Как вы думаете, что делают девушки, когда собираются вместе? Идут по магазинам, фотографируются, ходят по салонам красоты? Да, так и есть, но так делают далеко не все. В данной статье пойдёт речь о том, как две девушки решили собрать радиоэлектронное устройство своими руками.
Почему именно анализатор-визуализатор спектра?
Ведь программных решений данной задачи довольно много и вариантов аппаратной реализации так же немало. Во-первых, очень хотелось поработать с большим количеством светодиодов (т.к. мы уже собирали led-куб, каждый для себя, но в небольших размерах), во-вторых, применить на практике полученные знания по цифровой обработке сигналов и, в-третьих, в очередной раз попрактиковаться в работе с паяльником.Разработка устройства
Т.к. брать готовое решение и делать строго по инструкции – это скучно и неинтересно, поэтому мы решили разрабатывать схему сами, лишь немного опираясь на уже созданные устройства.В качестве дисплея выбрали светодиодную матрицу 8х32. Можно было использоваться готовые led-матрицы 8х8 и собирать из них, но мы решили не отказывать себе в удовольствии посидеть вечерком с паяльником, и поэтому собирали дисплей сами из светодиодов.
Для управления дисплеем мы не изобретали велосипед и использовали схему управления с динамической индикацией. Т.е. выбрали один столбец, зажгли его, остальные столбцы в этот момент погасили, затем выбирали следующий, зажгли его, остальные погасили и т.д. Ввиду того, что человеческий глаз не идеален, мы можем наблюдать статическую картинку на дисплее.
Пойдя по пути наименьшего сопротивления было решено, что все вычисления разумно будет перенести на контроллер Arduino.
Включение той или иной строки в столбце осуществляется с помощью открытия соответствующего ключа. Для уменьшения количества выходных пинов контроллера, выбор столбца происходит через дешифраторы (таким образом, мы можем сократить количество управляющих линий до 5).
В качестве интерфейса подключения к компьютеру (или другому устройству, способному передавать аудио сигнал) был выбран разъём TRS (mini-jack 3.5 mm).
Сборка устройства
Сборку устройства начинаем с того, что делаем макет лицевой панели устройства.
Материалом для лицевой панели был выбран чёрный пластик толщиной 5мм (т.к. диаметр линзы диода также 5мм). По разработанному макету размечаем, вырезаем лицевую панель под необходимый размер и просверливаем отверстия в пластике под светодиоды.
Таким образом получаем готовую лицевую панель, на которой можно уже собирать дисплей.
В качестве светодиодов для матрицы были использованы двухцветные (красный-зелёный) с общим катодом GNL-5019UEUGC. Перед началом сборки матрицы, руководствуясь правилом “лишний контроль не повредит” все светодиоды, а именно 270 шт. (брали с запасом на всякий случай), были проверены на работоспособность (для этого было собрано тестирующее устройство, включающее в себя разъём, резистор 200Ом и источник питания на 5В).
Дальше разгибаем светодиоды следующим образом. Аноды красного и зеленого диодов отгибаем в одну сторону (вправо), катод отгибаем в другую сторону, при этом следим, чтобы катод был ниже чем аноды. И затем под 90° загибаем катод вниз.
Сборку матрицы начинаем с правого нижнего угла, сборку производим по столбцам.
Вспоминая про правило “лишний контроль не повредит”, после одного-двух спаянных столбцов, проверяем работоспособность.
Готовая матрица выглядит следующим образом.
Вид сзади:
По разработанной схеме паяем схему управления строками и столбцами, распаиваем шлейфы и место под Arduino.
Было решено так же выводить не только амплитудно-частотны, но и фазо-частотный спектр, а также выбирать количества отсчетов для отображения (32,16,8,4). Для этого были добавлены 4 переключателя: один на выбор типа спектра, два на выбор количества отсчётов, и один на включение и выключение устройства.
Написание программы
В очередной раз руководствуемся нашим правилом и убеждаемся, что наш дисплей полностью в рабочем состоянии. Для этого пишем простую программу, которая полностью зажигает все светодиоды на дисплее. Естественно, по закону Мёрфи, нескольким светодиодам не хватало тока, и их необходимо было заменить.
Удостоверившись, что всё работает, мы приступили к написанию основного программного кода. Он состоит из трёх частей: инициализация необходимых переменных и считывание данных, получение спектра сигнала при помощи быстрого преобразования Фурье, вывод полученного спектра с необходимым форматированием на дисплей.
Сборка конечного устройства
В конце мы имеем лицевую панель, а под ней куча проводов, которые необходимо чем-то закрыть, да и переключатели нужно на чём-то закрепить. До этого были мысли сделать корпус из остатков пластика, но мы не вполне представляли, как это будет конкретно выглядеть и как это сделать. Решение проблемы пришло довольно неожиданно. Прогулявшись по строительному магазину, мы обнаружили пластиковый цветочный горшок, который на удивление идеально подошёл по размеру.
Дело оставалось за малым, разметить отверстия под разъёмы, кабели и переключатели, а также вырезать две боковые панели из пластика.
В итоге, собрав всё воедино, подключив устройство к компьютеру мы получили следующее:
Амплитудно-частотный спектр (32 отсчёта):
Амплитудно-частотный спектр (16 отсчётов):
Амплитудно-частотный спектр (8 отсчётов):
Амплитудно-частотный спектр (4 отсчёта):
Фазо-частотный спектр:
Вид задней панели:
Видео работы устройства
Для большей наглядности видео снималось в темноте. На видео устройство выводит амплитудно-частотный спектр, а затем на 7 секунде переключаем его в режим фазо-частотного спектра.Список необходимых элементов
- Светодиоды GNL-5019UEUGC – 256 шт. (Для дисплея)
- Транзисторы n-p-n KT863A – 8 шт. (Для управления строками)
- Транзисторы p-n-p С32740 – 32 шт. (Для управления столбцами)
- Резисторы 1кОм – 32 шт. (Для ограничения тока базы p-n-p транзисторов)
- Дешифраторы 3/8 IN74AC138 – 4 шт. (Для выбора столбца)
- Дешифраторы 2/4 IN74AC139 – 1 шт. (Для каскадирования дешифраторов)
- Монтажная плата 5х10см – 2 шт.
- Шлейфы
- Arduino Pro micro – 1 шт.
- Разъём mini-jack 3.5мм – 1 шт.
- Переключатель – 4 шт.
- Чёрный пластик 720*490*5 мм – 1 лист. (Для лицевой панели)
- Горшок цветочный чёрный 550*200*150 мм – 1 шт. (Для корпуса)
SoundCard Oszilloscope – программа превращающая компьютер в двухканальный осциллограф, двухканальный генератор низкой частоты и анализатор спектра
Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Каждый радиолюбитель знает, что для создания более-менее сложных радиолюбительских устройств необходимо иметь в своем распоряжение не только мультиметр. Сегодня в наших магазинах можно купить практически любой прибор, но – есть одно “но” – стоимость приличного качества любого прибора не менее нескольких десятков тысяч наших рублей, и не секрет, что для большинства россиян это значительные деньги, а посему эти приборы недоступны вовсе, или радиолюбитель покупает приборы давно находящиеся в употреблении.
Сегодня на сайте
, мы попробуем оснастить лабораторию радиолюбителя бесплатными виртуальными приборами –
цифровой двухканальный осциллограф
,
двухканальный генератор звуковой частоты
,
анализатор спектра
. Единственный недостаток этих приборов – все они работают только в полосе частот от 1 Гц до 20000 Гц. На сайте уже давалось описание похожей радиолюбительской программы:
“ “
– программа превращающая домашний компьютер в осциллограф
.
Сегодня я хочу предложить вашему вниманию очередную программу – “
SoundCard Oszilloscope
“. Меня эта программа привлекла неплохими характеристиками, продуманным дизайном, простотой изучения и работы в ней. Данная программа на английском, русского перевода нет. Но я не считаю это недостатком. Во-первых – разобраться как работать в программе очень легко, вы сами это увидите, во-вторых – когда нибудь вы обзаведетесь хорошими приборами (а у них все обозначения на английском, хотя сами китайские) и сразу и легко освоитесь с ними.
Программа разработана C. Zeitnitz и является бесплатной, но только для частного использования. Лицензия на программу стоит около 1500 рублей, и есть еще так называемая “частная лицензия” – стоимостью около 400 рублей, но это скорее пожертвование автору на дальнейшее совершенствование программы. Мы, естественно, будем пользоваться бесплатной версией программы, которая отличается только тем, что при ее запуске каждый раз появляется окошко с предложением купить лицензию.
Скачать программу (последняя версия на декабрь 2012 года):
(28.1 MiB, 51,272 hits)
Для начала давайте разберемся с “понятиями”:
Осциллограф
– прибор предназначенный для исследования, наблюдения, измерения амплитудных и временных интервалов.
Осциллографы классифицируются:
♦ по назначению и способу вывода информации:
– осциллографы с периодической разверткой для наблюдения сигналов на экране (на Западе их называют oscilloscop)
– осциллографы с непрерывной разверткой для регистрации кривой сигнала на фотоленте (на Западе называются oscillograph)
♦ по способу обработки входного сигнала:
– аналоговый
– цифровой
Программа работает в среде не ниже W2000 и включает в себя:
- двухканальный осциллограф с частотой пропускания (зависит от звуковой карты) не менее чем от 20 до 20000 Гц;
– двухканальный генератор сигналов (с аналогичной генерируемой частотой);
– анализатор спектра
– а также имеется возможность записи звукового сигнала для его последующего изучения
Каждая из этих программ имеет дополнительные возможности, которые мы рассмотрим в ходе их изучения.
Начнем мы с генератора сигналов (Signalgenerator):
Генератор сигналов, как я уже говорил, – двухканальный – Channel 1 и Channel 2.
Рассмотрим назначение его основных переключателей и окошек:
1
– кнопки включения генераторов;
2
– окно установки формы выходного сигнала:
sine
– синусоидальный
triangle
- треугольный
square
- прямоугольный
sawtooth
- пилообразный
white noise
– белый шум
3
– регуляторы амплитуды выходного сигнала (максимальная – 1 вольт);
4
– регуляторы установки частоты (нужную частоту можно установить вручную в окошках под регуляторами). Хотя на регуляторах максимальная частота – 10 кГц, но в нижних окошках можно прописать любую допускаемую частоту (зависит от звуковой карты);
5
– окошки для выставления частоты вручную;
6
– включение режима “Sweep – генератор”. В этом режиме выходная частота генератора периодически изменяется от минимального значения установленного в окошках “5” до максимального значения установленного в окошках “Fend” в течение времени, установленного в окошках “Time”. Этот режим можно включить или для любого одного канала или сразу для двух каналов;
7
– окна для выставления конечной частоты и времени Sweep режима;
8
– программное подключение выхода канала генератора к первому или второму входному каналу осциллографа;
9
- установка разности фаз между сигналами с первого и второго каналов генератора.
10
- у
становка скважности сигнала (действует только для прямоугольного сигнала).
Теперь давайте рассмотрим сам осциллограф:
1
– Amplitude
-
регулировка чувствительности канала вертикального отклонения
2
– Sync
– позволяет (установив или сняв галочку) производить раздельную, или одновременную регулировку двух каналов по амплитуде сигналов
3, 4
– позволяет разнести сигналы по высоте экрана для их индивидуального наблюдения
5
– установка времени развертки (от 1 миллисекунды до 10 секунд, при этом в 1 секунде – 1000 миллисекунд)
6
– запуск/остановка
работы осциллографа. При остановке на экране сохраняется текущее состояние сигналов, а также появляется копка Save (16
) позволяющая сохранить текущее состояние на компьютере в виде 3-х файлов (текстовые данные исследуемого сигнала, черно-белое изображение и цветное изображение картинки с экрана осциллографа в момент остановки)
7
– Trigger
– программное устройство, которое задерживает запуск развертки до тех пор, пока не будут выполнены некоторые условия и служит для получения стабильного изображения на экране осциллографа. Имеется 4 режима:
– включение/выключение
. При выключенном триггере, изображение на экране будет выглядеть “бегущим” или даже “размазанным”.
– автоматический режим
. Программа сама выбирает режим (нормальный или одиночный).
– нормальный режим
. В этом режиме осуществляется непрерывная развертка исследуемого сигнала.
– одиночный режим
. В этом режиме осуществляется одноразовая развертка сигнала (с промежутком времени, установленным регулятором Time).
8
– выбор активного канала
9
– Edge
– тип запуска сигнала:
- rising
– по фронту исследуемого сигнала
– falling
– по спаду исследуемого сигнала
10
– Auto Set
– автоматическая установка времени развертки, чувствительности канала вертикального отклонения Amplitude, а так-же изображение выгоняется в центр экрана.
11
- Channel Mode
– определяет как будут выводится сигналы на экран осциллографа:
– single
– раздельный вывод двух сигналов на экран
- СН1 + СН2
– вывод суммы двух сигналов
– СН1 – СН2
– вывод разницы двух сигналов
– СН1 * СН2
– вывод произведения двух сигналов
12 и 13
– выбор отображения на экране каналов (или любой из двух, или два сразу, рядом изображается величина Amplitude
)
14
– вывод осциллограммы канала 1
15
– вывод осциллограммы канала 2
16
– уже проходили – запись сигнала на компьютер в режиме остановки осциллографа
17
– шкала времени (у нас регулятор Time
стоит в положении 10 миллисекунд, поэтому шкала отображается от 0 до 10 миллисекунд)
18
– Status
– показывает текущее состояние триггера а также позволяет выводить на экран следующие данные:
- HZ and Volts
– вывод на экран текущей частоты напряжения исследуемого сигнала
– cursor
– включение вертикальных и горизонтальных курсоров для измерения параметров исследуемого сигнала
– log to Fille
– посекундная запись параметров исследуемого сигнала.
Производство измерений на осциллографе
Для начала давайте настроим генератор сигналов:
1. Включаем канал 1 и канал 2 (загораются зеленные треугольники)
2. Устанавливаем выходные сигналы – синусоидальный и прямоугольный
3. Устанавливаем амплитуду выходных сигналов равную 0,5 (генератор генерирует сигналы с максимальной амплитудой 1 вольт, и 0,5 будет означать амплитуду сигналов равную 0,5 вольта)
4. Устанавливаем частоты в 50 Герц
5. Переходим в режим осциллографа
Измерение амплитуды сигналов:
1. Кнопкой под надписью Measure
выбираем режим HZ and Volts
, ставим галочки у надписей Frequency и Voltage
. При этом у нас сверху появляются текущие частоты для каждого из двух сигналов (почти 50 герц), амплитуда полного сигнала Vp-p
и эффективное напряжение сигналов Veff
.
2. Кнопкой под надписью Measure
выбираем режим Cursors
и ставим галочку у надписи Voltage
. При этом у нас появляются две горизонтальные линии, а внизу надписи, показывающие амплитуду положительной и отрицательной составляющей сигнала (А
), а также общий размах амплитуды сигнала (dA
).
3. Выставляем горизонтальные линии в нужном нам положении относительно сигнала, на экране мы получим данные по их амплитуде:
Измерение временных интервалов:
Проделываем те-же операции, что и для измерения амплитуду сигналов, за исключением – в режиме Cursors галочку ставим у надписи Time . В результате вместо горизонтальных мы получим две вертикальные линии, а внизу будет высвечиваться временной интервал между двумя вертикальными линиями и текущая частота сигнала в этом временном интервале:
Определение частоты и амплитуды сигнала
В нашем случае специально высчитывать частоту и амплитуду сигнала нет необходимости – все отображается на экране осциллографа. Но если вам придется воспользоваться первый раз в жизни аналоговым осциллографом и вы не знаете как определить частоту и амплитуду сигнала мы в учебных целях рассмотрим и этот вопрос.
Установки генератора оставляем как и были, за исключением – амплитуду сигналов устанавливаем 1,0, а установки осциллографа выставляем как на картинке:
Регулятор амплитуды сигнала выставляем на 100 милливольт, регулятор времени развертки на 50 миллисекунд, и получаем картинку на экране как сверху.
Принцип определения амплитуды сигнала:
Регулятор Amplitude
у нас стоит в положении 100 милливольт
, а это означает, что цена деления сетки на экране осциллографа по вертикали составляет 100 милливольт. Считаем количество делений от нижней части сигнала до верхней (у нас получается 10 делений) и умножаем на цену одного деления – 10*100= 1000 милливольт= 1 вольт
, что означает, что амплитуда сигнала у нас от верхней точки до нижней составляет 1 вольт. Точно так-же можно измерить амплитуду сигнала на любом участке осциллограммы.
Определение временных характеристик сигнала:
Регулятор Time
у нас стоит в положении 50 миллисекунд
. Количество делений шкалы осциллографа по горизонтали равно 10 (в данном случае у нас на экране помещается 10 делений), делим 50 на 10 и получаем 5, это значит что цена одного деления будет равна 5 миллисекундам. Выбираем нужный нам участок осциллограммы сигнала и считаем в какое количество делений он умещается (в нашем случаем – 4 деления). Умножаем цену 1 деления на количество делений 5*4=20
и определяем что период сигнала на исследуемом участке составляет 20 миллисекунд
.
Определение частоты сигнала.
Частота исследуемого сигнала определяется по обычной формуле. Нам известно, что один период нашего сигнала равен 20 миллисекунд
, остается узнать сколько периодов будет в одной секунде- 1 секунда/20 миллисекунд= 1000/20= 50 Герц.
Анализатор спектра
Анализатор спектра
– прибор для наблюдения и измерения относительного распределения энергии электрических (электромагнитных) колебаний в полосе частот.
Низкочастотный анализатор спектра
(как в нашем случае) предназначен для работы в диапазоне звуковых частот и используется, к примеру, для определения АЧХ различных устройств, при исследовании характеристик шума, настройки различной радиоаппаратуры. Конкретно, мы можем определить амплитудно-частотную характеристику собираемого усилителя звуковой частоты, настроить различные фильтры и т.д.
Ничего сложного в работе с анализатором спектра нет, ниже я приведу назначение основных его настроек, а вы сами, уже опытным путем легко разберетесь как с ним работать.
Вот так выглядит анализатор спектра в нашей программе:
Что здесь – что:
1. Вид отображения шкалы анализатора по вертикали
2. Выбор отображаемых каналов с генератора часто и вида отбражения
3. Рабочая часть анализатора
4. Кнопка записи текущего состояния осциллограммы при остановке
5. Режим увеличения рабочего поля
6. Переключение горизонтальной шкалы (шкалы частоты) из линейного в логарифмический вид
7. Текущая частота сигнала при работе генератора в свип-режиме
8. Текущая частота в позиции курсора
9. Указатель коэффициента гармоник сигнала
10. Установка фильтра для сигналов по частоте
Просмотр фигур Лиссажу
Фигуры Лиссажу – замкнутые траектории, прочерчиваемые точкой, совершающей одновременно два гармонических колебаниях в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Вид фигур зависит от соотношения между периодами (частотами), фазами и амплитудами обоих колебаний.
Если подать на входы «X » и «Y » осциллографа сигналы близких частот, то на экране можно увидеть фигуры Лиссажу. Этот метод широко используется для сравнения частот двух источников сигналов и для подстройки одного источника под частоту другого. Когда частоты близки, но не равны друг другу, фигура на экране вращается, причем период цикла вращения является величиной, обратной разности частот, например, период оборота равен 2 с - разница в частотах сигналов равна 0,5 Гц. При равенстве частот фигура застывает неподвижно, в любой фазе, однако на практике, за счет кратковременных нестабильностей сигналов, фигура на экране осциллографа обычно чуть-чуть подрагивает. Использовать для сравнения можно не только одинаковые частоты, но и находящиеся в кратном отношении, например, если образцовый источник может выдавать частоту только 5 МГц, а настраиваемый источник - 2,5 МГц.
Я не уверен, что эта функция программы вам пригодится, но если вдруг потребуется, то я думаю, что вам легко удастся разобраться в этой функции самостоятельно.
Функция записи звукового сигнала
Я уже говорил, что программа позволяет записать какой-либо звуковой сигнал на компьютере с целью его дальнейшего изучения. Функция записи сигнала не представляет сложностей и вы легко разберетесь как это делать:
Программа представляет собой Open Source амплитудно-частотный звуковой анализатор, действующий в режиме реального времени.
Frequency Analyzer работает с любыми звуковыми колебаниями, включая человеческий голос, выполняя над ними быстрое преобразование Фурье и разбивая их на частотные составляющие.
Когда микрофон преобразует звук в напряжение, звуковая карта работает как очень быстрый цифровой вольтметр, измеряющий напряжение от 11025 до 44100 раз в секунду (в программе можно самостоятельно установить число измерений в секунду). Каждый замер преобразуется в восьми- или шестнадцатиразрядное число. Шестнадцатиразрядные числа позволяют проводить более точный анализ слабых сигналов. В результате выборки удается получить ряд чисел. Они воссоздаются в виде синусоиды в рабочем окне программы под названием «Wave». Помимо этого любой звук может быть показан в виде комбинации синусоидальных волн различных частот. Математически это разделение на составляющие частоты называется преобразованием Фурье. Лучший из всех возможных алгоритмов называется быстрым преобразованием Фурье. Таким образом, окно программы «Frequency Spectrum» показывает спектральный состав звука.
В программе можно выбирать количество замеров, которые будут включены в одно преобразование Фурье. Чем больше замеров, тем больше частот может быть обнаружено в спектре. При изменении этого значения в Frequency Analyzer, график будет меняться.
Для тех, кто хотел бы делать подобные программы самостоятельно, разработчики представили исходный алгоритм быстрого преобразования Фурье, созданный на C + +. Использовать его можно свободно в любом коммерческом программном обеспечении. Также в дистрибутив программы по многочисленным просьбам включен учебник о том, как работать с сигналами, поступающими на микрофон, с помощью Win32 API, полный исходный код Frequency Analyzer и учебник по физике звука. Работает данный программный пакет без инсталляции. Для работы программы необходимо иметь микрофон и звуковую карту.
Количество вычислений преобразований Фурье в секунду можно настроить с помощью параметра программы «Speed (FFT"s per sec)». Однако разработчики предупреждают, что менять эти значения следует с особой осторожностью, поскольку медленные процессоры могут не успевать обрабатывать все присылаемые звуковой картой значения. Это приведет к зависанию компьютера.
Программа Frequency Analyzer была разработана компанией Reliable Software в 1996 году. Это союз четверых независимых программистов двое из которых проживают в Сиэтле, США (Бартош Милевский и Дебби Эрлих) , а двое в Гданьске, Польша (Веслав Калкус и Петр Трояновски). Основной целью своей деятельности компания объявляет борьбу с низким качеством программного обеспечения. Работы по созданию программ проходят удаленно в реальном времени через Skype. Авторы уже создали ряд учебных пособий для Windows и онлайн книгу по программированию, ведут блог, посвященный многопоточному программированию и справочник по Windows API.
Интерфейс приложения английский, русификатора нет. Однако из-за минимального количества настроек разобраться в программе не представляет труда.
Frequency Analyzer работает на персональных компьютерах под управлением операционных систем семейства Microsoft Windows, начиная с версии Windows 98.
Распространение программы: Freeware (бесплатная)
Спектроанализаторы значительно упрощают процесс сведения, позволяя делать более обьективную, подкреплённую визуально эквализацию. Чем может быть полезен анализатор спектра ? Чем они различаются? Где скачать спектроанализатор? Как обычно, обо всём по порядку.
Для начала, небольшой обзор и сравнение vst анализаторов, которыми я пользовался.
Прекрасный, динамичный 1 анализатор. Это первый мой vst, и с ним я проработал долгое время, пока не появилась потребность в более точном приборе. Дело в том, что минимальный шаг измерения PAZ Analyzer’а в низкочастотной области (кнопка «LF res.») равен 10Гц, и этого катастрофически нехватало. В поисках бесплатной альтернативы, я наткнулся на
Простой и точный анализатор от отечественного производителя. В нём достаточно настроек, чтобы отображать данные так же, как и PAZ Analyzer, но есть существенный (для меня, по крайней мере) недостаток, из-за которого, я перестал им пользоваться: при высоких значениях FFT 2 , интерфейс жутко тормозит, прямо слайд-шоу…
Этот анализатор я нашёл совершенно случайно, перейдя по чьей то рекомендательной ссылке. Он клёвый При относительно невысокой стоимости, имеет демо-версию без ограничения по времени пользования или функционалу (единственное ограничение заключается в том, что в демо-версии программа переключается в режим bypass на 5 секунд, через каждые 40 секунд работы). Плюс, красивый интерфейс с быстрым обновлением кривой, высокую точность и море функций, вплоть до возможности высчитывать разницу в АЧХ нескольких сигналов.
Выбор сделан, но оставался один момент, который меня беспокоил. Я привык к анализатору PAZ и его отображению АЧХ. SPAN и FreqAnalyst же, отображали кривую… как то не так. Анализатор от Waves «видел» большинство студийных миксов как горизонтальную прямую, но его «конкуренты» - почему то с подъёмом в низкочастотной области и завалом на высоких частотах, хотя на слух этого не воспринималось. Кому (чему) верить?
Разобрался я достаточно быстро, решив протестировать анализаторы шумом - сигналом, занимающим всю полосу частот. В поисках звуковых сэмплов шума, я наткнулся на , в которой упоминалось о цветах шума. Как же я сразу не догадался! PAZ имеет логарифмическую характеристику отображения АЧХ, что соответствует горизонтальной прямой при измерении розового шума. Анализаторы SPAN и FreqAnalyst по умолчанию «откалиброваны» белым шумом. Исправить это легко, благодаря регулятору Slope, изменяющему наклон кривой АЧХ:
Итак, с инструментами для анализа и их особенностями мы более-менее определились. Что дальше?
Работа со спектроанализатором
Каждый из вас наверняка сталкивался с анализаторами звука хотел он того или нет. На прилавках магазинов уже более десяти лет каждый более ли менее приличный музыкальный центр обладает таковым. В народе их обычно называют "цветомузыка", "эквалайзер" и тому подобное. На компьютере тоже многие плееры обладают анализаторами спектра и в некоторых случаях очень мощно визуализируют звук (плагины для Winamp). Но речь сейчас пойдет не о рядовых пользовательских, а именно о профессиональных программах для анализа сигнала (в нашем случае звука). Объясню почему я пишу "сигнала". Фактически, даные программы позволяют анализировать сигнал поступающий на вход звуковой платы, но есть умельцы которые подают не звуковые сигналы и получают нечто вроде осциллографа или мультиметра, но нам это опять же не надо. В свой обзор я включил 3 программы для анализа сигнала (звука): PAS Analysis Center v3.5, 4Pockets PocketRTA PC v1.0 и Pinguin Audio Meter v2.2.
PAS Analysis Center v3.5
Итак, начнем по порядку: запустив программу мы видим несколько окон (рис. 1). Вот их мы и будем рассматривать далее.
Рисунок 1. Окна в PAS Analysis Center v3.5
Первое из окон - Spectrum Analyzer , собственно анализатор спектра. На первой вкладке (FFT Length) производятся настройки для преобразования Фурье (собственно, сам процесс представления сигнала в спектральном виде). Blackman, Hamming, Parzen и пр. - это так называемые "окна", проще говоря это имена математиков, которые предложили каждый свою весовую функцию для представления спектра звука. Если хотите ощутить между ними разницу, то включите генератор (рис. 2) и сгенерируйте синусоиду (Sine).
Рисунок 2. Включаем генератор
Так как синусоида должна в идеале давать один пик в спектральной области, то можно переключать вышеупомянутые "окна" и посмотреть на результат.
Следующий параметр - FFT Length . Это количество отсчетов при Фурье-преобразовании. Чем это значение больше, тем точнее спектральная характеристика но медленней процесс. И наоборот.
Следующая вкладка - Scale . Здесь находятся настройки шкалы спектроанализатора. Все три характеристики регулируют растяжение/сжатие по осям.
Display . В этой вкладке находятся настройки вида спектроанализатора.
Log Amplitude и Log Frequency - логарифмическая либо линейная шкалы по соответствующим осям. Draw grid - прорисовка сетки. Draw inactive - подсветка спектральных полос. Draw amplitude scale и Draw frequency scale - отображать градуировку шкалы уровня и частоты соответственно. Draw peaks - прорисовка пиковых значений. Peaks hold - отображение последнего пикового значения.
Kind - тип визуализации спектра. Тут особо интересный режим Scroll, т.к. в этом режиме еще включается 3-е измерение - время.
Peaks - настройка отображения пиков. Numbers - толщина пиков. Peak delay - задержка пиков. Peak speed - скорость спада пиков.
Decay - настройка времени регенерации спектральных столбцов. Необходимо для коррекции скорости, т.е. чтоб они не прыгали с бешенной скоростью или наоборот не ворочались еле-еле.
Рисунок 3. Осциллограф
Следующее окно Oscilloscope (осциллограф) (рис. 3). Он показывает форму волны в случае звука, а в общем случае изменение напряжения (или тока в зависимости от подключения) анализируемого сигнала.
FFT Length - как я уже говорил, это настройка для преобразования Фурье.
Scale - здесь настройка подписей шкал. Effect - выбирается разделение по цвету для пиков (Peaks) или для верхней/нижней части (Splitt).
Display - настройка вида. Здесь стоит выделить Scroll - значительное сжатие по времени, удобно для наблюдения более общей картины.
Outfits - тип прорисовки волны.
Trigger mode - эта функция похожа на функцию синхронизации в осциллографах. И полезна она для анализа музыки вряд-ли будет. Up Flag и Down Flag - по какому фронту синхронизировать (заметно на пилообразных сигналах). Trigger level - уровень срабатывания.
И последнее окно - Spectrogram (рис. 4) это фактически перевернутый спектр, растянутый по времени. Амплитуда (уровень) здесь отображается цветом.
Рисунок 4. Спектрограф
FFT Length - см. ранее.
Scale - установки шкалы и усиления. Amp scale - усиление. Sensitive - чувствительность. Freq scale - степень растяжения оси частоты. Freq base - основная (нижняя) частота.
Display - настройки отображения спектрограммы. Accelerate - ускорение во времени. Embossed - смена фона спектрографа, особо эффектно бывает при других подстройках (Black-White в Outfit). Scroll display - прокручивать дисплей по прохождении или возвращаться назад.
Outfit - цветовые настройки спектрограммы.
На этом обзор окон закончен.
Теперь я хочу немного сказать об основных принципах работы этой программы, да и других подобных ей (анализаторов сигнала).
Существует 3 режима работы таких программ: 1. Вживую (анализ звука в реальном времени со входа звуковой платы). Здесь смотри рисунок 5
Рисунок 5. "Живой" режим
2. Проигрыватель файлов. Анализирует уже записанные файлы (см. рис. 6)
Рисунок 6. Режим плеера
3. Режим генератора. О нем я уже упоминал выше (см. рис.2). Полезен для подстроек и настроек.
4Pockets PocketRTA PC v1.0
Данный продукт интересен тем, что он сделан для двух платформ: PC и Pocket PC, т.е. как для настольных так и для карманных ПК. Я буду рассматривать версию для настольного ПК.
Итак, включив программу мы видим основное окно программы (рис. 7).
Рисунок 7. Основное окно 4Pockets PocketRTA PC v1.0
Сверху мы видим уровни входного сигнала. Чуть ниже расположена секция, показывающая уровень самой громкой частоты спектра в виде, собственно, числового значения в герцах, а также приблизительно ноту, соответствующую этой частоте. Еще ниже расположено окно анализатора. В самом низу идет секция настроек. Вот ее мы и рассмотрим поподробнее.
Scale - выбор точности и типа анализатора. Кроме всего есть осциллограф (Sample), спектрограф (Spectrograph) и такая необычная функция как уровень звукового давления (SPL). С помощью SPL определяют отношение сигнал/шум и некоторые характеристики "железа".
Average - функция для удобства наблюдения спектра (замедляет/убыстряет)
Mon - (Monitor channel) выбор типа анализируемых каналов (моно, стерео, левый, правый)
Trace - сохраняет на экране пиковые уровни. Удобно при настройках на octave.
Weight - как утверждают разработчики, на частотах ниже 500 Гц и выше 4 кГц слуховая чувствительность падает, это значит что вне этих частотных пределов человек слышит звуки тише. Для компенсации этого эффекта в профессиональной аппаратуре используют весовые кривые (weight curves). Здесь доступны 4 типа весовой кривой.
Decay - скорость спада спектральных столбцов.
Gain - регулировка усиления. Увеличение на 3 дБ все равно что умножение в 2 раза.
Pause - пауза (а кто сомневался).
Tone - генератор. Доступны 8 синусоидальных пресетов разной частоты и 2 шумовых пресета.
Еще я хочу обратить внимание на то что в режиме спектрального анализатора мы можем увидеть в секции ниже уровней частоту, ноту и уровень в точке куда мы кликнем мышкой. Иногда полезно.
Pinguin Audio Meter v2.2
Этот продукт не обладает такими гибкими настройками как его собратья. Но мне он понравился своей простотой и дизайном, ведь далеко не всегда и не всем нужно использовать массу всех сложных настроек.
Программа Pinguin Audio Meter имеет всего 4 окна (рис. 8)
Рисунок 8. Основное окно Pinguin Audio Meter v2.2
Удобство сей программы в том, что каждое окно можно развернуть и так наблюдать гораздо приятнее. При нажатии правой кнопки мыши выскакивает меню с настройками для каждого окна.
PPM Meter - индикатор уровня (рис. 9). Доступные настройки - горизонтальное/вертикальное расположение (horizontal), статическое отображение пиковых уровней (peak hold), отображение пиковых уровней с затуханием (peak decay), время спада уровней (decay time) и цветовые настройки (color).
Рисунок 9. PPM Meter - индикатор уровня в Pinguin Audio Meter
Stereo meter - индикатор фазовой корреляции и ширину стереобазы в X-Y координатах (рис. 10).
Рисунок 10. Stereo meter в Pinguin Audio Meter
Доступны следующие настройки:
Visible points - количество видимых точек, для регулировки четкости картины.
Thick points - жирные или мелкие точки.
Samples - время выборки. Регулируется для снижения нагрузки на процессор.
Spectrum analyzer - анализатор спектра (как несложно догадаться)(рис. 11).
Рисунок 11. Анализатор спектра в Pinguin Audio Meter
В меню настроек доступны те же, что и у индикатора уровня, но есть еще парочку своих.
Windowing - весовые функции преобразования Фурье (см. выше, про Spectra Lab). Доступны 7 функций. Создатели программы считают интересной функцию Уэлша (Welch).
Input mode - режим отображения анализируемых каналов. Здесь, в отличие от рассмотренных ранее программ, нельзя отображать сразу несколько каналов.
Correlation meter - коррелометр. Отображает разность (корреляцию) фаз между двумя каналами (рис. 12). Это своего рода проверка "качества стерео картины". У него всего лишь две настройки - включение (On) и вертикальный/горизонтальный режим (Horizontal).
Рисунок 12. Коррелометр в Pinguin Audio Meter
Вот и все для нашего "пингвиньего анализатора". Да, на панели инструментов есть еще пару настроек типа частоты семплирования (sample rate), выбор устройства (device) и приоритет программы (priority).
Что ж, в завершение я решил свести основные данные в таблицу, т.е. сравнить вышеперечисленные анализаторы.
| Параметр | PAS Analysis Center v3.5 | 4Pockets PocketRTA PC v1.0 | Pinguin Audio Meter v2.2 |
| анализатор спектра | + | + | + |
| спектрограф | + | + | - |
| осциллограф | + | + | - |
| индикатор фазовой корреляции (X-Y) | - | - | + |
| коррелометр | - | - | + |
| настройки БПФ (FFT) | + | + | - |
| генератор сигналов | + | + | - |
| анализ файлов | + | + | - |
| количество "окон" (типов отображения спектра) | 7 | 4 | 7 |
| внешний вид (5-бальная шкала) | 3 | 2 | 4 |
Как видно из сводной таблицы Pinguin Audio Meter v2.2 по функциям слабоват, но обладает несколькими "фишками", которыми не могут похвастать его более мощные собратья - коррелометром и индикатором фазовой корреляции. Внешний вид - оценка лично моя, т.е. достаточно субъективная. Оценивал я по 5-ти бальной шкале. 5 не поставил никому, ведь, согласитесь, можно было и покруче в плане графики сделать (вспомнить те же плагины Winamp-а). Но все же по виду мне понравился "пингвин".
Обратите внимание:
Программы, описываемые в данной статье:
