per ogni evenienza), sono stati testati per l'operatività (per questo, è stato assemblato un dispositivo di test, incluso un connettore, un resistore da 200 e un alimentatore da 5 V).

Quindi spieghiamo i LED come segue. Pieghiamo gli anodi dei diodi rosso e verde in una direzione (a destra), pieghiamo il catodo nell'altra direzione, assicurandoci che il catodo sia più basso degli anodi. E poi piegare il catodo verso il basso a 90°.

Iniziamo l'assemblaggio della matrice dall'angolo in basso a destra, lo assembliamo per colonne.

Ricordando la regola "il controllo extra non guasta", dopo una o due colonne saldate, controlliamo le prestazioni.

La matrice finita ha questo aspetto.

Vista posteriore:

Secondo lo schema sviluppato, saldiamo il circuito di controllo di riga e colonna, saldiamo i loop e un posto per Arduino.

Si è deciso di visualizzare non solo lo spettro di frequenza di ampiezza, ma anche lo spettro di frequenza di fase, nonché selezionare il numero di campioni da visualizzare (32,16,8,4). Per questo sono stati aggiunti 4 interruttori: uno per la scelta del tipo di spettro, due per la scelta del numero di campioni e uno per l'accensione e lo spegnimento del dispositivo.

Scrivere un programma

Ancora una volta, siamo guidati dalla nostra regola e ci assicuriamo che il nostro display sia pienamente operativo. Per fare ciò, scriviamo un semplice programma che illumini completamente tutti i LED del display. Naturalmente, secondo la legge di Murphy, diversi LED mancavano di corrente e dovevano essere sostituiti.

Dopo essersi assicurati che tutto funzionasse, abbiamo iniziato a scrivere il codice del programma principale. Si compone di tre parti: inizializzazione delle variabili necessarie e lettura dei dati, ottenimento dello spettro del segnale mediante la trasformata veloce di Fourier, visualizzazione sul display dello spettro ottenuto con la formattazione necessaria.

Assemblaggio del dispositivo finale

Alla fine, abbiamo un pannello frontale e sotto di esso ci sono un mucchio di fili che devono essere coperti con qualcosa e gli interruttori devono essere fissati su qualcosa. Prima di allora, si pensava di ricavare il corpo dai resti di plastica, ma non immaginavamo come sarebbe stato nello specifico e come farlo. La soluzione al problema è arrivata abbastanza inaspettatamente. Passeggiando per il negozio di ferramenta, abbiamo trovato un vaso di fiori di plastica di dimensioni sorprendentemente perfette.

La questione è rimasta piccola, segna i fori per connettori, cavi e interruttori, oltre a ritagliare due pannelli laterali dalla plastica.

Di conseguenza, mettendo tutto insieme, collegando il dispositivo al computer, abbiamo ottenuto quanto segue:

Spettro ampiezza-frequenza (32 conteggi):

Spettro ampiezza-frequenza (16 punti):

Spettro ampiezza-frequenza (8 campioni):

Spettro ampiezza-frequenza (4 punti):

Spettro di frequenza di fase:

Vista pannello posteriore:

Video del funzionamento del dispositivo

Per chiarezza, il video è stato girato al buio. Il dispositivo visualizza lo spettro di frequenza di ampiezza sul video, quindi a 7 secondi lo passiamo alla modalità spettro di frequenza di fase.

Elenco degli elementi richiesti

1. LED GNL-5019UEUGC - 256 pz. (Per la visualizzazione)
2. Transistor n-p-n KT863A - 8 pz. (Per manipolare le stringhe)
3. Transistor p-n-p С32740 - 32 pz. (Per gestire le colonne)
4. Resistori 1kOhm - 32 pz. (Per limitare la corrente di base dei transistor pnp)
5. Decoder 3/8 IN74AC138 - 4 pz. (Per selezionare una colonna)
6. Decoder 2/4 IN74AC139 - 1 pz. (Per decoder in cascata)
7. Piastra di montaggio 5x10cm - 2 pz.
8. loop
9. Arduino Pro micro - 1 pz.
10. Mini-jack da 3,5 mm - 1 pz.
11. Interruttore - 4 pz.
12. Plastica nera 720 * 490 * 5 mm - 1 foglio. (Per lunetta)
13. Vaso per fiori nero 550 * 200 * 150 mm - 1 pz. (Per il caso)

Il programma è un analizzatore di suoni di ampiezza-frequenza in tempo reale Open Source.

Frequency Analyzer funziona con qualsiasi vibrazione sonora, inclusa la voce umana, eseguendo la Fast Fourier Transform su di esse e suddividendole in componenti di frequenza.

Quando il microfono converte il suono in tensione, la scheda audio funge da voltmetro digitale molto veloce che misura la tensione da 11025 a 44100 volte al secondo (puoi impostare tu stesso il numero di misurazioni al secondo nel programma). Ogni misurazione viene convertita in un numero di otto o sedici cifre. I numeri a sedici cifre consentono un'analisi più accurata dei segnali deboli. Come risultato del campionamento, è possibile ottenere una serie di numeri. Vengono ricreati come una sinusoide nella finestra di lavoro del programma denominata "Wave". Inoltre, qualsiasi suono può essere mostrato come una combinazione di onde sinusoidali di frequenze diverse. Matematicamente, questa divisione in componenti di frequenza è chiamata trasformata di Fourier. Il migliore di tutti gli algoritmi possibili è chiamato Fast Fourier Transform. Pertanto, la finestra "Frequency Spectrum" mostra la composizione spettrale del suono.

Nel programma, puoi selezionare il numero di misurazioni che saranno incluse in una trasformata di Fourier. Più misurazioni vengono effettuate, più frequenze si possono trovare nello spettro. Quando si modifica questo valore in Frequency Analyzer, il grafico cambierà.

Per coloro che desiderano realizzare tali programmi da soli, gli sviluppatori hanno presentato l'algoritmo Fast Fourier Transform originale, creato in C++. Puoi usarlo liberamente in qualsiasi software commerciale. Inoltre, a grande richiesta, il kit di distribuzione include un tutorial su come lavorare con i segnali che arrivano a un microfono utilizzando l'API Win32, il codice sorgente completo dell'analizzatore di frequenza e un libro di testo sulla fisica del suono. Questo pacchetto software funziona senza installazione. Affinché il programma funzioni, è necessario disporre di un microfono e di una scheda audio.

Il numero di calcoli delle trasformate di Fourier al secondo può essere regolato utilizzando il parametro del programma "Velocità (FFT" s per sec). "Tuttavia, gli sviluppatori avvertono che dovresti stare molto attento quando cambi questi valori, poiché i processori lenti potrebbero non avere il tempo di elaborare tutti i valori inviati dalla scheda audio bloccherà il computer.

L'analizzatore di frequenza è stato sviluppato da Reliable Software nel 1996. Questa è un'unione di quattro programmatori indipendenti, due dei quali vivono a Seattle, negli Stati Uniti (Bartosz Milevsky e Debbie Ehrlich), e due a Danzica, in Polonia (Wieslaw Kalkus e Piotr Troyanovski). L'obiettivo principale della sua attività è l'azienda dichiara la lotta contro il software di bassa qualità. Il lavoro sulla creazione dei programmi avviene da remoto in tempo reale tramite Skype. Gli autori hanno già creato una serie di tutorial di Windows e un libro di programmazione online, un blog sulla programmazione dei thread e un riferimento all'API di Windows.

L'interfaccia dell'applicazione è inglese, non c'è localizzazione. Tuttavia, a causa del numero minimo di impostazioni, non è difficile capire il programma.

Frequency Analyzer funziona su personal computer con sistemi operativi Microsoft Windows a partire da Windows 98.

Distribuzione del programma: Software gratuito (gratuito)

Alexey Lukin

Analizzatore di spettro - un dispositivo per misurare e visualizzare lo spettro di un segnale - la distribuzione dell'energia del segnale sulle frequenze. Questo articolo discute i principali tipi di analizzatori di spettro e ne illustra l'uso per la modifica e il ripristino del suono. Particolare attenzione è rivolta ai moderni analizzatori basati suFFT- trasformata di Fourier veloce.

Perché analizzare uno spettro?

Tradizionalmente, nella registrazione audio digitale, una traccia audio è rappresentata sotto forma di oscillogramma che mostra la forma di un'onda sonora (forma d'onda), ovvero la dipendenza dell'ampiezza di un suono dal tempo. Tale rappresentazione è abbastanza chiara per un tecnico del suono esperto: un oscillogramma consente di vedere i principali eventi nel suono, come cambiamenti di volume, pause tra le parti di un brano e spesso anche singole note in una registrazione solista di uno strumento . Ma il suono simultaneo di più strumenti sull'oscillogramma "mischia" e l'analisi visiva del segnale diventa difficile. Tuttavia, il nostro orecchio può facilmente distinguere i singoli strumenti in un piccolo ensemble. Come avviene?

Quando una vibrazione sonora complessa colpisce il timpano dell'orecchio, viene trasmessa attraverso una serie di ossicini a un organo chiamato coclea. La lumaca è un tubo elastico attorcigliato a spirale. Lo spessore e la rigidità della lumaca variano dolcemente dal bordo al centro della spirale. Quando una vibrazione complessa arriva al bordo della coclea, provoca vibrazioni in risposta da diverse parti della coclea. In questo caso, la frequenza di risonanza per ciascuna parte della coclea è diversa. Pertanto, la lumaca scompone una complessa vibrazione sonora in componenti di frequenza separati. Ogni parte della coclea viene avvicinata da gruppi separati di nervi uditivi che trasmettono informazioni sulle vibrazioni della coclea al cervello (per maggiori dettagli sulla percezione uditiva, vedere l'articolo "Fondamenti di psicoacustica" di I. Aldoshina nella rivista "Sound Ingegnere" n. 6, 1999). Di conseguenza, il cervello riceve informazioni sul suono, già scomposto in frequenze, e una persona può facilmente distinguere i suoni alti da quelli bassi. Inoltre, come vedremo tra poco, la scomposizione in frequenza aiuta a distinguere i singoli strumenti in una registrazione polifonica, il che amplia notevolmente le opzioni di editing.

Analizzatori di larghezza di banda

I primi analizzatori di spettro audio suddividono il segnale in bande di frequenza utilizzando una serie di filtri analogici. Il display di un tale analizzatore (Fig. 1) mostra il livello del segnale in molte bande di frequenza corrispondenti ai filtri.

Riso. 1. Un analizzatore Specan32 di terza ottava che emula il noto dispositivo KlarkTeknik DN60

Nella fig. 2 mostra un esempio delle caratteristiche di frequenza dei filtri passa-banda in un analizzatore che soddisfa lo standard GOST 17168-82. Tale analizzatore è chiamato un terzo di ottava, poiché ci sono tre bande in ogni ottava della gamma di frequenza. Si può notare che le caratteristiche di frequenza dei filtri passa banda si sovrappongono; la loro pendenza dipende dall'ordine dei filtri utilizzati.

Riso. 2. Risposta in frequenza dei filtri dell'analizzatore di spettro di un terzo di ottava

Una proprietà importante di un analizzatore di spettro è la balistica: l'inerzia dei misuratori di livello nelle bande di frequenza. Può essere regolato impostando la velocità di salita (attacco) e discesa del livello. I tipici tempi di attacco e caduta in un simile analizzatore sono nell'ordine di 200 e 1500 ms.

Gli analizzatori di larghezza di banda vengono spesso utilizzati per regolare la risposta in frequenza (risposta in frequenza) dei sistemi acustici nelle sale da concerto. Se l'ingresso a tale analizzatore è alimentato rumore rosa(avendo la stessa potenza in ogni ottava), il display visualizzerà una linea orizzontale, eventualmente corretta per il rumore nel tempo. Se il rumore rosa, passando attraverso il sistema di amplificazione del suono della sala, è distorto, sull'analizzatore saranno visibili cambiamenti nel suo spettro. In questo caso, l'analizzatore, come il nostro orecchio, sarà insensibile a cali stretti nella risposta in frequenza (meno di 1/3 di ottava).

trasformata di Fourier

La trasformata di Fourier è un apparato matematico per scomporre i segnali in oscillazioni sinusoidali. Ad esempio, se il segnale X(T) continuo e infinito nel tempo, allora può essere rappresentato come un integrale di Fourier:

L'integrale di Fourier raccoglie il segnale X(T) da un insieme infinito di componenti sinusoidali di tutte le frequenze possibili ω avere ampiezze X ω e fasi φ ω .

In pratica, siamo più interessati all'analisi dei suoni a tempo finito. Poiché la musica non è un segnale statico, il suo spettro cambia nel tempo. Pertanto, nell'analisi spettrale, di solito siamo interessati a singoli frammenti di segnale brevi. Per analizzare tali frammenti di segnale audio digitale, c'è trasformata discreta di Fourier:

Qui n campioni di segnali discreti X(n) nell'intervallo di tempo da 0 a n-1 sono sintetizzati come la somma di un numero finito di oscillazioni sinusoidali con ampiezze X k e fasi k... Le frequenze di queste sinusoidi sono kF/N, dove Fè la frequenza di campionamento del segnale, e n- il numero di campioni del segnale originale X(n) sull'intervallo analizzato. Insieme di coefficienti X k chiamato spettro di ampiezza del segnale... Come si può vedere dalla formula, le frequenze delle sinusoidi, in cui viene scomposto il segnale, sono distribuite uniformemente da 0 (componente costante) a F/ 2 - la massima frequenza possibile in un segnale digitale. Questa disposizione lineare delle frequenze differisce dalla larghezza di banda di un analizzatore di un terzo di ottava.

Analizzatori FFT

FFT (trasformata di Fourier veloce) è un algoritmo per il calcolo veloce della trasformata discreta di Fourier. Grazie a lui è stato possibile analizzare lo spettro dei segnali audio in tempo reale.

Diamo uno sguardo al funzionamento di un tipico analizzatore FFT. Riceve un segnale audio digitale in ingresso. L'analizzatore seleziona intervalli successivi dal segnale ("finestra"), su cui verrà calcolato lo spettro, e calcola la FFT in ogni finestra per ottenere lo spettro di ampiezza X k... Lo spettro calcolato viene visualizzato come un grafico dell'ampiezza in funzione della frequenza (Fig. 3). Analogamente agli analizzatori passa-banda, viene solitamente utilizzata una scala logaritmica lungo gli assi della frequenza e dell'ampiezza. Tuttavia, a causa della disposizione lineare delle bande FFT in frequenza, lo spettro può apparire non sufficientemente dettagliato alle basse frequenze o eccessivamente oscillatorio alle alte frequenze.

Riso. 3. Display dell'analizzatore FFT

Considerando la FFT come un insieme di filtri, quindi, a differenza dei filtri passa-banda di un analizzatore di terzo d'ottava, i filtri FFT avranno la stessa larghezza in hertz, non in ottave. Pertanto, il rumore rosa sull'analizzatore FFT non sarà più una linea orizzontale, ma obliqua con una pendenza di 3 dB/ott. La linea orizzontale sull'analizzatore FFT sarà rumore bianco- contiene uguale energia in uguali intervalli di frequenza lineari.

Parametro n- il numero di campioni di segnale analizzati - è di importanza decisiva per il tipo di spettro. Più n, più densa è la griglia di frequenza su cui la FFT decompone il segnale e più dettagli in frequenza vengono visualizzati nello spettro. Per ottenere una risoluzione in frequenza più elevata, è necessario analizzare sezioni più lunghe del segnale. Se il segnale all'interno della finestra FFT cambia le sue proprietà, lo spettro visualizzerà alcune informazioni medie sul segnale dall'intero intervallo della finestra.

Quando è necessario analizzare cambiamenti rapidi in un segnale, la lunghezza della finestra n scegli piccolo. In questo caso, la risoluzione dell'analisi aumenta nel tempo e diminuisce in frequenza. Pertanto, la risoluzione in frequenza dell'analisi è inversamente proporzionale alla risoluzione temporale. Questo fatto si chiama incertezza.

Finestre di pesatura

Uno dei segnali sonori più semplici è un tono sinusoidale. Come sarà il suo spettro su un analizzatore FFT? Si scopre che dipende dalla frequenza del tono. Sappiamo che la FFT non scompone il segnale nelle frequenze che sono effettivamente presenti nel segnale, ma lungo una griglia di frequenza uniforme fissa. Ad esempio, se la frequenza di campionamento è 48 kHz e la dimensione della finestra FFT è 4096 campioni, la FFT scompone il segnale in 2049 frequenze: 0 Hz, 11,72 Hz, 23,44 Hz, ..., 24000 Hz.

Se la frequenza del tono corrisponde a una delle frequenze della griglia FFT, lo spettro apparirà "perfetto": un singolo picco acuto indicherà la frequenza e l'ampiezza del tono (Figura 4, grafico bianco).

Se la frequenza del tono non coincide con nessuna delle frequenze della griglia FFT, la FFT "raccoglierà" il tono dalle frequenze disponibili nella griglia, combinate con pesi diversi. In questo caso, il grafico dello spettro è sfocato in frequenza (Fig. 4, grafico verde). Questa sfocatura è generalmente indesiderabile in quanto può mascherare i suoni più deboli alle frequenze adiacenti. Si può anche notare che l'ampiezza del massimo del grafico verde è inferiore all'ampiezza reale del tono analizzato. Ciò è dovuto al fatto che la potenza del tono analizzato è uguale alla somma delle potenze dei coefficienti spettrali da cui è composto questo tono.

Riso. 4. Spettro di un tono sinusoidale di varie frequenze con e senza finestre di ponderazione

Per ridurre l'effetto sfocato, il segnale viene moltiplicato per finestre di peso- funzioni lisce, simili a una gaussiana, che cadono ai bordi dell'intervallo. Riducono la sfocatura dello spettro a scapito di un certo degrado della risoluzione in frequenza. Considerando la FFT come un insieme di filtri passa-banda, le finestre di pesatura regolano la reciproca penetrazione delle bande di frequenza.

La finestra più semplice è rettangolare: è costante 1, che non cambia il segnale. È equivalente all'assenza di una finestra di ponderazione. Una delle finestre popolari è la finestra di Hamming. Riduce il livello di smear di circa 40 dB dal picco principale.

Le finestre di peso differiscono per due parametri principali: il grado di espansione del picco principale e il grado di soppressione della sfocatura dello spettro ("lobi laterali")... Più vogliamo sopprimere i lobi laterali, più ampio sarà il picco principale. La finestra rettangolare offusca meno di tutti la parte superiore del picco, ma ha i lobi laterali più alti. La finestra Kaiser ha un parametro che consente di selezionare il grado desiderato di soppressione dei lobi laterali.

Un'altra scelta popolare è la finestra Khan. Sopprime il lobo laterale massimo più debole della finestra di Hamming, ma il resto dei lobi laterali cade più velocemente con la distanza dal picco principale. La finestra Blackman ha più soppressione dei lobi laterali rispetto alla finestra Khan.

Per la maggior parte delle attività, non è molto importante quale tipo di finestra di ponderazione utilizzare. L'importante è averlo. Le scelte popolari sono Khan o Blackman. L'uso di una finestra di pesatura riduce la dipendenza della forma dello spettro da una specifica frequenza del segnale e dalla sua coincidenza con la griglia di frequenza FFT.

La Figura 4 è fatta per le sinusoidi, tuttavia, sulla base di essa, è facile immaginare come sarà lo spettro dei segnali sonori reali. Ciascun picco nello spettro avrà una forma sfocata, a seconda della sua frequenza e della finestra di peso selezionata.

È possibile utilizzare finestre FFT più lunghe per compensare l'allargamento del picco quando si utilizzano finestre di peso: ad esempio, non 4096, ma 8192 campioni. Ciò migliorerà la risoluzione dell'analisi in frequenza ma si ridurrà nel tempo.

spettrogramma

Spesso è necessario tracciare come cambia lo spettro del segnale nel tempo. Gli analizzatori FFT aiutano a farlo in tempo reale durante la riproduzione di un segnale. Tuttavia, in un certo numero di casi, risulta conveniente visualizzare contemporaneamente il cambiamento nello spettro nell'intero frammento audio. Questa rappresentazione del segnale è chiamata spettrogramma... Per costruirlo, usa trasformata di Fourier finestrata: lo spettro viene calcolato da finestre di segnale successive (Fig. 5), e ciascuno di questi spettri forma una colonna nello spettrogramma.

Riso. 5. Calcolo dello spettrogramma del segnale

L'asse orizzontale dello spettrogramma è il tempo, l'asse verticale è la frequenza e l'ampiezza è visualizzata in luminosità o colore. Lo spettrogramma della nota di chitarra in Fig. 6 mostra lo sviluppo del suono: inizia con un attacco acuto e prosegue sotto forma di armonici, multipli della frequenza del tono fondamentale di 440 Hz. Si può notare che le armoniche superiori hanno un'ampiezza inferiore e decadono più velocemente di quelle inferiori. Inoltre, il rumore di registrazione può essere tracciato sullo spettrogramma, uno sfondo uniforme di colore blu scuro. A destra la scala di corrispondenza dei colori e dei livelli di segnale (in decibel sotto zero).

Riso. 6. Spettrogramma di una nota di chitarra con diverse dimensioni della finestra FFT

Se si modifica la dimensione della finestra FFT, è possibile vedere chiaramente come cambiano la frequenza e la risoluzione temporale dello spettrogramma. All'aumentare della finestra, le armoniche si assottigliano e la loro frequenza può essere determinata con maggiore precisione. Tuttavia, il momento dell'attacco è sfocato nel tempo (sul lato sinistro dello spettrogramma). Quando la dimensione della finestra viene ridotta, si osserva l'effetto opposto.

Lo spettrogramma è particolarmente utile quando si analizzano segnali che cambiano rapidamente. Nella fig. 7 mostra uno spettrogramma di un passaggio vocale con vibrato. Da esso è facile determinare caratteristiche della voce come la frequenza e la profondità del vibrato, la sua forma e uniformità, la presenza di una formante che canta. Modificando l'intonazione del tono principale e degli armonici, è possibile tracciare la melodia eseguita.

Riso. 7. Spettrogramma di un passaggio vocale con vibrato

Applicazioni dello spettrogramma

I moderni mezzi di ripristino del suono, come il programma iZotope RX, utilizzano attivamente lo spettrogramma per modificare le singole regioni tempo-frequenza nel segnale. Usando questa tecnica, puoi trovare e sopprimere i toni indesiderati come lo squillo di un telefono cellulare durante una registrazione importante, lo scricchiolio della sedia di un pianista, un colpo di tosse nell'auditorium, ecc.

Illustriamo l'uso di uno spettrogramma per rimuovere i fischi dei fan da una registrazione dal vivo.

Riso. 8. Rimozione dei toni indesiderati utilizzando uno spettrogramma

Nella fig. 8 il fischio è facile da trovare: è una linea curva leggera nella regione dei 3 kHz. Se la frequenza del fischio fosse costante, potrebbe essere soppressa utilizzando un filtro notch. Tuttavia, nel nostro caso, la frequenza cambia. È conveniente utilizzare lo strumento "bacchetta magica" dal programma iZotope RX II per evidenziare il fischio sullo spettrogramma. Premere una volta per evidenziare il tono principale del fischio, premere di nuovo per evidenziare le armoniche. Successivamente, il fischietto può essere rimosso semplicemente premendo il tasto Canc. Tuttavia, un modo più accurato è utilizzare il modulo Spectral Repair: questo eviterà "buchi" nello spettro dopo aver rimosso il fischietto. Dopo aver applicato questo modulo in modalità Attenuazione verticale, il fischio scompare quasi completamente dalla registrazione, sia visivamente che acusticamente.

Un'altra utile applicazione dello spettrogramma è analizzare la presenza di tracce di compressione MP3 o altri codec con perdita in una registrazione. La maggior parte delle registrazioni di qualità originale (non compressa) ha una gamma di frequenze fino a 20 kHz e oltre; in questo caso, l'energia del segnale diminuisce gradualmente all'aumentare della frequenza (come in Fig. 6, 7). Come risultato della compressione psicoacustica, le frequenze superiori del segnale vengono quantizzate più di quelle inferiori e il limite superiore dello spettro del segnale viene azzerato (come in Fig. 8). In questo caso la frequenza di taglio dipende dal contenuto del segnale codificato e dal bitrate dell'encoder. È chiaro che l'encoder si sforza di azzerare solo quelle frequenze nel segnale che attualmente non sono udibili (mascherate). Pertanto, la frequenza di taglio, di regola, cambia nel tempo, formando una caratteristica "frangia" sullo spettrogramma con isole di energia su uno sfondo scuro.

Una situazione simile a volte si verifica con interferenze a bassa frequenza, come il vento che soffia nel microfono o l'offset CC (offset CC). Possono essere localizzati a frequenze infra-basse e non rilevarsi senza l'ausilio di un analizzatore di spettro o di un oscilloscopio.

Conclusione

È opinione diffusa tra gli esperti ingegneri del suono della vecchia scuola che i segnali debbano essere analizzati e modificati esclusivamente a orecchio, senza fare affidamento su indicatori e analizzatori. Naturalmente, gli analizzatori non sono una panacea per la perdita dell'udito. Quasi nessuno percepisce seriamente l'idea di mescolare la composizione "per strumenti".

Lo spettro e lo spettrogramma sono modi di rappresentare il suono che sono più vicini alla percezione uditiva di un oscillogramma. Spero che questo articolo apra nuove possibilità nell'analisi e nella modifica del suono per coloro che non hanno mai lavorato con queste opinioni prima.

Ognuno di voi probabilmente si è imbattuto in analizzatori di suoni, che lo volesse o no. Sugli scaffali dei negozi da più di dieci anni, ogni centro musicale più o meno decente ne ha uno. La gente di solito li chiama "musica a colori", "equalizzatore" e simili. Anche sul computer molti lettori hanno analizzatori di spettro e in alcuni casi visualizzano il suono in modo molto potente (plug-in per Winamp). Ma ora non parleremo dell'utente normale, ma di programmi professionali per l'analisi del segnale (nel nostro caso, il suono). Mi spiego perché scrivo "segnale". Infatti questi programmi permettono di analizzare il segnale che arriva all'ingresso della scheda audio, ma ci sono artigiani che danno segnali non audio e ottengono qualcosa come un oscilloscopio o un multimetro, ma ancora una volta non ne abbiamo bisogno. Nella mia recensione, ho incluso 3 programmi per l'analisi del segnale (suono): PAS Analysis Center v3.5, 4Pockets PocketRTA PC v1.0 e Pinguin Audio Meter v2.2.

Centro di analisi PAS v3.5

Allora, cominciamo con ordine: eseguendo il programma, vediamo diverse finestre (Fig. 1). Qui li considereremo ulteriormente.

Figura 1. Finestre in PAS Analysis Center v3.5

La prima delle finestre è Analizzatore di spettro, l'analizzatore di spettro stesso. Nella prima scheda (Lunghezza FFT), vengono effettuate le impostazioni per la trasformata di Fourier (in effetti, il processo stesso di rappresentazione di un segnale in forma spettrale). Blackman, Hamming, Parzen, ecc. sono le cosiddette "finestre", in altre parole, questi sono i nomi dei matematici che hanno proposto ciascuno la propria funzione di pesatura per rappresentare lo spettro del suono. Se vuoi sentire la differenza tra loro, accendi il generatore (Fig. 2) e genera un'onda sinusoidale (Sine).

Figura 2. Accensione del generatore

Poiché la sinusoide dovrebbe idealmente dare un picco nella regione spettrale, puoi cambiare le "finestre" sopra e guardare il risultato.

Il prossimo parametro è Lunghezza FFT... Questo è il numero di campioni nella trasformata di Fourier. Maggiore è questo valore, più accurata è la risposta spettrale, ma più lento è il processo. E viceversa.

La prossima scheda è Scala... Le impostazioni della scala dell'analizzatore di spettro si trovano qui. Tutte e tre le caratteristiche governano l'espansione/contrazione assiale.

Schermo... Questa scheda contiene le impostazioni per il tipo di analizzatore di spettro.

Ampiezza del registro e frequenza del registro- scale logaritmiche o lineari lungo gli assi corrispondenti. Disegna griglia - disegna la griglia. Disegna inattivo - evidenziando le bande spettrali. Disegna scala di ampiezza e Disegna scala di frequenza: visualizzano rispettivamente la graduazione delle scale di livello e di frequenza. Disegna picchi - Disegna picchi. Mantenimento picchi - Visualizza l'ultimo valore di picco.

Genere- tipo di visualizzazione dello spettro. La modalità di scorrimento è particolarmente interessante qui, perché in questa modalità, la terza dimensione è ancora inclusa: il tempo.

picchi- impostazione della visualizzazione dei picchi. Numeri - spessore del picco. Ritardo picco - ritardo dei picchi. Velocità di picco - la velocità del decadimento dei picchi.

Decadimento- impostazione del tempo di rigenerazione delle colonne spettrali. Necessario per la correzione della velocità, ad es. in modo che non saltino a perdifiato o, al contrario, si muovano e si girano a malapena.

Figura 3. Oscilloscopio

La finestra successiva è Oscilloscopio (Fig. 3). Mostra la forma d'onda in caso di suono, e in generale la variazione di tensione (o corrente, a seconda del collegamento) del segnale analizzato.

Lunghezza FFT- come ho detto, questa è l'impostazione per la trasformata di Fourier.

Scala- ecco l'impostazione delle etichette della scala. Effetto - seleziona la suddivisione per colore per i picchi o per la parte superiore/inferiore (Splitt).

Schermo- Visualizza personalizzazione. Vale la pena evidenziare lo scorrimento qui: una compressione significativa nel tempo, è conveniente per osservare un'immagine più generale.

abiti- il tipo di disegno dell'onda.

Modalità trigger- Questa funzione è simile alla funzione trigger negli oscilloscopi. E difficilmente sarà utile per analizzare la musica. Flag Up e Flag Down - su quale lato sincronizzare (visibile sui segnali a dente di sega). Livello di attivazione - livello di attivazione.

E l'ultima finestra - spettrogramma(Fig. 4) questo è in realtà uno spettro invertito allungato nel tempo. L'ampiezza (livello) viene visualizzata qui a colori.

Figura 4. Spettrografo

Lunghezza FFT - vedi prima.

Scala- impostazione della scala e del guadagno. Scala dell'amplificatore - guadagno. Sensibile - sensibilità. Freq scale - il grado di allungamento dell'asse della frequenza. Base di frequenza - frequenza fondamentale (inferiore).

Schermo- Impostazioni di visualizzazione dello spettrogramma. Accelera - accelerazione nel tempo. In rilievo: cambiando lo sfondo dello spettrografo, è particolarmente efficace con altre regolazioni (Nero-Bianco in Outfit). Scorri display - scorri il display mentre passi o torni indietro.

Vestito- impostazioni del colore dello spettrogramma.

Questo conclude la panoramica della finestra.

Ora voglio dire qualcosa sui principi di base di questo programma e di altri simili (analizzatori di segnale).

Esistono 3 modalità di funzionamento di tali programmi: 1. Live (analisi del suono in tempo reale dall'ingresso della scheda audio). Qui vedi figura 5

Figura 5. Modalità "Live"

2. Lettore di file. Analizza file già registrati (vedi fig. 6)

Figura 6. Modalità giocatore

3. Modalità generatore. L'ho già menzionato sopra (vedi fig. 2). Utile per ritocchi e modifiche.

4Pockets PocketRTA PC v1.0

Questo prodotto è interessante in quanto è realizzato per due piattaforme: PC e Pocket PC, ad es. sia per desktop che per pocket PC. Guarderò la versione desktop.

Quindi, accendendo il programma, vediamo la finestra principale del programma (Fig. 7).

Figura 7. Finestra principale di 4Pockets PocketRTA PC v1.0

In alto vediamo i livelli del segnale in ingresso. Leggermente sotto c'è una sezione che mostra il livello della frequenza più forte nello spettro sotto forma, infatti, di un valore numerico in hertz, così come approssimativamente una nota corrispondente a questa frequenza. La finestra dell'analizzatore si trova ancora più in basso. In fondo c'è la sezione delle impostazioni. Qui lo considereremo in modo più dettagliato.

Scala- scelta dell'accuratezza e del tipo di analizzatore. Inoltre, c'è un oscilloscopio (Sample), uno spettrografo (Spectrograph) e una funzione così insolita come il livello di pressione sonora (SPL). SPL viene utilizzato per determinare il rapporto segnale-rumore e alcune caratteristiche dell'hardware.

Media- una funzione per la comodità di osservare lo spettro (rallenta / accelera)

lun- (Monitor channel) selezione del tipo di canali analizzati (mono, stereo, sinistro, destro)

Traccia- mantiene i livelli di picco sullo schermo. Comodo quando sintonizzato sull'ottava.

Il peso- secondo gli sviluppatori, a frequenze inferiori a 500 Hz e superiori a 4 kHz, la sensibilità uditiva diminuisce, il che significa che al di fuori di questi limiti di frequenza una persona sente i suoni più silenziosi. Per compensare questo effetto, l'attrezzatura professionale utilizza curve di peso. Sono disponibili 4 tipi di curve di peso.

Decadimentoè il tasso di decadimento delle colonne spettrali.

Guadagno- ottenere il controllo. Un aumento di 3 dB è come una moltiplicazione di 2 volte.

Pausa- pausa (e chi dubitava).

Tono- Generatore. Sono disponibili 8 preset sinusoidali di diverse frequenze e 2 preset di rumore.

Voglio anche attirare la vostra attenzione sul fatto che nella modalità analizzatore di spettro possiamo vedere nella sezione sotto i livelli la frequenza, la nota e il livello nel punto in cui clicchiamo con il mouse. A volte utile.

Pinguin Audio Meter v2.2

Questo prodotto non è flessibile come i suoi fratelli. Ma mi è piaciuto per la sua semplicità e il design, perché non sempre e non tutti hanno bisogno di usare molte impostazioni complesse.

Programma Misuratore audio Pinguin ha un totale di 4 finestre (fig. 8)

Figura 8. Finestra principale di Pinguin Audio Meter v2.2

La comodità di questo programma è che ogni finestra può essere espansa e quindi è molto più piacevole da osservare. Quando fai clic con il pulsante destro del mouse, viene visualizzato un menu con le impostazioni per ciascuna finestra.

Misuratore PPM- indicatore di livello (fig. 9). Le impostazioni disponibili sono orizzontale/verticale, mantenimento del picco, decadimento del picco, tempo di decadimento e colore.

Figura 9. Misuratore PPM - Misuratore di livello in Pinguin Audio Meter

Stereo meter - indicatore della correlazione di fase e della larghezza della base stereo in coordinate X-Y (Fig. 10).

Figura 10. Misuratore stereo nel misuratore audio Pinguin

Sono disponibili le seguenti impostazioni:

Punti visibili- il numero di punti visibili per regolare la nitidezza dell'immagine.

Punti spessi- punti in grassetto o piccoli.

Campioni- tempo di campionamento. Regola per ridurre il carico del processore.

Analizzatore di spettro- analizzatore di spettro (come si può intuire) (fig. 11).

Figura 11. Analizzatore di spettro in Pinguin Audio Meter

Nel menu delle impostazioni, sono disponibili gli stessi dell'indicatore di livello, ma ce ne sono un altro paio.

finestratura- funzioni di pesatura della trasformata di Fourier (vedi sopra, su Spectra Lab). Sono disponibili 7 funzioni. I creatori del programma trovano interessante la funzione Welch.

Modalità di immissione- modalità di visualizzazione dei canali analizzati. Qui, a differenza dei programmi recensiti in precedenza, non è possibile visualizzare più canali contemporaneamente.

Misuratore di correlazione- correlometro. Visualizza la differenza di fase (correlazione) tra due canali (Fig. 12). Questa è una sorta di test per la "qualità dell'immagine stereo". Ha solo due impostazioni: On e Orizzontale.

Figura 12. Correlometro in Pinguin Audio Meter

Questo è tutto per il nostro "analizzatore di pinguini". Sì, ci sono un paio di altre impostazioni sulla barra degli strumenti, come frequenza di campionamento, selezione del dispositivo e priorità.

Bene, alla fine, ho deciso di riassumere i dati principali in una tabella, ad es. confrontare gli analizzatori di cui sopra.

Parametro	Centro di analisi PAS v3.5	4Pockets PocketRTA PC v1.0	Pinguin Audio Meter v2.2
analizzatore di spettro	+	+	+
spettrografo	+	+	-
oscilloscopio	+	+	-
indicatore di correlazione di fase (X-Y)	-	-	+
correlometro	-	-	+
Impostazioni FFT	+	+	-
generatore di segnale	+	+	-
analisi dei file	+	+	-
numero di "finestre" (tipi di visualizzazione dello spettro)	7	4	7
aspetto (scala a 5 punti)	3	2	4

Come si vede dalla tabella pivot Pinguin Audio Meter v2.2è piuttosto debole nelle funzioni, ma ha diversi "chip" di cui i suoi fratelli più potenti non possono vantarsi: un correlometro e un indicatore di correlazione di fase. Aspetto - la mia valutazione personale, ad es. abbastanza soggettivo. L'ho valutato su una scala a 5 punti. 5 non ha consegnato a nessuno, perché, vedi, avrebbe potuto essere fatto più bruscamente in termini di grafica (ricorda gli stessi plugin Winamp). Comunque, mi è piaciuto il "pinguino" dall'aspetto.

Nota:

I programmi descritti in questo articolo:

SoundCard Oszilloscope - software che trasforma un computer in un oscilloscopio a doppio canale, generatore di bassa frequenza a doppio canale e analizzatore di spettro

Buon giorno, cari radioamatori!
Ogni radioamatore sa che per realizzare apparati radioamatoriali più o meno complessi è necessario avere a disposizione non solo un multimetro. Oggi nei nostri negozi puoi acquistare quasi tutti i dispositivi, ma - ce n'è uno "ma" - il costo di una qualità decente di qualsiasi dispositivo non è inferiore a diverse decine di migliaia dei nostri rubli, e non è un segreto che per la maggior parte dei russi questo è un sacco di soldi, e quindi questi dispositivi non sono affatto disponibili o un radioamatore acquista dispositivi che sono in uso da molto tempo.
Oggi sul sito , cercheremo di dotare il laboratorio del radioamatore di strumenti virtuali gratuiti -oscilloscopio digitale a due canali, generatore di frequenze audio a due canali, analizzatore di spettro... L'unico inconveniente di questi dispositivi è che funzionano tutti solo nella gamma di frequenze da 1 Hz a 20.000 Hz. Il sito ha già fornito una descrizione di un simile programma radioamatoriale:“ “ - un programma che trasforma un computer di casa in un oscilloscopio.
Oggi voglio portare alla vostra attenzione un altro programma - “Oszilloscopio della scheda audio“. Sono stato attratto da questo programma per le sue buone caratteristiche, il design accurato, la facilità di studio e di lavoro. Questo programma è in inglese, non c'è traduzione russa. Ma non lo considero uno svantaggio. In primo luogo, è molto facile capire come lavorare nel programma, lo vedrai da solo e, in secondo luogo, un giorno acquisirai buoni dispositivi (e hanno tutta la notazione in inglese, sebbene siano cinesi) e immediatamente e facilmente abituati a loro.

Il programma è stato sviluppato da C. Zeitnitz ed è gratuito, ma solo per uso privato. La licenza per il programma costa circa 1.500 rubli e c'è anche una cosiddetta "licenza privata" - circa 400 rubli, ma questa è piuttosto una donazione all'autore per un ulteriore miglioramento del programma. Naturalmente, utilizzeremo la versione gratuita del programma, che differisce solo dal fatto che ogni volta che viene avviato, viene visualizzata una finestra con un'offerta per l'acquisto di una licenza.

Scarica il programma (ultima versione per dicembre 2012):

(28,1 MiB, 51.272 risultati)

Per prima cosa, capiamo i "concetti":
Oscilloscopio- un dispositivo progettato per la ricerca, l'osservazione, la misurazione dell'ampiezza e degli intervalli di tempo.
Gli oscilloscopi sono classificati:
♦ secondo lo scopo e la modalità di visualizzazione delle informazioni:
- oscilloscopi con scansione periodica per l'osservazione dei segnali sullo schermo (in Occidente sono chiamati oscilloscop)
- oscilloscopi a scansione continua per la registrazione della curva del segnale su nastro fotografico (in Occidente sono chiamati oscillografi)
♦ dal metodo di elaborazione del segnale di ingresso:
- analogico
- digitale

Il programma funziona in un ambiente non inferiore a W2000 e include:
- un oscilloscopio a due canali con larghezza di banda (a seconda della scheda audio) non inferiore a 20 - 20.000 Hz;
- generatore di segnale a due canali (con la stessa frequenza generata);
- analizzatore di spettro
- ed è anche possibile registrare un segnale sonoro per il suo successivo studio

Ciascuno di questi programmi ha funzionalità aggiuntive, che esamineremo nel corso del loro studio.

Inizieremo con un Signalgenerator:

Il generatore di segnale, come ho detto, è a due canali: Canale 1 e Canale 2.
Consideriamo lo scopo dei suoi interruttori e finestre principali:
1 – pulsanti per l'accensione dei generatori;
2 – finestra di impostazione della forma d'onda di uscita:
seno- sinusoidale
triangolo- triangolare
quadrato- rettangolare
dente di sega- dente di sega
rumore bianco- Rumore bianco
3 – regolatori di ampiezza del segnale di uscita (massimo - 1 volt);
4 – manopole di regolazione della frequenza (la frequenza desiderata può essere impostata manualmente nelle finestre sotto le manopole). Sebbene la frequenza massima sui regolatori sia di 10 kHz, nelle finestre inferiori è possibile registrare qualsiasi frequenza consentita (a seconda della scheda audio);
5 – finestre per l'impostazione manuale della frequenza;
6 – attivazione della modalità "Sweep - generatore". In questa modalità la frequenza di uscita del generatore varia periodicamente dal valore minimo impostato nelle caselle “5” al valore massimo impostato nelle caselle “Fend” durante il tempo impostato nelle caselle “Time”. Questa modalità può essere abilitata per un canale qualsiasi o per due canali contemporaneamente;
7 – finestre per l'impostazione della frequenza e del tempo finali della modalità Sweep;
8 – collegamento software dell'uscita del canale del generatore al primo o al secondo canale di ingresso dell'oscilloscopio;
9 - impostazione della differenza di fase tra i segnali del primo e del secondo canale del generatore.
10 -a Impostazione del duty cycle del segnale (efficace solo per un'onda quadra).

Ora diamo un'occhiata all'oscilloscopio stesso:

1 – Ampiezza - regolazione della sensibilità del canale di deflessione verticale
2 – Sincronizza- consente (selezionando o deselezionando) di effettuare la regolazione separata o simultanea di due canali in termini di ampiezza del segnale
3, 4 – consente di diffondere segnali lungo l'altezza dello schermo per la loro osservazione individuale
5 – impostazione del tempo di scansione (da 1 millisecondo a 10 secondi, con 1000 millisecondi in 1 secondo)
6 – start/stop funzionamento dell'oscilloscopio. Quando è fermo, lo stato corrente degli allarmi viene salvato sullo schermo e viene visualizzato il pulsante Salva ( 16 ) che consente di salvare lo stato corrente sul computer sotto forma di 3 file (dati di testo del segnale in esame, immagine in bianco e nero e immagine a colori dell'immagine dallo schermo dell'oscilloscopio al momento dell'arresto)
7 – Grilletto- un dispositivo software che ritarda l'inizio della scansione fino a determinate condizioni e serve per ottenere un'immagine stabile sullo schermo dell'oscilloscopio. Ci sono 4 modalità:
– acceso spento... Quando il trigger è disattivato, l'immagine sullo schermo apparirà "in movimento" o addirittura "sfocata".
– modalità automatica... Il programma stesso sceglie la modalità (normale o singola).
– modalità normale... In questa modalità viene eseguita una scansione continua del segnale in esame.
– modalità singola... In questa modalità viene eseguita una scansione del segnale una tantum (con un intervallo di tempo impostato dalla manopola Time).
8 – selezione del canale attivo
9 – Bordo- tipo di attivazione del segnale:
- in aumento- sul fronte del segnale in esame
– cadente- dal decadimento del segnale indagato
10 – Impostazione automatica- impostazione automatica del tempo di scansione, la sensibilità del canale di deflessione verticale Ampiezza, così come l'immagine viene portata al centro dello schermo.
11 -Modalità canale- determina come verranno visualizzati i segnali sullo schermo dell'oscilloscopio:
– separare- uscita separata di due segnali sullo schermo
- CH1 + CH2- uscita della somma di due segnali
– CH1 - CH2- uscita della differenza di due segnali
– CH1 * CH2- uscita del prodotto di due segnali
12 e 13 – selezione della visualizzazione dei canali sullo schermo (o uno dei due, o due contemporaneamente, il valore viene visualizzato accanto a Ampiezza)
14 – uscita forma d'onda del canale 1
15 – uscita forma d'onda del canale 2
16 – già superato - registrazione di un segnale su un computer in modalità di arresto dell'oscilloscopio
17 – scala temporale (abbiamo un regolatore Tempo sta a 10 millisecondi, quindi la scala viene visualizzata da 0 a 10 millisecondi)
18 – Stato- mostra lo stato attuale del trigger e consente inoltre di visualizzare i seguenti dati sullo schermo:
- HZ e Volt- visualizzazione della frequenza attuale della tensione del segnale in esame
– cursore- attivando i cursori verticali e orizzontali per misurare i parametri del segnale in esame
– accedere a Fille- registrazione al secondo dei parametri del segnale in esame.

Effettuare misurazioni su un oscilloscopio

Per prima cosa, impostiamo il generatore di segnale:

1. Accendere il canale 1 e il canale 2 (i triangoli verdi si accendono)
2. Impostare i segnali di uscita - sinusoidali e rettangolari
3. Impostare l'ampiezza dei segnali di uscita pari a 0,5 (il generatore genera segnali con un'ampiezza massima di 1 volt, e 0,5 significherà l'ampiezza dei segnali pari a 0,5 volt)
4. Imposta la frequenza a 50 Hertz
5. Vai alla modalità oscilloscopio

Misura dell'ampiezza del segnale:

1. Il pulsante sotto l'iscrizione Misurare seleziona la modalità HZ e Volt, metti un segno di spunta accanto alle etichette Frequenza e tensione... Contemporaneamente, dall'alto appaiono le frequenze attuali per ciascuno dei due segnali (quasi 50 hertz), l'ampiezza del segnale totale vp-p e tensione di segnale effettiva Veff.
2. Il pulsante sotto l'iscrizione Misurare seleziona la modalità Cursori e metti un segno di spunta accanto alla scritta Voltaggio... In questo caso, abbiamo due linee orizzontali, e nella parte inferiore delle iscrizioni, che mostrano l'ampiezza delle componenti positiva e negativa del segnale ( UN), così come l'oscillazione totale dell'ampiezza del segnale ( dA).
3. Esponiamo le linee orizzontali nella posizione di cui abbiamo bisogno rispetto al segnale, sullo schermo riceveremo i dati sulla loro ampiezza:

Misurazione degli intervalli di tempo:

Eseguiamo le stesse operazioni della misurazione dell'ampiezza del segnale, tranne che nella modalità Cursori metti un segno di spunta alla scritta Tempo... Di conseguenza, invece di orizzontale, otterremo due linee verticali e l'intervallo di tempo tra le due linee verticali e la frequenza corrente del segnale in questo intervallo di tempo verrà visualizzato di seguito:

Determinazione della frequenza e dell'ampiezza del segnale

Nel nostro caso, non è necessario calcolare in modo specifico la frequenza e l'ampiezza del segnale: tutto viene visualizzato sullo schermo dell'oscilloscopio. Ma se devi usare un oscilloscopio analogico per la prima volta nella tua vita e non sai come determinare la frequenza e l'ampiezza del segnale, prenderemo in considerazione questo problema a scopo didattico.

Lasciamo le impostazioni del generatore come erano, con l'eccezione che l'ampiezza del segnale è impostata su 1.0 e le impostazioni dell'oscilloscopio sono impostate come nell'immagine:

Impostiamo il regolatore dell'ampiezza del segnale su 100 millivolt, il regolatore del tempo di scansione su 50 millisecondi e otteniamo l'immagine sullo schermo come dall'alto.

Il principio di determinare l'ampiezza del segnale:
Regolatore Ampiezza siamo in posizione 100 millivolt, il che significa che la divisione verticale della griglia sullo schermo dell'oscilloscopio è di 100 millivolt. Contiamo il numero di divisioni dal basso verso l'alto del segnale (otteniamo 10 divisioni) e moltiplichiamo per il prezzo di una divisione - 10 * 100 = 1000 millivolt = 1 volt, il che significa che l'ampiezza del segnale dall'alto verso il basso è di 1 volt. Allo stesso modo, puoi misurare l'ampiezza del segnale in qualsiasi parte dell'oscillogramma.

Determinazione della temporizzazione del segnale:
Regolatore Tempo siamo in posizione 50 millisecondi... Il numero di divisioni orizzontali della scala dell'oscilloscopio è 10 (in questo caso abbiamo 10 divisioni sullo schermo), dividi 50 per 10 e ottieni 5, il che significa che il prezzo di una divisione sarà pari a 5 millisecondi. Selezioniamo la sezione desiderata dell'oscillogramma del segnale e calcoliamo quante divisioni si adatta (nel nostro caso - 4 divisioni). Moltiplica il prezzo di 1 divisione per il numero di divisioni 5*4=20 e determinare che il periodo del segnale nell'area investigata è 20 millisecondi.

Determinazione della frequenza del segnale.
La frequenza del segnale in esame è determinata dalla consueta formula. Sappiamo che un periodo del nostro segnale è uguale a 20 millisecondi, resta da scoprire quanti periodi ci saranno in un secondo - 1 secondo / 20 millisecondi = 1000/20 = 50 Hertz.

Analizzatore di spettro

Analizzatore di spettro- un dispositivo per osservare e misurare la distribuzione relativa dell'energia delle oscillazioni elettriche (elettromagnetiche) nella banda di frequenza.
Analizzatore di spettro a bassa frequenza(come nel nostro caso) è progettato per funzionare nella gamma di frequenze audio e viene utilizzato, ad esempio, per determinare la risposta in frequenza di vari dispositivi, quando si esaminano le caratteristiche del rumore, si installano varie apparecchiature radio. Nello specifico, possiamo determinare la risposta in frequenza dell'amplificatore audio assemblato, impostare vari filtri, ecc.
Non c'è nulla di difficile nel lavorare con l'analizzatore di spettro, di seguito darò lo scopo delle sue impostazioni principali e tu stesso, già empiricamente, capirai facilmente come lavorarci.

Ecco come appare l'analizzatore di spettro nel nostro programma:

Cosa c'è qui - cosa:

1. Vista della scala verticale dell'analizzatore
2. Selezionare spesso i canali visualizzati dal generatore e il tipo di display
3. Parte operativa dell'analizzatore
4. Pulsante per registrare lo stato corrente della forma d'onda quando è fermo
5. Modalità di aumento dell'area di lavoro
6. Passaggio della scala orizzontale (scala di frequenza) dalla forma lineare a quella logaritmica
7. Frequenza del segnale corrente quando il generatore è in modalità scansione
8. Frequenza attuale alla posizione del cursore
9. Indicatore di distorsione armonica del segnale
10. Impostazione del filtro per i segnali per frequenza

Visualizzazione delle figure di Lissajous

Figure di Lissajous- traiettorie chiuse, tracciate da un punto che esegue contemporaneamente due oscillazioni armoniche in due direzioni reciprocamente perpendicolari. Il tipo di cifre dipende dal rapporto tra periodi (frequenze), fasi e ampiezze di entrambe le oscillazioni.

Se applichi agli ingressi" X" e " sì»Segnali dell'oscilloscopio di frequenze vicine, quindi sullo schermo puoi vedere le figure di Lissajous. Questo metodo è ampiamente utilizzato per confrontare le frequenze di due sorgenti di segnale e per abbinare una sorgente alla frequenza dell'altra. Quando le frequenze sono vicine, ma non uguali tra loro, la figura sullo schermo ruota e il periodo del ciclo di rotazione è il reciproco della differenza di frequenza, ad esempio il periodo di rotazione è 2 s - la differenza nelle frequenze del segnale è 0,5Hz. A frequenze uguali, la figura si blocca immobile, in qualsiasi fase, tuttavia, in pratica, a causa di instabilità del segnale a breve termine, la figura sullo schermo dell'oscilloscopio di solito trema leggermente. È possibile utilizzare per il confronto non solo le stesse frequenze, ma anche quelle in un rapporto multiplo, ad esempio, se la sorgente di riferimento può produrre solo 5 MHz e la sorgente sintonizzabile - 2,5 MHz.

Non sono sicuro che questa funzione del programma ti sarà utile, ma se all'improvviso ne hai bisogno, penso che puoi facilmente capire questa funzione da solo.

Funzione di registrazione del suono

Ho già detto che il programma consente di registrare qualsiasi segnale sonoro su un computer ai fini del suo ulteriore studio. La funzione di registrazione del segnale non è difficile e puoi facilmente capire come farlo:

Software per oscilloscopio per computer