Спектроанализатор звука программа на windows

Основные характеристики портативного акустического анализатора шума модели 2270:

Прибор отличается высокой адаптивностью, (технологической гибкостью), что делает возможным как осуществление с его помощью регламентных технических акустических испытаний, так и проведение перспективных прикладных исследований в области акустики и вибраций, начиная от традиционных методов оценки интенсивности и спектра шумов в окружающем пространстве и на рабочих местах, и заканчивая системами контроля показателей качества в промышленных условиях. Эти шумомеры с функцией анализа результатов измерения являются удобной и компактной технологической платформой для поддерживающих ее программных приложений обработки результатов испытаний, встроенных в компактный и надежный высокоточный инструмент.

Микрофон FalconTM диаметром 1/2 дюйма, отличающийся повышенными эксплуатационными характеристиками, и каскад микрофонного предусилителя, последний позволяет работать на удлиненный кабель длиной до 100 метров, этим важным свойством пользуются при необходимости измерения при помощи удаленного на большое расстояние микрофона. Анализатор шумов модели 2270 имеет возможность работы одновременно с двумя независимыми каналами, что позволяет получать все обычные акустические параметры, включая измерения в 1/3- октавном диапазоне частот в двух точках одновременно. Эта возможность открывает ряд преимуществ, например:
· сокращение затрат времени на измерения при выполнении серии многоточечных измерений акустических характеристик зданий;
· возможность одновременной работы в реальном времени по двум каналам при проведении измерений интенсивности шума/звука.

Анализатор шума Фотон+ работает в связке с компьютером, к которому он подключается через USB-интерфейс. Это запускает процедуру активации устройства по принципу «plug&play», обеспечивает питание Фотона+ и обмен управляющими сигналами и данными при выполнении измерений.

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

История

Одним из первых надежных источников, использованных для тестирования звука, был первый продукт, выпущенный Hewlett-Packard в 1939 году, — аудиогенератор HP200A . Продуманная и недорогая конструкция HP200A позволила тестерам генерировать синусоидальные волны очень высокого качества с низким уровнем искажений, которые можно было использовать для тестирования. Затем в 1941 году компания представила анализаторы искажений HP320A и HP320B.

Эти ранние анализаторы могли определять только суммарные гармонические искажения и шум вместе, и работали, используя крутой режекторный фильтр для удаления основной частоты стимулирующего сигнала из выхода ИУ. Остающийся сигнал был измерен как напряжение переменного тока, что позволило вручную рассчитать общий шум и искажения до минимума примерно 0,1%.

Последующие продукты от HP, Wandell & Goltermann, Radford, Marconi, Sound Technology и Amber продолжали совершенствовать измерительные возможности с 1950-х по 1970-е годы, но модель использования оставалась относительно постоянной; генераторы сигналов и анализаторы были отдельными частями оборудования, и тестирование включало тщательную настройку каждого из них человеком с высокими техническими навыками. Ситуация изменилась в 1980 году с появлением анализатора искажений Tektronix AA501, который автоматизировал процессы установки уровней, настройки частоты и обнуления. В то же время Hewlett-Packard представила популярный HP8903B, который сочетал в себе высококачественный генератор сигналов и анализатор в одном устройстве.

К середине восьмидесятых Tektronix прекратил производство оборудования для тестирования звука, а в 1984 году члены команды, разработавшей AA501, основали Audio Precision. Первым продуктом Audio Precision была System One, которая объединила интегрированный генератор и анализатор с подключенным ПК, чтобы полностью автоматизировать процедуры тестирования и обеспечить гораздо более высокую степень вычислительной мощности, чем простые микропроцессоры, используемые в других продуктах в то время. Новое использование ПК позволило достичь высокой степени автоматизации и радикально изменить визуальное представление результатов.

Комбинация технологии ПК с аудиоанализаторами была принята другими, включая Prism Sound (dScope), Rohde and Schwarz (UPL) и Stanford Research (SR1). По мере роста мощности доступных ПК измерения сами по себе перешли от выполнения внутренних аудиоанализаторов к приложениям, работающим на подключенных ПК, выполняющих вычисления БПФ (быстрое преобразование Фурье), что значительно повысило гибкость и разрешающую способность многих результатов.

В дополнение к аналоговым, аудиоанализаторы сегодня часто способны генерировать и измерять аудиосигналы по нескольким различным типам цифровых входов / выходов. Например, Rohde and Schwarz UPP предлагает варианты AES / EBU , S / PDIF , I²S и HDMI ; Анализаторы серии Audio Precision APx500 поддерживают AES / EBU, S / PDIF, I²S, HDMI, PDM (импульсную модуляцию) и Bluetooth и полностью основаны на DSP .

Новости музыкального оборудования

  • Лимитированная версия микшера Rane Seventy A-trak Signature edition
    29 июля, 2021

    Rane — признанный новатор и лидер в диджейской индустрии, объявил сегодня о выпуске эксклюзивной коллаборации со всемирно известным диджеем,…

  • Моторизированный DJ-контроллер RANE ONE
    15 января, 2021

    RANE представляет ONE — моторизированный DJ-контроллер непревзойдённого качества. RANE ONE — профессиональный моторизированный DJ-контроллер…

  • Новые контроллеры M-Audio — Oxygen Pro 25, 49, 61 и Mini
    25 ноября, 2020

    M-Audio представляет новые клавишные контроллеры серии Oxygen Pro с умным управлением и автоматическим мэппингом для безупречного и лёгкого…

  • 2 новинки от Rane DJ: микшер SEVENTY-TWO MKII и контроллер TWELVE MKII
    06 августа, 2020

    RANE SEVENTY-TWO MKII — это двухканальный микшер с расширенными возможностями управления, который раскрывает всю творческую мощь программного…

  • Российский завод «Октава» и британский музыкальный ритейлер Andertons будут сотрудничать
    19 июня, 2020

    Российский завод «Октава» заключил контракт на дистрибуцию микрофонов на территории Соединенного Королевства Великобритании и Северной…

Измерения и результаты

Аудиоанализаторы способны измерять многие типы параметров. Основные измерения:

  • Уровень и усиление : Уровень описывает величину сигнала и может быть выражен в абсолютных или относительных единицах. Общие абсолютные единицы могут быть вольт , ватты , и , то время как относительные измерения выражены чаще всего в дБ . Уровень также может быть обусловлен как пиковое измерение или измерение RMS . Усиление — это отношение уровня сигнала на выходе ИУ к уровню сигнала на входе, обычно выражаемое в дБ.
  • Частотная характеристика : измеряет выходной уровень ИУ как функцию частоты. Уровень выражается в тех же единицах, что и выше, обычно дБВ и дБн.
  • Суммарные гармонические искажения плюс шум (THD + N) : продукты гармонических искажений кратны частотам стимулов, а шум — это энергия, которая математически не связана с входным сигналом. В результате сигнала THD + N можно рассматривать как все содержимое сигнала в отклике DUT, которое не содержится в стимуле.
  • Отношение сигнал / шум (SNR) : отношение полезного сигнала к нежелательному шуму, исходящему от DUT, выраженное в дБ.
  • Перекрестные помехи : нежелательное присутствие сигнала из одного аудиоканала, как оно появляется в других аудиоканалах тестируемого устройства. Поскольку это соотношение, оно выражается в дБ.
  • Фаза : соотношение во времени между двумя сигналами одинаковой частоты, выраженное как часть периода сигнала. Обычно это выражается в градусах, причем один полный цикл синусоидального сигнала составляет 360 градусов.
  • Интермодуляционные искажения (IMD) : искажение, которое является результатом нелинейного смешивания двух или более сигналов, обычно двух синусоидальных волн на разных частотах или суммы синусоидальной и прямоугольной волны. В дополнение к продуктам искажения на гармониках, кратных частотам, также можно найти произведения, кратные суммам и разностям исходных частот.
  • Отображение во временной области : эквивалентно отображению сигнала осциллографом, показывающему мгновенную амплитуду как функцию времени.

Бесплатные VST анализаторы спектра

Всем привет, сегодня представляем вашему вниманию небольшой набор из анализаторов спектра для мониторинга звука ваших инструментов и эффектов.

SPAN от Voxengo

SPAN высокоточный, не требовательный к ресурсам спектральный анализатор от отечественного программиста Алексея Ванеева. Плагин имеет хорошо продуманный и нереально удобный интерфейс, с возможностью изменения масштаба окна. Спектральный анализатор работает в режиме реального времени и использует алгоритм основанный на быстрых преобразованиях Фурье (алгоритм позволяющий сократить время спектрального анализа)

В целом это очень качественный и удобный анализатор с достаточным количеством настроек для отображения данных, и что не мало важно бесплатный

FreqAnalyst от Blue Cat Audio

Blue Cat’s FreqAnalyst это анализатор спектра с высокой степенью разрешения для полного контроля над анализом содержимого вашего аудио сигнала. Его гибко настраиваемый пользовательский интерфейс с функцией «прозрачности» позволяет полностью интегрироваться в вашем аудио приложении, проверить спектр и не закрывая поместить позади. Специально разработанная система определения порога входящего сигнала, поможет вам с легкостью определится с важными частями спектра. Либо вы можете с увеличением масштаба дисплея проверить только интересующую вас часть на графике.

S SpectrumAnalyzer Free от SIR Audio Tools

SpectrumAnalyzer Free бесплатный многоканальный спектра анализатор с возможностью визуализации сигнала с двух звуковых дорожек. Он показывает соотношение громкости и частоты звука, гармоники, ширину полос, а также преобладающие частоты. Плагин в реальном времени может произвести анализ двух источников сигнала рядом друг с другом, что будет крайне полезно при настройке эквализации в случае обнаружения конфликтующих частот. Анализатор также включает в себя аналоговое отображение, FFT и позволяет пользователю настроить мониторинг пиков, время задержки эквализации и анализ RMS.

Sonogram SG-1 от ag-works

Sonogram SG-1 быстрый и подробный спектральный анализ в реальном времени. Плагин немного отличается от других анализаторов, и является на самом деле сонограммой (она же спектрограмма), но по сути это просто другой тип анализатора спектра. Попробуйте воспользоваться им при анализе ваших последних миксов, например, чтобы проконтролировать очень высокие частоты.

The Seeker от Himiltungl Labs

#free #analyzer #spectre #бесплатные_программы

Анализатор шума/вибрации Соноскаут (Sonoscout 2.0).

. Его программное обеспечение может быть размещено даже на Ipad- планшете и управление осуществляется с помощью сенсорных клавиш планшета.
Прибор можно использовать не только для диагностики состояния движущихся частей автомобиля. С успехом анализатор шума Sonoscout можно применить, например и в системе диагностики состояния вагонов трамвайного парка для своевременного выявления деталей и узлов с повышенным риском выхода из строя. Принятый десятки лет назад подход к жесткому расписанию регламентных ремонтных работ не является оптимальным. Эксплуатируюшие транспорт организации перестраховываются и закладывают в регламент заниженные сроки эксплуатации, на чем теряются немалые деньги

Регулярный мониторинг является экономически выгодным мероприятием. Он позволяет выявить и потенциально недотягивающие до регламентного срока транспортные средства, чтобы не допустить аварийные случаи.
Такие аварии приводят к многочасовым пробкам на трамвайных путях, и их предупреждение имеет немаловажное значение

К такого рода системам присматриваются и службы контроля состояния летательных аппаратов. Он-лайн запись акустических данных ( анализ которых может быть отложенным) и их трансляция на землю до набора высоты, или наоборот с момента снижения до остановки самолета на посадочной полосе является неоценимой помощью разработчикам и конструкторам, не говоря уже об авиационных аварийных службах, для которых эти данные могут заменить записи бортовых самописцев.

Пополнения софта для Windows

  • RDGAudio Stage31 мая 2021

    Бесплатные плагины Gain Staging и Stereo Enhancing для постановки и улучшения стерео. Он имеет несколько режимов: узкий, моно, стерео, нормальный, широкий, расширенный, сверхширокий.

  • MVs Plugins La Voz Cantante v6.431 мая 2021

    Бесплатный эффект VST вокодер с 512 каналами. Входной модулятор — обычно поётся или говориться голос, анализируется относительно его спектрального состава, который затем применяется

  • Togu Audio Line TAL-Chorus-LX v1.6.013 мая 2021

    TAL-Chorus-LX — бесплатный эффект хорус, который имитирует характеристики встроенного хоруса из железного синтезатора «Juno-60». Особенности: Эмуляция работы встроенного хоруса

  • Togu Audio Line TAL-Reverb-4 v2.4.013 мая 2021

    Бесплатный плагин VST эффект для Windows. TAL-Reverb-4 — это автономная версия высококачественного ревербератора из TAL-Sampler. Особенности: Модулированный старинный звук

  • Togu Audio Line TAL-Filter 2 v3.0.013 мая 2021

    TAL-Filter-2 — бесплатный многорежимный фильтр, синхронизируемый с темпом хоста, в котором можно управлять панорамированием и громкостью посредством модуляции. Плагин включает

Основные преимущества устройства для анализа шума и вибрации Фотон+

Портативность и малый вес (227 граммов), возможность использования как в лабораторных так и натурных испытаниях, возможность анализа сигналов как во временных координатах, так и в частотных с использованием Быстрого Преобразования Фурье (БПФ).
Запитка от компьютера через стандартный USB-интерфейс
для максимального удобства и работоспособности системы.
Выбор в один клик режимов записи данных, отложенной (post) обработки и измерений в режиме реального времени.
Функционал записи на ленту с повышенным уровнем точности.
Высокоточный 24-битный БПФ-анализатор с полной защитой от
наложения ложных гармоник (anti-alias protection).
Предельно низкий уровень собственных (noise floor) шумов
измерительной системы Фотон+ делает её практически безальтернативным средством проведения акустических и шумовых исследований в области малых значений интенсивности сигналов.
Удобство обеспечивается и стандартной (BNC) схемой подключения измерительных преобразователей сигналов с датчиков к прибору.

Настоящую революцию осуществляет в реальной повседневной практике обслуживания и диагностики на транспорте новый

Аудио Генератор

Аудиогенератор, пригодный для использования в тестах и ​​измерениях, должен соответствовать нескольким критериям, применимым как к аналоговым, так и к цифровым стимулам:

  • Возможность генерировать различные типы сигналов
    • Синус
    • Квадрат
    • Multitone (группа одновременных синусоид)
    • Развертка (непрерывный переход от одной заданной частоты к другой)
    • Стандартные формы сигналов интермодуляции (SMPTE, DIN, DFD и DIM)
    • Сигналы произвольной формы
  • Чрезвычайно низкие остаточные искажения и шум
  • Достаточный диапазон амплитуды
  • Достаточный диапазон частот
  • Чрезвычайно высокая точность амплитуды
  • Чрезвычайно высокая точность измерения частоты
  • Регулируемый и точный импеданс источника
  • Варианты симметричного / несимметричного выхода (аналоговый)
  • Связь по переменному и постоянному току

Кроме того, генератор позволяет определять точный частотный диапазон и амплитуду стимула, подаваемого на ИУ

Это очень важно при согласовании условий испытаний с характеристиками ИУ.

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.

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».

Farmatique, 27.10.2005CJCity.ru

Программы, описываемые в данной статье:Скачать PAS Analysis Center v3.5Скачать 4Pockets PocketRTA PC v1.0Скачать Pinguin Audio Meter v2.2

Общие принципы работы проекта

Плата Arduino сконструирована на основе микроконтроллера ATmega328P и имеет встроенные аналогово-цифровые преобразователи (в англ. аббревиатуре ADC — Analog To Digital converter), которые в нашем проекте используются для преобразования поступающего аналогового аудио сигнала в цифровую форму. АЦП Arduino производит дискретизацию поступающего входного сигнала с частотой дискретизации 38,46 кГц. Это достигается при помощи установки коэффициента деления предделителя (prescaler) АЦП равным 32. Если частота дискретизации равна 38,46 кГц, то согласно теореме Котельникова это значит что максимальная частота входного аналогового сигнала, который может быть преобразован без потерь в цифровую форму, равна 19,32 кГц – этого вполне достаточно для большинства аудио сигналов.

Главная цель проекта – показать спектр музыкального аудио сигнала. Для этого левый и правый каналы аудио сигнала смешиваются вместе и подаются на аналоговый контакт A0 платы Arduino. При необходимости вы можете использовать сплиттер чтобы подавать аудио сигнал одновременно и на анализатор спектра, и в другое какое-нибудь устройство, например, усилитель.

АЦП в данном проекте конфигурируются на использование внешнего опорного напряжения (reference voltage). В этом проекте в качестве опорного напряжения для АЦП используется стабилизированное напряжение 3.3v с платы Arduino. Поскольку аналоговый сигнал колеблется как выше, так и ниже нуля, мы должны использовать положительное напряжение смещения на входе АЦП – это необходимо для того чтобы АЦП не обрезал отрицательные циклы сигнала. То же самое стабилизированное напряжение разделяется с помощью двух резисторов R1 и R2 и затем подается на вход АЦП для формирования положительного напряжения смещения. С таким напряжением смещения на выходе АЦП будет значение 512 при отсутствии аудио сигнала на входе. В дальнейшем в коде программы это значение 512 вычитается чтобы получить реальные изменения входного сигнала.

«Сердцем» кода программы является библиотека ArduinoFFT – именно она выполняет быстрое преобразование Фурье (БПФ) и вычисляет спектр входного сигнала. Опытный образец данного проекта был сконфигурирован для формирования 64 отсчетов (сэмплов, samples) и выполнения быстрого преобразования Фурье над этими отсчетами. Библиотека ArduinoFFT может выполнять БПФ над числом отсчетов от 16 до 128 – это можно сконфигурировать в программе. Но для 128 отсчетов БПФ выполняется достаточно медленно, поэтому в нашем проекте мы решили ограничиться 128 отсчетами.

В качестве средства отображения спектра в нашем проекте используется светодиодная матрица 32 столбца х 8 строк. Управлять подобной матрицей сравнительно просто с помощью библиотеки MD_MAX72xx, которую мы будем использовать в нашем проекте. С помощью этой библиотеки можно включить/выключить любое число светодиодов в столбце, который в данный момент времени используется в программе. Амплитуда каждого частотного канала (полосы) конвертируется в диапазон от 0 до 8 и в зависимости от этой амплитуды зажигается необходимое количество светодиодов в столбце, то есть чем больше амплитуда, тем больше светодиодов в столбце будут гореть.

В проекте доступны 5 режимов дисплея, которые заключаются в различных вариантах включения светодиодов в столбцах. Каждый из этих режимов вы при необходимости можете перепрограммировать самостоятельно. Для переключения режимов используется кнопка. С каждым нажатием кнопки происходит переход к следующему режиму, при нажатии кнопки на 5-м режиме снова происходит переход к 1-му режиму. Эта кнопка подключена к цифровому контакту платы Arduino и после каждого обновления экрана дисплея производится проверка ее нажатия.

Частотная характеристика

Частотная характеристика проектируемого анализатора спектра была проверена с помощью подачи на вход анализатора синусоидального колебания, сформированной генератором сигналов на одном из веб-сайтов. Было установлено, что частотная характеристика анализатора достигает частоты 18,6 кГц.

Дополнительные детали

Чтобы узнать более полную информацию о данном проекте, необходимо посетить страницу автора этого проекта на сервисе github — https://github.com/shajeebtm/Arduino-audio-spectrum-visualizer-analyzer/.