Ce crezi că fac fetele când se întâlnesc? Merg la cumpărături, fac poze, merg la saloane de înfrumusețare? Da, este, dar nu toată lumea o face. Acest articol va vorbi despre modul în care două fete au decis să colecteze dispozitiv radio-electronic cu propriile tale mâini.
De ce un analizor/vizualizator de spectru?
La urma urmelor soluții software Există destul de multe opțiuni pentru această sarcină și există, de asemenea, multe opțiuni pentru implementarea hardware. În primul rând, îmi doream foarte mult să lucrez cu un număr mare de LED-uri (deoarece am asamblat deja câte un cub LED, fiecare pentru noi, dar în dimensiuni mici), în al doilea rând, să aplice în practică cunoștințele dobândite asupra prelucrare digitală semnale și, în al treilea rând, exersați din nou lucrul cu un fier de lipit.Dezvoltarea dispozitivului
Deoarece lua soluție gata făcutăși a face acest lucru strict conform instrucțiunilor este plictisitor și neinteresant, așa că am decis să dezvoltăm singuri circuitul, bazându-ne doar puțin pe dispozitive deja create.A fost aleasă ca afișaj o matrice LED de 8x32. A fost posibil să folosim matrici LED 8x8 gata făcute și să le asamblam din ele, dar am decis să nu ne refuzăm plăcerea de a sta seara cu un fier de lipit și, prin urmare, am asamblat singuri afișajul din LED-uri.
Pentru a controla afișajul, nu am reinventat roata și am folosit un circuit de control cu afișaj dinamic. Acestea. au ales o coloană, au aprins-o, restul coloanelor s-au stins în acel moment, apoi au ales-o pe următoarea, au aprins-o, restul s-au stins etc. Datorita faptului ca ochiul uman nu este perfect, putem vedea o imagine statica pe display.
Luând calea cu cea mai mică rezistență, s-a decis că ar fi rezonabil să se transfere toate calculele la controlerul Arduino.
Activarea unui anumit rând într-o coloană se face prin deschiderea tastei corespunzătoare. Pentru a reduce numărul de pini de ieșire al controlerului, selecția coloanei are loc prin intermediul decodoarelor (astfel, putem reduce numărul de linii de control la 5).
Conectorul TRS (mini-jack 3,5 mm) a fost ales ca interfață pentru conectarea la un computer (sau alt dispozitiv capabil să transmită un semnal audio).
Asamblarea dispozitivului
Începem asamblarea dispozitivului făcând o machetă a panoului frontal al dispozitivului.
Materialul ales pentru panoul frontal a fost plastic negru de 5mm grosime (intrucat si diametrul lentilei diodei este de 5mm). Marcam și decupăm conform aspectului dezvoltat panoul frontal la dimensiunea necesară și găuriți în plastic pentru LED-uri.
Astfel, obținem un panou frontal gata făcut pe care display-ul poate fi asamblat.
Ca LED-uri pentru matrice au fost folosite LED-uri bicolore (roșu-verde) cu catod comun GNL-5019UEUGC. Înainte de a începe asamblarea matricei, urmând regula „controlul suplimentar nu va dăuna”, toate LED-urile, și anume 270 buc. (luate cu rezervă pentru orice eventualitate), au fost testate pentru funcționalitate (în acest scop a fost asamblat un dispozitiv de testare, inclusiv un conector, o rezistență de 200 Ohm și o sursă de alimentare de 5V).
Apoi, îndoim LED-urile după cum urmează. Îndoim anozii diodelor roșii și verzi într-o direcție (spre dreapta), îndoim catodul în cealaltă direcție, asigurându-ne în același timp că catodul este mai jos decât anozii. Și apoi îndoim catodul în jos la 90°.
Începem asamblarea matricei din colțul din dreapta jos și o asamblam în coloane.
Amintindu-ne de regula „controlul suplimentar nu poate strica”, după una sau două coloane lipite, verificăm funcționalitatea.
Matricea finită arată așa.
Vedere din spate:
Conform circuitului dezvoltat, lipim circuitul de control pentru rânduri și coloane, lipim cablurile și spațiul pentru Arduino.
S-a decis să se afișeze, de asemenea, nu numai spectrul amplitudine-frecvență, ci și spectrul fază-frecvență și, de asemenea, selectarea numărului de mostre pentru afișare (32,16,8,4). Pentru aceasta, au fost adăugate 4 comutatoare: unul pentru a selecta tipul de spectru, două pentru a selecta numărul de mostre și unul pentru a porni și opri dispozitivul.
Scrierea unui program
Încă o dată ne respectăm regula și ne asigurăm că afișajul nostru este în stare de funcționare completă. Pentru a face acest lucru, scriem un program simplu care aprinde complet toate LED-urile de pe afișaj. Desigur, din cauza legii lui Murphy, mai multe LED-uri nu aveau curent și trebuiau înlocuite.
După ce ne-am asigurat că totul funcționează, am început să scriem codul programului principal. Acesta constă din trei părți: inițializarea variabilelor necesare și citirea datelor, obținerea spectrului de semnal utilizând transformarea Fourier rapidă și ieșirea spectrului rezultat cu formatarea necesară pe afișaj.
Asamblarea dispozitivului final
La sfârșit avem un panou frontal, iar sub el sunt o grămadă de fire care trebuie acoperite cu ceva, iar întrerupătoarele trebuie fixate pe ceva. Înainte de aceasta, au existat gânduri de a face un corp din plastic rămas, dar nu prea înțelegeam cum va arăta și cum să o facem. Soluția problemei a venit destul de neașteptat. După o plimbare prin magazinul de hardware, am găsit un ghiveci de flori din plastic care avea, surprinzător, dimensiunea perfectă.
Tot ce a mai rămas de făcut a fost să marcheze găurile pentru conectori, cabluri și întrerupătoare și, de asemenea, să decupăm două panouri laterale din plastic.
Ca rezultat, punând totul împreună și conectând dispozitivul la computer, am obținut următoarele:
Spectru amplitudine-frecvență (32 de puncte):
Spectru amplitudine-frecvență (16 puncte):
Spectru amplitudine-frecvență (8 puncte):
Spectru amplitudine-frecvență (4 puncte):
Spectru fază-frecvență:
Vedere panou din spate:
Video cu funcționarea dispozitivului
Pentru o mai mare claritate, videoclipul a fost filmat în întuneric. În videoclip, dispozitivul afișează spectrul amplitudine-frecvență, iar apoi la 7 secunde îl comutăm în modul spectru fază-frecvență.Lista articolelor necesare
- LED-uri GNL-5019UEUGC – 256 buc. (Pentru afișare)
- Tranzistoare N-p-n KT863A – 8 buc. (Pentru managementul șirurilor)
- Tranzistoare pnp C32740 – 32 buc. (Pentru a gestiona coloanele)
- Rezistoare 1kOhm – 32 buc. (Pentru a limita curentul de bază al tranzistorilor pnp)
- Decodoare 3/8 IN74AC138 – 4 buc. (Pentru a selecta o coloană)
- Decodoare 2/4 IN74AC139 – 1 buc. (Pentru decodoare în cascadă)
- Placa de montare 5x10cm – 2 buc.
- Bucle
- Arduino Pro micro – 1 buc.
- Conector mini-jack de 3,5 mm – 1 buc.
- Comutator – 4 buc.
- Plastic negru 720*490*5 mm – 1 foaie. (Pentru panoul frontal)
- Ghiveci de flori negru 550*200*150 mm – 1 buc. (Pentru corp)
Programul este Sursa deschisa analizor de sunet amplitudine-frecvență care funcționează în timp real.
Analizorul de frecvență funcționează cu orice vibrații sonore, inclusiv cu vocea umană, efectuând o transformare Fourier rapidă asupra acestora și descompunându-le în componente de frecvență.
Când microfonul transformă sunetul în tensiune, placa de sunet funcționează foarte rapid voltmetru digital, măsurarea tensiunii de la 11025 la 44100 ori pe secundă (în program puteți seta independent numărul de măsurători pe secundă). Fiecare măsurătoare este convertită într-un număr de opt sau șaisprezece biți. Numerele pe șaisprezece biți permit mai mult analiză precisă semnale slabe. Ca rezultat al eșantionării, este posibil să se obțină un număr de numere. Ele sunt recreate ca o sinusoidă în fereastra de lucru a programului numit „Wave”. În plus, orice sunet poate fi afișat ca o combinație de unde sinusoidale frecvente diferite. Matematic, această separare în frecvențe componente se numește transformată Fourier. Cel mai bun dintre ei algoritmi posibili numită transformată Fourier rapidă. Astfel, fereastra programului Frequency Spectrum arată compoziția spectrală a sunetului.
În program puteți selecta numărul de măsurători care vor fi incluse într-o transformată Fourier. Cu cât sunt mai multe măsurători, cu atât mai multe frecvențe pot fi detectate în spectru. Când modificați această valoare în Analizorul de frecvență, graficul se va schimba.
Pentru cei care ar dori să realizeze singuri programe similare, dezvoltatorii au prezentat algoritmul original Fast Fourier Transform, creat în C++. Poate fi folosit gratuit în orice software comercial. De asemenea, kit-ul de distribuție a programelor, la cererea populară, include un tutorial despre cum să lucrați cu semnalele primite de microfon folosind API-ul Win32, complet sursă Analizor de frecvență și tutorial de fizică a sunetului. Acesta funcționează pachete software fara instalare. Pentru ca programul să funcționeze, trebuie să aveți un microfon și o placă de sunet.
Numărul de calcule de transformare Fourier pe secundă poate fi ajustat utilizând parametrul programului „Viteză (FFT"s per sec)”. Cu toate acestea, dezvoltatorii avertizează că aceste valori ar trebui modificate cu precauție extremă, deoarece procesoarele lente pot să nu aveți timp să procesați toate valorile trimise de placa de sunet. Acest lucru va face ca computerul să înghețe.
Frequency Analyzer a fost dezvoltat de Reliable Software în 1996. Aceasta este o uniune de patru programatori independenți, dintre care doi locuiesc în Seattle, SUA (Bartosz Milewski și Debbie Ehrlich) și doi în Gdansk, Polonia (Wieslaw Kalkus și Piotr Trojanowski). Compania declară că scopul principal al activităților sale este lupta împotriva de calitate inferioară software. Lucrările la crearea programelor au loc de la distanță în timp real prin Skype. Autorii au creat deja o serie de tutoriale pentru Windows și o carte online despre programare, mențin un blog dedicat programării multi-threaded și o carte de referință despre API-ul Windows.
Interfața aplicației este engleză, nu există localizare. Cu toate acestea, din cauza numărului minim de setări, înțelegerea programului nu este dificilă.
Frequency Analyzer rulează pe computere personale care rulează sisteme de operare din familia Microsoft Windows, începând cu Windows 98.
Distributie program: Freeware
Alexey Lukin
Analizorul de spectru este un dispozitiv pentru măsurarea și afișarea spectrului unui semnal - distribuția energiei semnalului în funcție de frecvență. Acest articol discută principalele tipuri de analizoare de spectru și ilustrează utilizarea lor pentru editarea și restaurarea audio. Atentie speciala este dat analizoarelor moderne pe bazaFFT- Transformare rapidă Fourier.
De ce să analizăm spectrul?
În mod tradițional, în înregistrarea audio digitală, o pistă audio este reprezentată ca o oscilogramă care afișează forma de undă a sunetului, adică dependența amplitudinii sunetului în timp. Această reprezentare este destul de clară pentru un inginer de sunet cu experiență: oscilograma vă permite să vedeți principalele evenimente din sunet, cum ar fi schimbările de volum, pauzele între părți ale unei piese și adesea chiar note individuale într-o înregistrare solo a unui instrument. Dar sunetul simultan al mai multor instrumente de pe oscilogramă este „mixt” și analiza vizuală semnalul devine dificil. Cu toate acestea, urechea noastră poate distinge cu ușurință instrumente individualeîntr-un mic ansamblu. Cum se întâmplă asta?
Când o vibrație sonoră complexă lovește timpanul, aceasta este transmisă printr-o serie de osule auditive către un organ numit cohlee. Cohleea este un tub elastic răsucit în spirală. Grosimea și rigiditatea melcului se schimbă ușor de la marginea la centrul spiralei. Când o vibrație complexă ajunge la marginea cohleei, provoacă vibrații de răspuns părți diferite melci În plus, fiecare parte a cohleei are propria frecvență de rezonanță. Astfel, cohleea descompune vibrațiile sonore complexe în componente de frecvență individuale. Fiecare parte a melcului este potrivită grupuri separate nervii auditivi, transmitând informații despre vibrațiile cohleei către creier (mai multe detalii despre percepția auditivă pot fi citite în articolul „Fundamentals of Psychoacoustics” de I. Aldoshina în revista „Sound Engineer” Nr. 6, 1999). Drept urmare, creierul primește informații despre sunet, deja sortate în frecvențe, iar o persoană distinge cu ușurință sunetele înalte de cele joase. În plus, după cum vom vedea în curând, descompunerea audio în frecvențe ajută la distingerea instrumentelor individuale într-o înregistrare polifonică, îmbunătățind considerabil capacitățile de editare.
Analizoare de spectru bandpass
Primul analizoare de sunet spectru, semnalul a fost împărțit în benzi de frecvență folosind un set de filtre analogice. Afișajul unui astfel de analizor (Fig. 1) arată nivelul semnalului într-o varietate de benzi de frecvență corespunzătoare filtrelor.
Orez. 1. Analizor Specan32 de trei octave, emulând binecunoscutul dispozitiv KlarkTeknik DN60
În fig. Figura 2 prezintă un exemplu de caracteristici de frecvență ale filtrelor trece-bandă într-un analizor care îndeplinește standardul GOST 17168-82. Un astfel de analizor se numește analizor de a treia octavă, deoarece există trei benzi în fiecare octavă a intervalului de frecvență. Se poate observa că caracteristicile de frecvență ale filtrelor trece-bandă se suprapun; panta lor depinde de ordinea filtrelor utilizate.
Orez. 2. Caracteristicile frecvenței filtre pentru analizatorul de spectru de octava a treia
O proprietate importantă a unui analizor de spectru este balistica - inerția contoarelor de nivel în benzile de frecvență. Poate fi ajustat prin setarea ratei de creștere (atac) și scădere a nivelului. Timpii tipici de atac și cădere într-un astfel de analizor sunt de aproximativ 200 și 1500 ms.
Analizoarele de spectru cu trecere de bandă sunt adesea folosite pentru a ajusta răspunsul în frecvență (răspunsul amplitudine-frecvență) al sistemelor acustice din locațiile de concerte. Dacă se dă intrarea unui astfel de analizor zgomot roz(având aceeași putere în fiecare octavă), afișajul va afișa o linie orizontală, cu posibilă corecție pentru variația zgomotului în timp. Dacă zgomotul roz, care trece prin sistemul de sunet al sălii, este distorsionat, atunci modificările spectrului său vor fi vizibile pe analizor. În acest caz, analizorul, la fel ca urechea noastră, va fi insensibil la scăderi înguste ale răspunsului în frecvență (mai puțin de 1/3 dintr-o octavă).
transformata Fourier
Transformata Fourier este un aparat matematic pentru descompunerea semnalelor în oscilații sinusoidale. De exemplu, dacă semnalul X(t) continuă și infinită în timp, atunci poate fi reprezentată ca o integrală Fourier:
Integrala Fourier colectează semnalul X(t) dintr-un număr infinit de componente sinusoidale de toate frecvențele posibile ω , având amplitudini X ω si faze φ ω .
În practică, suntem mai interesați de analiza sunetelor care sunt finite în timp. Deoarece muzica nu este un semnal static, spectrul ei se schimbă în timp. Prin urmare, atunci când efectuăm analize spectrale, suntem de obicei interesați de fragmente scurte individuale ale semnalului. Pentru a analiza astfel de fragmente ale unui semnal audio digital, există transformată Fourier discretă:
Aici N mostre ale unui semnal discret X(n) pe intervalul de timp de la 0 la N-1 sunt sintetizate ca suma unui număr finit de oscilații sinusoidale cu amplitudini X k si faze φk. Frecvențele acestor sinusoide sunt egale kF/N, Unde F este frecvența de eșantionare a semnalului și N- numărul de mostre ale semnalului original X(n) pe intervalul analizat. Set de cote X k numit spectrul de amplitudine a semnalului. După cum se poate observa din formulă, frecvențele sinusoidelor în care este descompus semnalul sunt distribuite uniform de la 0 (componentă constantă) la F/2 - frecvența maximă posibilă într-un semnal digital. Această aranjare liniară a frecvențelor diferă de distribuția benzilor unui analizor de o treime de octavă.
Analizoare FFT
FFT (fast Fourier transform) - algoritm de calcul rapid transformare discretă Fourier. Datorită acesteia, a devenit posibilă analiza spectrului de semnale sonore în timp real.
Să luăm în considerare funcționarea unui analizor FFT tipic. Primește un semnal audio digital ca intrare. Analizorul selectează intervale succesive din semnal ("fereastră"), pe care va fi calculat spectrul și calculează FFT în fiecare fereastră pentru a obține spectrul de amplitudine X k. Spectrul calculat este afișat ca un grafic al amplitudinii față de frecvență (Fig. 3). Similar analizoarelor de bandă, o scară logaritmică este de obicei utilizată de-a lungul axelor de frecvență și amplitudine. Însă, datorită aranjamentului liniar al benzilor FFT în frecvență, spectrul poate apărea insuficient de detaliat la frecvențe inferioare sau oscilant excesiv la frecvențe mai mari.
Orez. 3. Afișaj analizor FFT
Dacă considerăm FFT ca o bancă de filtre, atunci, spre deosebire de filtrele trece-bandă ale unui analizor de o treime de octavă, filtrele FFT vor avea aceeași lățime în herți, mai degrabă decât în octave. Prin urmare, zgomotul roz de pe un analizor FFT nu va mai fi o linie orizontală, ci una înclinată, cu o declinare de 3 dB/oct. Linia orizontală de pe analizorul FFT va fi zgomot alb- conține energie egală în intervale de frecvență liniare egale.
Parametru N- numărul de probe de semnal analizate este crucial pentru tipul de spectru. Cu atât mai mult N, cu atât grila de frecvențe în care FFT descompune semnalul este mai densă și cu atât mai multe detalii de frecvență sunt vizibile pe spectru. Pentru a obține o rezoluție mai mare de frecvență, trebuie analizate secțiuni mai lungi ale semnalului. Dacă semnalul din fereastra FFT își schimbă proprietățile, atunci spectrul va afișa unele informații medii despre semnal din întregul interval de fereastră.
Când trebuie să analizați schimbările rapide ale unui semnal, lungimea ferestrei N alege mic. În acest caz, rezoluția analizei crește în timp și scade în frecvență. Astfel, rezoluția în frecvență a analizei este invers proporțională cu rezoluția în timp. Acest fapt se numește relație de incertitudine.
Cântărirea ferestrelor
Unul dintre cele mai simple semnale sonore este unda sinusoidală. Cum va arăta spectrul său pe un analizor FFT? Se pare că depinde de frecvența tonului. Știm că FFT nu descompune semnalul în funcție de frecvențele care sunt efectiv prezente în semnal, ci după o grilă de frecvență uniformă fixă. De exemplu, dacă frecvența de eșantionare este de 48 kHz și dimensiunea ferestrei FFT este de 4096 de eșantioane, atunci FFT descompune semnalul în 2049 frecvențe: 0 Hz, 11,72 Hz, 23,44 Hz, ..., 24000 Hz.
Dacă frecvența tonului se potrivește cu una dintre frecvențele grilei FFT, atunci spectrul va arăta „ideal”: un singur vârf ascuțit va indica frecvența și amplitudinea tonului (Fig. 4, grafic alb).
Dacă frecvența tonului nu se potrivește cu niciuna dintre frecvențele din grila FFT, atunci FFT va „asambla” tonul din frecvențele disponibile în grilă, combinate cu diferite greutăți. În acest caz, graficul spectrului este neclar în frecvență (Fig. 4, graficul verde). O astfel de estompare este de obicei nedorită, deoarece poate ascunde mai mult sunete slabe la frecvenţele adiacente. De asemenea, puteți observa că amplitudinea maximului graficului verde este mai mică decât amplitudinea reală a tonului analizat. Acest lucru se datorează faptului că puterea tonului analizat este egală cu suma puterilor coeficienților de spectru din care este compus acest ton.
Orez. 4. Spectrul unui ton sinusoid de diferite frecvențe cu și fără ferestre de ponderare
Pentru a reduce efectul de estompare a spectrului, semnalul este înmulțit cu cântărirea ferestrelor- funcții netede asemănătoare unui gaussian, care se încadrează spre marginile intervalului. Acestea reduc neclaritatea spectrului în detrimentul unei anumite deteriorări a rezoluției frecvenței. Dacă considerăm FFT ca un set de filtre trece-bandă, atunci ferestrele de ponderare reglează penetrarea reciprocă a benzilor de frecvență.
Cea mai simplă fereastră este dreptunghiulară: este o constantă 1 care nu schimbă semnalul. Este echivalent cu absența unei ferestre de greutate. Una dintre ferestrele populare este fereastra Hamming. Reduce nivelul de pete cu aproximativ 40 dB față de vârful principal.
Ferestrele de ponderare diferă în doi parametri principali: gradul de expansiune a vârfului principal și gradul de suprimare a neclarității spectrului. ("lobii laterali"). Cu cât dorim să suprimăm mai mult lobii laterali, cu atât vârful principal va fi mai larg. O fereastră dreptunghiulară estompează cel mai puțin partea de sus a vârfului, dar are cei mai înalți lobi laterali. Fereastra Kaiser are un parametru care vă permite să selectați gradul dorit de suprimare a lobului lateral.
O altă alegere populară este fereastra Hahn. Suprimă lobul lateral maxim mai puțin decât fereastra Hamming, dar lobii laterali rămași cad mai repede cu distanța de vârful principal. Fereastra Blackman are o suprimare mai puternică a lobului lateral decât fereastra Hahn.
Pentru majoritatea problemelor, nu este foarte important ce tip de fereastră de greutate să folosești. Principalul lucru este că există. Alegere populară- Khan sau Blackman. Utilizarea unei ferestre de ponderare reduce dependența formei spectrului de o anumită frecvență a semnalului și coincidența acesteia cu grila de frecvență FFT.
Figura 4 este făcută pentru sinusoide, cu toate acestea, pe baza ei, nu este greu de imaginat cum va arăta spectrul semnalelor sonore reale. Fiecare vârf din spectru va avea o formă neclară, în funcție de frecvența sa și de fereastra de ponderare selectată.
Pentru a compensa lărgirea maximă atunci când se utilizează ferestre de ponderare, pot fi utilizate ferestre FFT mai lungi: de exemplu, 8192 eșantioane în loc de 4096 eșantioane. Acest lucru va îmbunătăți rezoluția analizei în frecvență, dar o va degrada în timp.
Spectrograma
Este adesea nevoie de a monitoriza modul în care spectrul unui semnal se modifică în timp. Analizoarele FFT ajută la realizarea acestui lucru în timp real în timp ce redă semnalul. Cu toate acestea, în unele cazuri, se dovedește a fi convenabil să vizualizați simultan modificările spectrului în întregul pasaj al sunetului. Această reprezentare a semnalului se numește spectrogramă. Pentru a-l construi, este folosit transformată Fourier cu ferestre: Spectrul este calculat din ferestre succesive ale semnalului (Figura 5), iar fiecare dintre aceste spectre formează o coloană în spectrogramă. 
Orez. 5. Calculul spectrogramei semnalului
Axa orizontală a spectrogramei reprezintă timpul, axa verticală reprezintă frecvența, iar amplitudinea este indicată prin luminozitate sau culoare. În spectrograma unei note de chitară din Fig. 6 arată dezvoltarea sunetului: începe cu un atac ascuțit și continuă sub formă de armonici, multipli în frecvență ai tonului fundamental de 440 Hz. Se poate observa că armonicile superioare au o amplitudine mai mică și se degradează mai repede decât cele inferioare. Spectrograma arată, de asemenea, zgomotul de înregistrare - un fundal uniform albastru închis. În dreapta este o scară pentru potrivirea culorilor și a nivelurilor de semnal (în decibeli sub zero).
Orez. 6. Spectrograma unei note de chitară cu diferite dimensiuni ale ferestrei FFT
Dacă modificați dimensiunea ferestrei FFT, devine clar cum se modifică frecvența și rezoluția în timp a spectrogramei. Pe măsură ce fereastra este mărită, armonicile devin mai subțiri și frecvența lor poate fi determinată mai precis. Totuși, momentul atacului este neclar în timp (în partea stângă a spectrogramei). Când dimensiunea ferestrei este redusă, se observă efectul opus.
Spectrograma este utilă în special atunci când se analizează semnale care se schimbă rapid. În fig. Figura 7 prezintă o spectrogramă a unui pasaj vocal cu vibrato. Folosind-o, este ușor de determinat astfel de caracteristici ale vocii, cum ar fi frecvența și adâncimea vibratoului, forma și uniformitatea acestuia și prezența unui formant cântând. Melodia interpretată poate fi urmărită prin schimbarea înălțimii tonului fundamental și a armonicilor.
Orez. 7. Spectrograma unui pasaj vocal cu vibrato
Aplicații ale spectrogramei
Instrumentele moderne de restaurare audio, cum ar fi programul iZotope RX, utilizează în mod activ spectrograma pentru a edita regiuni individuale de timp-frecvență din semnal. Folosind această tehnică, puteți găsi și suprima sunete nedorite, cum ar fi sunete telefon mobilîn timpul unei înregistrări importante, scârțâitul scaunului pianistului, tusea în sală etc.
Să ilustrăm utilizarea unei spectrograme pentru a elimina fluierele fanilor dintr-o înregistrare de concert.
Orez. 8. Eliminarea sunetelor nedorite folosind o spectrogramă
În fig. Fluierul 8 este ușor de găsit: este o linie curbă ușoară în jurul valorii de 3 kHz. Dacă frecvența de șuierat ar fi constantă, ar putea fi suprimată folosind un filtru cu crestătură. Cu toate acestea, în cazul nostru frecvența se schimbă. Pentru a evidenția fluierul în spectrogramă, este convenabil să utilizați instrumentul „baghetă magică” din programul iZotope RX II. Apăsând o dată va evidenția tonul fundamental al fluierului, apăsând din nou va evidenția armonicile. După aceasta, fluierul poate fi îndepărtat prin simpla apăsare a tastei Del. Cu toate acestea, o modalitate mai precisă este utilizarea modulului Spectral Repair: acest lucru va evita „găuri” în spectru după îndepărtarea fluierului. După utilizarea acestui modul în modul de atenuare cu interpolare verticală (Atenuare verticală), fluierul dispare aproape complet din înregistrare: atât vizual, cât și auditiv.
O altă aplicație utilă a unei spectrograme este analizarea prezenței urmelor de compresie MP3 sau a altor codecuri cu pierderi într-o înregistrare. Majoritatea înregistrărilor sunt de calitate originală (necomprimată). gama de frecvente se extinde la 20 kHz și mai sus; în acest caz, energia semnalului scade ușor odată cu creșterea frecvenței (ca în Fig. 6, 7). Ca urmare a compresiei psihoacustice, frecvențele superioare ale semnalului sunt cuantificate mai puternic decât cele inferioare, iar limita superioară a spectrului semnalului este resetata la zero (ca în Fig. 8). În acest caz, frecvența de tăiere depinde de conținutul semnalului codificat și de rata de biți a codificatorului. Este clar că encoderul tinde să reseta doar acele frecvențe din semnal care sunt acest moment inaudibil (mascat). Prin urmare, frecvența de tăiere, de regulă, se modifică în timp, ceea ce formează o „frangiu” caracteristică pe spectrogramă cu insule de energie pe un fundal întunecat.
O situație similară apare uneori cu interferențe de joasă frecvență, cum ar fi vântul care sufla în microfon sau o componentă constantă (schimbarea în DC, DC offset). Ele pot fi localizate la frecvențe infra-joase și nu pot fi detectate fără ajutorul unui analizor de spectru sau al unui osciloscop.
Concluzie
Printre inginerii de sunet cu experiență din vechea școală, există o credință larg răspândită că semnalele ar trebui analizate și editate numai după ureche, fără a se baza pe indicatori și analizoare. Desigur, analizoarele nu sunt un panaceu pentru pierderea auzului. Este puțin probabil ca cineva să ia în serios ideea de a amesteca o compoziție „pe instrumente”.
Spectrul și spectrograma sunt modalități de reprezentare a sunetului care sunt mai aproape de percepția auditivă decât o oscilogramă. Sper că acest articol va deschide noi posibilități în analiza și editarea sunetului pentru cei care nu au lucrat anterior cu aceste reprezentări.
Probabil că fiecare dintre voi a întâlnit analizoare de sunet, indiferent dacă a vrut sau nu. Fiecare este pe rafturile magazinelor de mai bine de zece ani, mai mult sau mai puțin decent. Centrul muzical are unul. Oamenii le numesc de obicei „muzică color”, „egalizator” și altele asemenea. Și pe computer, mulți jucători au analizoare de spectru și, în unele cazuri, vizualizează foarte puternic sunetul (plugin-uri pentru Winamp). Dar acum vom vorbi nu despre cele de utilizator obișnuit, ci despre programe profesionale pentru analiza unui semnal (în cazul nostru, sunet). Lasă-mă să explic de ce scriu „semnal”. De fapt, aceste programe vă permit să analizați semnalul care ajunge la intrarea plăcii de sunet, dar există meșteri care dau semnale non-audio și obțin ceva ca un osciloscop sau un multimetru, dar din nou nu avem nevoie de asta. În recenzia mea am inclus 3 programe pentru analiza semnalului (sunetului): PAS Analysis Center v3.5, 4Pockets PocketRTA PC v1.0 și Pinguin Audio Meter v2.2.
Centrul de analiză PAS v3.5
Deci, să începem în ordine: când lansăm programul, vedem mai multe ferestre (Fig. 1). Acestea sunt ceea ce vom lua în considerare în continuare.
Figura 1. Windows în Centrul de analiză PAS v3.5
Prima dintre ferestre este Analizor de spectru, analizorul de spectru însuși. Pe prima filă (FFT Length) se fac setări pentru transformarea Fourier (de fapt, procesul de reprezentare a semnalului în formă spectrală). Blackman, Hamming, Parzen etc. sunt așa-numitele „ferestre”, cu alte cuvinte, acestea sunt numele matematicienilor care și-au propus fiecare propria funcție de ponderare pentru a reprezenta spectrul sonor. Dacă doriți să simțiți diferența dintre ele, atunci porniți generatorul (Fig. 2) și generați o undă sinusoidală (Sine).
Figura 2. Porniți generatorul
Deoarece o undă sinusoidală ar trebui să producă în mod ideal un vârf în regiunea spectrală, puteți comuta „ferestrele” menționate mai sus și puteți privi rezultatul.
Următorul parametru este Lungime FFT. Acesta este numărul de mostre din transformata Fourier. Cu cât această valoare este mai mare, cu atât este mai precisă răspuns spectral dar procesul este mai lent. Si invers.
Fila următoare - Scară. Setările pentru scara analizorului de spectru se află aici. Toate cele trei caracteristici reglează tensiunea/compresiunea de-a lungul axelor.
Afişa. Această filă conține setări pentru vizualizarea analizorului de spectru.
Log Amplitudine și Log Frecvență- scale logaritmice sau liniare de-a lungul axelor corespunzătoare. Draw grid - desenarea unei grile. Desenați inactiv - evidențierea benzilor spectrale. Draw amplitude scale și Draw frequency scale - afișează calibrarea scărilor de nivel și, respectiv, frecvență. Draw peaks - trasarea valorilor de vârf. Peaks hold - afișează ultima valoare de vârf.
Drăguț- tip de vizualizare a spectrului. Modul Scroll este deosebit de interesant aici, deoarece... În acest mod, este inclusă și a 3-a dimensiune - timpul.
Vârfurile- setarea afisarii varfurilor. Numere - grosimea vârfului. Peak delay - întârziere de vârf. Viteza de vârf - viteza de declin de vârf.
Descompunere- setarea timpului de regenerare a coloanelor spectrale. Necesar pentru corectarea vitezei, de ex. ca să nu sară cu viteză vertiginoasă sau, dimpotrivă, abia să se arunce și să se întoarcă.
Figura 3. Osciloscop
Următoarea fereastră este Osciloscop (Fig. 3). Afișează forma de undă în cazul sunetului și, în general, modificarea tensiunii (sau curentului în funcție de conexiune) a semnalului analizat.
Lungime FFT- după cum am spus deja, aceasta este o setare pentru transformarea Fourier.
Scară- aici puteți configura etichete de scară. Efect - selectați separarea culorilor pentru vârfuri (Peaks) sau pentru părțile superioare/inferioare (Splitt).
Afişa- vizualizați setările. Aici merită evidențiat Scroll - o compresie semnificativă în timp, convenabilă pentru observarea unei imagini mai generale.
Ținute- tipul de desen al valului.
Modul de declanșare- Această funcție este similară cu funcția de declanșare din osciloscoape. Și este puțin probabil să fie util pentru analiza muzicii. Sus Flag și Down Flag - pe ce margine să se sincronizeze (se notează pe semnalele dinți de ferăstrău). Nivel de declanșare - nivel de declanșare.
Și ultima fereastră - Spectrograma(Fig. 4) acesta este de fapt un spectru inversat, întins în timp. Amplitudinea (nivelul) este afișată color aici.
Figura 4. Spectrograf
Lungime FFT - vezi mai devreme.
Scară- setări de scalare și câștig. Scala amplificatorului - câștig. Sensitiv - sensibilitate. Scala de frecvențe - gradul de întindere a axei frecvenței. Frecvență de bază - frecvență principală (inferioară).
Afişa- setări de afișare a spectrogramelor. Accelerare - accelerare în timp. În relief - schimbarea fundalului spectrografului, mai ales eficientă cu alte setări (Negru-Alb în ținută). Derulați afișajul - derulați afișajul pe măsură ce treceți sau reveniți.
Imbracaminte - setări de culoare spectrograme.
Aceasta încheie revizuirea ferestrelor.
Acum vreau să spun puțin despre principiile de bază de funcționare ale acestui program și altele similare (analizoare de semnal).
Există 3 moduri de funcționare a unor astfel de programe: 1. Live (analiza sunetului în timp real de la intrarea plăcii de sunet). Aici vezi Figura 5
Figura 5. Mod live
2. File player. Analizează fișierele deja înregistrate (vezi Fig. 6)
Figura 6. Modul Player
3. Modul generator. Am menționat-o deja mai sus (vezi Fig. 2). Util pentru ajustări și setări.
4Pockets PocketRTA PC v1.0
Acest produs este interesant deoarece este realizat pentru două platforme: PC și Pocket PC, adică. atât pentru desktop cât și pentru PC-uri de buzunar. Voi revizui versiunea desktop.
Deci, după ce am pornit programul, vedem fereastra principală a programului (Fig. 7).
Figura 7. Fereastra principală 4Pockets PocketRTA PC v1.0
În partea de sus vedem nivelurile semnalului de intrare. Chiar mai jos este o secțiune care arată nivelul celei mai puternice frecvențe din spectru sub forma, de fapt, valoare numericăîn herți, precum și aproximativ nota corespunzătoare acestei frecvențe. Fereastra analizorului este situată și mai jos. În partea de jos există o secțiune de setări. Aici îl vom analiza mai detaliat.
Scară- selectarea preciziei și tipului de analizor. În plus, există un osciloscop (Probă), un spectrograf (Spectrograf) și o funcție atât de neobișnuită precum nivelul presiunea sonoră(SPL). Folosind SPL, se determină raportul semnal-zgomot și unele caracteristici hardware.
In medie- functie pentru observarea comoda a spectrului (incetineste/accelereaza)
Lun- (Monitor channel) selectarea tipului de canale analizate (mono, stereo, stânga, dreapta)
Urmă- salvează nivelurile de vârf pe ecran. Convenabil pentru setările de octave.
Greutate- conform dezvoltatorilor, la frecvențe sub 500 Hz și peste 4 kHz, sensibilitatea auzului scade, ceea ce înseamnă că în afara acestor limite de frecvență o persoană aude sunete mai liniștite. Pentru a compensa acest efect, echipamentele profesionale folosesc curbe de greutate. Există 4 tipuri de curbe de greutate disponibile aici.
Descompunere- rata de declin a coloanelor spectrale.
Câştig- ajustarea câștigului. O creștere de 3 dB este aceeași cu o dublare.
Pauză- pauză (cine se îndoia).
Ton- generator. Sunt disponibile 8 presetari sinusoidali de diferite frecvente si 2 presetari de zgomot.
De asemenea, vreau să vă atrag atenția asupra faptului că în modul analizor de spectru putem vedea în secțiunea de sub niveluri frecvența, nota și nivelul în punctul în care facem clic cu mouse-ul. Uneori util.
Penguin Audio Meter v2.2
Acest produs nu are setări atât de flexibile precum frații săi. Dar mi-a plăcut pentru simplitatea și designul său, pentru că nu întotdeauna și nu toată lumea trebuie să folosească multe dintre toate setările complexe.
Program Penguin Audio Meter are doar 4 ferestre (Fig. 8)
Figura 8. Fereastra principală a Pinguin Audio Meter v2.2
Comoditatea acestui program este că fiecare fereastră poate fi extinsă și astfel este mult mai plăcut de observat. Când apăsați butonul corect mouse, apare un meniu cu setări pentru fiecare fereastră.
Contor PPM- indicator de nivel (Fig. 9). Setări disponibile- aranjare orizontală/verticală (orizontală), afișaj static niveluri de vârf(peak hold), afișarea nivelurilor de vârf cu atenuare (peak decay), timp de decay (timp de decay) și setări de culoare (culoare).
Figura 9. PPM Meter - indicator de nivel în Pinguin Audio Meter
Contor stereo - indicator de corelare a fazelor și lățimea stereo în interior coordonatele X-Y(Fig. 10).
Figura 10. Contor stereo în Pinguin Audio Meter
Sunt disponibile următoarele setări:
Puncte vizibile- numărul de puncte vizibile pentru a regla claritatea imaginii.
Puncte groase- puncte aldine sau mici.
Mostre- timpul de prelevare. Ajustabil pentru a reduce sarcina procesorului.
Analizor de spectru- analizor de spectru (după cum ați putea ghici) (Fig. 11).
Figura 11. Analizor de spectru în Penguin Audio Meter
În meniul de setări, sunt disponibile aceleași ca și pentru indicatorul de nivel, dar mai sunt câteva ale lor.
Ferestre- funcțiile de ponderare ale transformării Fourier (vezi mai sus, despre Spectra Lab). 7 functii disponibile. Creatorii programului consideră că funcția lui Welch este interesantă.
Modul de introducere- modul de afișare a canalelor analizate. Aici, spre deosebire de programele discutate anterior, nu puteți afișa mai multe canale deodată.
Contor de corelație- corelometrul. Afișează diferența de fază (corelația) dintre două canale (Fig. 12). Acesta este un fel de verificare a „calității imaginii stereo”. Are doar două setări - Modul Pornit și Orizontal.
Figura 12. Corelometrul Pinguin Audio Meter
Asta e tot pentru „analizatorul nostru de pinguini”. Da, mai există câteva setări pe bara de instrumente, cum ar fi rata de eșantionare, selecția dispozitivului și prioritatea programului.
Ei bine, în concluzie, am decis să rezumă datele principale într-un tabel, adică. comparați analizoarele de mai sus.
| Parametru | Centrul de analiză PAS v3.5 | 4Pockets PocketRTA PC v1.0 | Penguin Audio Meter v2.2 |
| analizor de spectru | + | + | + |
| spectrograf | + | + | - |
| osciloscop | + | + | - |
| indicator de corelație de fază (X-Y) | - | - | + |
| corelometrul | - | - | + |
| Setări FFT | + | + | - |
| generator de semnal | + | + | - |
| analiza fișierului | + | + | - |
| numărul de „ferestre” (tipuri de afișare a spectrului) | 7 | 4 | 7 |
| aspect (scara de 5 puncte) | 3 | 2 | 4 |
După cum se vede din tabelul rezumativ Penguin Audio Meter v2.2 Este destul de slab în ceea ce privește funcțiile, dar are mai multe „trucuri” cu care frații săi mai puternici nu se pot lăuda - un corelometru și un indicator de corelare a fazelor. Aspect- evaluarea mea personal, i.e. destul de subiectiv. L-am evaluat pe o scară de 5 puncte. Nu am dat nimănui 5, pentru că, vezi tu, era posibil să te descurci mai bine în ceea ce privește grafica (ți minte aceleași pluginuri Winamp). Dar totuși, mi-a plăcut aspectul „pinguinului”.
Notă:
Programele descrise în acest articol:
SoundCard Oszilloscope - un program care transformă computerul într-un osciloscop cu două canale, un generator de frecvență joasă cu două canale și un analizor de spectru
Bună ziua, dragi radioamatori!
Fiecare radioamator știe că pentru a crea aparate de radio amatori mai mult sau mai puțin complexe, trebuie să ai la dispoziție nu doar un multimetru. Astăzi, în magazinele noastre puteți cumpăra aproape orice dispozitiv, dar - există un „dar” - costul unui dispozitiv de calitate decentă este nu mai puțin de câteva zeci de mii de ruble noastre și nu este un secret că pentru majoritatea rușilor acesta este o sumă semnificativă de bani și, prin urmare, aceste dispozitive nu sunt disponibile deloc, sau un radioamator cumpără dispozitive care au fost utilizate de mult timp.
Azi pe site , vom încerca să dotăm laboratorul de radioamatori cu instrumente virtuale gratuite -osciloscop digital cu două canale,
generator cu două canale frecventa audio
,
analizor de spectru. Singurul dezavantaj al acestor dispozitive este că toate funcționează numai în banda de frecvență de la 1 Hz la 20.000 Hz. Site-ul a oferit deja o descriere a unui program similar de radio amator:“ “
- program de conversie computer de acasăîntr-un osciloscop.
Astăzi vreau să vă aduc în atenție un alt program - "Osziloscop placa de sunet„. Am fost atras de acest program caracteristici bune, design atent, ușurință de a învăța și de a lucra în el. Acest programîn engleză, fără traducere în rusă. Dar nu consider acest lucru un dezavantaj. În primul rând, este foarte ușor să-ți dai seama cum să lucrezi în program, îl vei vedea singur și, în al doilea rând, într-o zi vei avea instrumente bune(și au toate simbolurile în engleză, deși ele însele sunt chinezești) și te vei obișnui imediat și ușor cu ele.
Programul a fost dezvoltat de C. Zeitnitz și este gratuit, dar numai pentru uz privat. O licență pentru program costă aproximativ 1.500 de ruble și există și așa-numita „licență privată” - care costă aproximativ 400 de ruble, dar aceasta este mai mult o donație către autor pentru îmbunătățirea ulterioară a programului. Vom folosi în mod natural versiune gratuită un program care diferă doar prin aceea că, atunci când îl lansați, de fiecare dată apare o fereastră care vă cere să cumpărați o licență.
Descărcați programul ( ultima versiune din decembrie 2012):
(28,1 MiB, 51.272 accesări)
Mai întâi, să înțelegem „conceptele”:
Osciloscop– un dispozitiv conceput pentru cercetare, observare, măsurare a amplitudinii și a intervalelor de timp.
Osciloscoapele sunt clasificate:
♦ după scopul și metoda de afișare a informațiilor:
– osciloscoape cu scanare periodică pentru observarea semnalelor pe ecran (în Occident se numesc osciloscop)
– osciloscoape cu baleiaj continuu pentru inregistrarea curbei semnalului pe banda fotografica (in Occident se numesc oscilograf)
♦ prin metoda de procesare a semnalului de intrare:
– analogic
– digitală
Programul rulează într-un mediu nu mai mic decât W2000 și include:
- osciloscop cu două canale cu lățime de bandă (în funcție de placa de sunet) nu mai puțin de la 20 la 20000 Hz;
– generator de semnal cu două canale (cu o frecvență generată similară);
- analizor de spectru
– și este, de asemenea, posibil să înregistrați un semnal audio pentru studiu ulterior
Fiecare dintre aceste programe are caracteristici suplimentare, pe care le vom lua în considerare pe măsură ce le studiem.
Vom începe cu generatorul de semnal:
Generatorul de semnal, așa cum am spus deja, este cu două canale - Canalul 1 și Canalul 2.
Să luăm în considerare scopul comutatoarelor și ferestrelor sale principale:
1
– butoane pentru pornirea generatoarelor;
2
– Fereastra de setare a formei de undă de ieșire:
albastru– sinusoidal
triunghi- triunghiular
pătrat- dreptunghiular
dinți de ferăstrău- dinți de ferăstrău
zgomot alb- Zgomot alb
3
– regulatoare de amplitudine a semnalului de ieșire (maxim – 1 volt);
4
– Controale de setare a frecvenței (frecvența dorită poate fi setată manual în ferestrele de sub comenzi). Deși frecvența maximă pe regulatoare este de 10 kHz, puteți introduce orice frecvență permisă în ferestrele inferioare (în funcție de placa de sunet);
5
– ferestre pentru setarea manuală a frecvenței;
6
– pornirea modului „Sweep – generator”. În acest mod, frecvența de ieșire a generatorului se schimbă periodic de la valoarea minimă setată în casetele „5” la valoarea maximă setată în casetele „Fend” în timpul stabilit în casetele „Timp”. Acest mod poate fi activat fie pentru un canal, fie pentru două canale simultan;
7
– ferestre pentru setarea frecvenței și timpului final al modului Sweep;
8
– conexiune software ieșirea canalului generator către primul sau al doilea canal de intrare al osciloscopului;
9
- stabilirea diferenței de fază între semnalele de la primul și al doilea canal al generatorului.
10
-la setarea ciclului de lucru al semnalului (valabil doar pentru un semnal dreptunghiular).
Acum să ne uităm la osciloscopul în sine:
1
– Amplitudine -
reglarea sensibilității canalului de deviere verticală
2
– Sincronizare– permite (prin bifare sau debifare) reglarea separată sau simultană a două canale în funcție de amplitudinea semnalului
3, 4
– vă permite să separați semnalele de-a lungul înălțimii ecranului pentru observarea lor individuală
5
– setarea timpului de baleiaj (de la 1 milisecundă la 10 secunde, cu 1000 de milisecunde într-o secundă)
6
– start Stop funcţionarea osciloscopului. Când este oprit, starea curentă a semnalelor este salvată pe ecran și apare butonul Salvare ( 16
) vă permite să salvați starea curentă pe computer sub formă de 3 fișiere (date text ale semnalului studiat, o imagine alb-negru și imagine color imagini de pe ecranul osciloscopului în momentul opririi)
7
– Trigger – dispozitiv software, care întârzie începerea măturarii până când sunt îndeplinite anumite condiții și servește la obținerea unei imagini stabile pe ecranul osciloscopului. Există 4 moduri:
– pornit/oprit. Când declanșatorul este dezactivat, imaginea de pe ecran va părea „curgând” sau chiar „untată”.
– mod auto. Programul însuși selectează modul (normal sau simplu).
– Mod normal
. În acest mod, se efectuează o baleiere continuă a semnalului studiat.
– modul single player. În acest mod, se efectuează o măturare unică a semnalului (cu un interval de timp setat de regulatorul de timp).
8
– selectarea canalului activ
9
– Margine– tip de declanșare a semnalului:
- în creștere– de-a lungul frontului semnalului studiat
– cădere– conform declinului semnalului studiat
10
– Setare automată – instalare automată timpul de măturare, sensibilitatea canalului de deviere verticală Amplitudinea și, de asemenea, imaginea este condusă în centrul ecranului.
11
-Modul canal– determină modul în care vor fi afișate semnalele pe ecranul osciloscopului:
– singur– ieșire separată a două semnale către ecran
- CH1 + CH2– scoateți suma a două semnale
– CH1 – CH2– scoate diferența dintre două semnale
– CH1 * CH2– ieșirea produsului a două semnale
12 și 13 – selectarea afișării canalelor pe ecran (sau oricare dintre cele două, sau două simultan, valoarea este afișată lângă Amplitudine)
14
– ieșire de formă de undă canal 1
15
– ieșire de formă de undă canal 2
16
– deja trecut - înregistrarea unui semnal către un computer în modul de oprire a osciloscopului
17
– scară de timp (avem un regulator Timp este setat la 10 milisecunde, astfel încât scara este afișată de la 0 la 10 milisecunde)
18
– stare– arată starea curentă a declanșatorului și, de asemenea, vă permite să afișați următoarele date:
- HZ și Volți– afișarea frecvenței tensiunii curente a semnalului studiat
– cursor– includerea cursoarelor verticale și orizontale pentru măsurarea parametrilor semnalului studiat
– log pentru a umple– înregistrarea secundă cu secundă a parametrilor semnalului studiat.
Realizarea de măsurători pe un osciloscop
Mai întâi, să setăm generatorul de semnal:
1. Porniți canalul 1 și canalul 2 (triunghiurile verzi se aprind)
2. Setați semnalele de ieșire - sinusoidale și dreptunghiulare
3. Setați amplitudinea semnalelor de ieșire la 0,5 (generatorul generează semnale cu o amplitudine maximă de 1 volți, iar 0,5 va însemna o amplitudine a semnalului egală cu 0,5 volți)
4. Setați frecvențele la 50 Herți
5. Comutați în modul osciloscop
Măsurarea amplitudinii semnalului:
1. Butonul de sub inscripție Măsura selectați modul HZ și Volți, puneți o bifă lângă inscripții Frecvență și tensiune. În același timp, frecvențele curente pentru fiecare dintre cele două semnale (aproape 50 herți), amplitudinea semnal complet Vp-pși tensiunea efectivă a semnalului Veff.
2. Butonul de sub inscripție Măsura selectați modul Cursore si puneti o bifa langa inscriptie Voltaj. În acest caz avem două linii orizontale, iar în partea de jos există inscripții care arată amplitudinea componentelor pozitive și negative ale semnalului ( A), precum și intervalul general de amplitudine a semnalului ( dA).
3. Setăm liniile orizontale în poziția de care avem nevoie față de semnal, pe ecran vom primi date despre amplitudinea lor:
Măsurarea intervalelor de timp:
Efectuăm aceleași operații ca și pentru măsurarea amplitudinii semnalelor, cu excepția - în modul Cursore pune o bifă lângă inscripție Timp. Ca urmare, în loc de cele orizontale, vom obține două linii verticale, iar intervalul de timp dintre două va fi afișat mai jos linii verticaleși frecvența curentă a semnalului în acest interval de timp:
Determinarea frecvenței și amplitudinii semnalului
În cazul nostru, nu este nevoie să se calculeze în mod specific frecvența și amplitudinea semnalului - totul este afișat pe ecranul osciloscopului. Dar dacă trebuie să utilizați un osciloscop analogic pentru prima dată în viață și nu știți cum să determinați frecvența și amplitudinea unui semnal, vom lua în considerare această problemă în scopuri educaționale.
Lăsăm setările generatorului așa cum au fost, cu excepția setării amplitudinii semnalului la 1.0 și a setărilor osciloscopului ca în imagine:
Setăm controlul amplitudinii semnalului la 100 milivolti, controlul timpului de baleiaj la 50 milisecunde și obținem o imagine pe ecran ca mai sus.
Principiul determinării amplitudinii semnalului:
Regulator Amplitudine suntem intr-o situatie 100 milivolți, ceea ce înseamnă că costul împărțirii grilei pe verticală pe ecranul osciloscopului este de 100 milivolți. Numărăm numărul de diviziuni din partea de jos a semnalului până în sus (obținem 10 divizii) și înmulțim cu prețul unei diviziuni - 10*100= 1000 milivolți= 1 volți, ceea ce înseamnă că amplitudinea semnalului de sus în jos este de 1 volt. Exact în același mod, puteți măsura amplitudinea semnalului în orice parte a oscilogramei.
Determinarea caracteristicilor de sincronizare a semnalului:
Regulator Timp suntem intr-o situatie 50 de milisecunde. Numărul de diviziuni orizontale ale scării osciloscopului este 10 (în acest caz, avem 10 diviziuni pe ecran), împărțiți 50 la 10 și obțineți 5, aceasta înseamnă că costul unei diviziuni va fi egal cu 5 milisecunde. Selectăm secțiunea oscilogramei semnal de care avem nevoie și numărăm în câte diviziuni se încadrează (în cazul nostru, 4 diviziuni). Înmulțiți prețul unei divizii cu numărul de diviziuni 5*4=20
si determina ca perioada semnalului in zona studiata este 20 de milisecunde.
Determinarea frecvenței semnalului.
Frecvența semnalului studiat este determinată de formula uzuală. Știm că o perioadă a semnalului nostru este egală cu 20 de milisecunde, rămâne să aflăm câte perioade vor fi într-o secundă - 1 secundă/20 milisecunde= 1000/20= 50 Herți.
Analizor de spectru
Analizor de spectru– un dispozitiv pentru observarea și măsurarea distribuției relative a energiei oscilațiilor electrice (electromagnetice) într-o bandă de frecvență.
Analizor de spectru de joasă frecvență(ca și în cazul nostru) este conceput să funcționeze în domeniul de frecvență audio și este utilizat, de exemplu, pentru a determina răspunsul în frecvență al diferitelor dispozitive, atunci când se studiază caracteristicile zgomotului și se instalează diverse echipamente radio. Mai exact, putem determina răspunsul amplitudine-frecvență al amplificatorului audio care este asamblat, putem configura diverse filtre etc.
Nu este nimic complicat în lucrul cu un analizor de spectru; mai jos voi prezenta scopul setărilor sale principale, iar tu însuți, prin experiență, îți vei da seama cu ușurință cum să lucrezi cu el.
Iată cum arată analizorul de spectru în programul nostru:
Ce este aici - ce:
1. Vedere verticală a scalei analizorului
2. Selectarea canalelor afișate din generatorul de frecvență și tipul de afișare
3. Partea de lucru a analizorului
4. Buton pentru înregistrarea stării curente a oscilogramei când este oprită
5. Modul de mărire a câmpului de lucru
6. Comutarea scării orizontale (scara de frecvență) de la vedere liniară la vedere logaritmică
7. Frecvența semnalului curent când generatorul funcționează în modul de baleiaj
8. Frecvența curentă la poziția cursorului
9. Indicator de distorsiune armonică a semnalului
10. Setarea unui filtru pentru semnale în funcție de frecvență
Vezi cifrele Lissajous
figurile Lissajous– traiectorii închise trasate de un punct care execută simultan două oscilații armonice în două direcții reciproc perpendiculare. Aspectul figurilor depinde de relația dintre perioadele (frecvențele), fazele și amplitudinile ambelor oscilații.
Dacă aplicați la intrări " X" Și " Y» semnalele osciloscopului de frecvențe apropiate, apoi figurile Lissajous pot fi văzute pe ecran. Această metodă este utilizată pe scară largă pentru a compara frecvențele a două surse de semnal și pentru a potrivi o sursă cu frecvența celeilalte. Când frecvențele sunt apropiate, dar nu egale între ele, cifra de pe ecran se rotește, iar perioada ciclului de rotație este inversul diferenței de frecvență, de exemplu, perioada de rotație este de 2 s - diferența de frecvențe dintre semnale este de 0,5 Hz. Dacă frecvențele sunt egale, figura îngheață nemișcată, în orice fază, dar în practică, din cauza instabilităților pe termen scurt ale semnalelor, figura de pe ecranul osciloscopului de obicei tremură puțin. Îl poți folosi nu numai pentru comparație aceleasi frecvente, dar și într-un raport multiplu, de exemplu, dacă sursa de referință poate produce doar o frecvență de 5 MHz, iar sursa reglată - 2,5 MHz.
Nu sunt sigur că această funcție a programului vă va fi utilă, dar dacă aveți nevoie brusc de ea, atunci cred că vă puteți da seama cu ușurință de această funcție pe cont propriu.
Funcție de înregistrare audio
Am spus deja că programul vă permite să înregistrați oricare semnal sonor pe un computer pentru studii suplimentare. Funcția de înregistrare a semnalului nu este dificilă și vă puteți da seama cu ușurință cum să o faceți:
