Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электронная лаборатория на IBM PC. Инструментальные средства и моделирование элементов практических схем
.pdf
1.5. Программа SpectraLab
рованном виде и может затем копироваться, редактироваться,
вставляться, фильтроваться и т. п. (см. ниже).
— кнопка звуковоспроизведения выделенного предыду-
щим инструментом сегмента осциллограммы.
Рис. 1.18. Окно программы в режиме осциллографа
Plot Top — строка выбора усиления по вертикали.
— вызов инструмента для выделения участка осциллограммы с целью изменения его масштаба (увеличения) по горизонтали (по оси времени).
, — изменение масштаба изображения по горизонтали в 2 раза при каждом нажатии (увеличение и уменьшение соответственно).
31
1. Инструментальные средства на базе аудио карты IBM PC
— возврат масштаба изображения по горизонтали к ис-
ходному состоянию.
— автомасштабирование изображения по вертикали.
— кнопка вызова окна (рис. 1.19) для выбора типа и параметров цифрового фильтра для фильтрации выделенного сегмента осциллограммы или спектрограммы; дублируется командой
Edit/Filter (активна только при наличии выделенного сегмента); в
этом окне:
Filter Type — выбор типа фильтра: низкочастотного (Low Pass),
высокочастотного (High Pass), полосового (Band Pass) или режекторного (Notch) с установкой центральной частоты (Center Freq),
частоты среза (Cutoff Freq) и полосы пропускания (Width). В окне
выбирается также канал, в который включается фильтр, и крутизна амплитудно-частотной характеристики режекторного фильтра:
пологая (Gentle), средняя (Moderate) или крутая (Steep).
Рис. 1.19. Окно выбора фильтра и его параметров
— кнопка вызова окна настроек дисплея осциллографа
(команда Options/Time Series) (рис. 1.20), в котором:
32
1.5. Программа SpectraLab
Plot Options — выбор величины, отображаемой по вертикали:
амплитуды (Amplitude) сигнала или мощности (Energy) (0 дБ соответствует 100% полной шкалы (FS — Full Scale) преобразования;
коэффициента усиления по вертикали по амплитуде или мощности (Plot Top/Range); выбор режима работы осциллографа (см.
выше).
Colors — выбор цвета линии для осциллограммы (Line), цвета
фона (Background) и калибровочной сетки (Grid) с опциональной
возможностью ее отключения.
Time Span — выбор времени начала и конца измерения, а также максимального времени (Maximum Zoom Out Time) при анализе WAV-файлов большой длины (при превышении выбранного
значения в нижней статусной строке выводится сообщение Zoom
Out Time).
Рис. 1.20. Окно настроек осциллографа
После выбора участка осциллограммы инструментом
правым щелчком мыши в поле дисплея вызываются следующие
команды:
Cut — вырезание и копирование в буфер обмена выделенного
участка осциллограмм в WAV-формате (здесь и далее — для одного или двух каналов в зависимости от текущего режима).
Copy As Wave — то же, но без вырезания.
Copy as Bitmap — копирование в буфер обмена изображения
окна осциллографа в BMP-формате (но без «шапки»).
33
1. Инструментальные средства на базе аудио карты IBM PC
Copy As Text — копирование в буфер обмена численных данных
выделенного участка в виде таблицы u = f(t).
Mute — формирование паузы (вырезание выделенного участка
осциллограмм до нулевого уровня по амплитуде).
Filter — фильтрация выделенного участка осциллограмм; вызывается окно на рис. 1.19 для выбора фильтра и его параметров.
Play — проигрывание выделенного участка.
Compute and Display Average Spectrum — расчет и отображение
выделенного участка осциллограмм в виде усредненного спектра
(с параметром infinite в линейном режиме) для 50-процентной
шкалы преобразования.
Compute and Display Spectrogram — расчет и отображение выделенного участка в виде спектрограммы при текущих значениях
размера FFT и режиме усреднения.
Compute and Display 3-D Surface — то же, но в виде трехмерной
спектрограммы.
Compute Equivalent Noise Level (Leq) — расчет и цифровое представление в децибелах в окне-ярлыке эквивалентного уровня шумов за время 1 час для выделенного участка.
Perform DTMF Analysis — расчет и цифровое представление в
окне-ярлыке декодированных данных для выделенного участка
осциллограмм DTMF-сигнала.
Compute RMS Level Analysis — расчет и цифровое представление в окне-ярлыке значения уровня для выделенного участка
осциллограмм в RMS единицах и процентах от полной шкалы.
Compute Crest Factor — то же, но для коэффициента формы
(формфактора).
Compute Envelope Using Hilbert Transform — расчет и отображение огибающей выделенного участка осциллограмм с использованием преобразования Гильберта; возврат к исходному состоя-
нию — кнопкой .
Compute Schroeder Integration — интегральное преобразование
выделенного участка с применением метода Шредера (M. R.
Schroeder); возврат к исходному состоянию — кнопкой .
View Data Values — отображение численных данных выделенного участка осциллограмм в виде таблицы u = f(t).
Properties — вызов окна настроек (рис. 1.20).
34
1.5. Программа SpectraLab
2. Spectrum — измерение и отображение спектра сигналов
(рис. 1.21). Управление изображением спектров производится элементами, аналогичными осциллографу (рис. 1.18), за исключени-
ем кнопок , , управляющих изображением спектра в
виде линии или гистограммы, а также назначением кнопки ,
которая в данном случае используется для вызова окна настроек
дисплея спектроанализатора (команда Options/Spectrum), которое
отличается от показанного на рис. 1.20, в основном, выбором цвета рамки маркера (Markers). В окне параметров маркера, вызываемой командой Options/Markers, задается их количество (до шести),
задаваемая частотой (по оси частот) координата размещения и
отображаемая в нем величина (частота, амплитуда, частота/амплитуда или задаваемая пользователем, например, в виде метки).
В качестве примера на рис. 1.21 показан маркер, показывающий
свою собственную частоту размещения.
Оформленные в окне маркеры могут быть установлены с помощью команды Set Marker # контекстного меню, вызываемого правым щелчком мыши по дисплею спектроанализатора. Заметим,
что в этом меню содержатся практически все рассмотренные
Рис. 1.21. Окно спектроанализатора
35
1. Инструментальные средства на базе аудио карты IBM PC
команды управления изображением спектров и осциллограмм.
Это относится и к другим видам измерений из меню View, рассматриваемых ниже.
В контекстном меню, вызываемом правым щелчком мыши в
поле дисплея окна на рис. 1.21, содержатся следующие команды:
Copy as Text, Copy as Bitmap — аналогичные п. 1 (рис. 1.18).
Inverse FFT — обратное FFT преобразование с отображением
исходного сигнала на экране осциллографа.
Clear Spectrum — стирание текущего спектра с сохранением
спектров, зафиксированных в оверлейных файлах (см. ниже).
Autoscale Display — автомасштабирование спектра по уровню
(интенсивности I).
Bandwidth and Q Factor — расчет и цифровое представление в
окне-ярлыке ширины спектра первой гармоники на уровне половинной мощности и его добротность, определяемая по уровню
0,707 ≡ –3 дБ (по аналогии с резонансной кривой колебательного
контура).
Set Marker #1... Set Marker #6 — установка маркеров (до шести
штук) в отмеченных точках спектра.
Clear All Markers — стирание всех маркеров.
View Data Values — отображение численных данных выделенно-
го участка осциллограмм в виде таблицы I = F(f).
Properties — вызов окна настроек спектроанализатора (дублер
кнопки ).
Проведем анализ спектра меандра Square на рис. 1.21, аналогичный представленному в предыдущем разделе (рис. 1.13). Результаты измерения амплитуд гармоник этого спектра: 1-ая —
–29,46 дБ, 3-я — –38,98, 5-ая — –43,18, 7-ая — –46,38 дБ, откуда
следует, что разности между первой и каждой последующей гармониками составляют 9,52, 13,72 и 16,92 дБ, что соответствует соотношениям U
1m:U3m:U5m:U7m
= 1 : /2,99 : 1/4,85 : 1/7,01, äî-
статочно близким к расчетным (см. формулу (1.2)).
Рассмотрим порядок использования оверлейного режима для
сравнительного анализа спектров, например, меандра (Square),
последовательности коротких импульсов (Pulse) и белого шума
(White), используя генератор программы или генератор из разд.
1.3:
36
1.5. Программа SpectraLab
1. В режиме Real Time снимаем спектр для Square.
2. Кнопкой Options (см. рис. 1.21) последовательно для левого
и правого каналов вызываем окно на рис. 1.22 и в первой строке
колонки Legend вводим название сигнала (Square) и при необходимости кнопкой Charge выбираем из палитры желательный цвет
линии кривой спектра.
3. Кнопкой Save cохраняем введенные данные под стандартным
названием оверлейного файла L1 (для левого канала и сигнала
Square) и R1 (для правого и Square), каждый раз соглашаясь на перезапись файла. Поскольку названия указанных файлов (L1—L4,
R1—R4) для всех режимов одинаковы, то их наполнение для режима по умолчанию целесообразно сохранить в отдельной папке,
например, под названием LR_STD.
4. В меню Mode переходим в режим Post Proces, в результате
чего вызывается окно-ярлык с предложением сохранить спектр в
WAV-формате, что и выполняется в стандартном окне с присвоением имени Square.
5. Возвращаемся в режим Real Time и выполняем пункты 1—4
для двух других сигналов, сохраняя оверлейные файлы под именами L2 и R2 (для Pulse), L3 и R3 (для White) и под их «собственными» именами — WAV-файлы.
Äëÿ одновременного отображения полученных спектров
(ðèñ. 1.21):
1. В режиме Post Process командой File/Open загружаем созданный ранее файл square.wav.
2. Кнопкой Run запускаем загрузку square.wav в окно Spectrum
(рис. 1.21); процесс загрузки индицируется ползунковым индикатором, который в режиме Post Process появляется на инструментальной линейке справа от опции Peak Hold на рис. 1.18.
3. В столбике Set окна Spectrum (рис. 1.21) для обоих каналов
нажимаем кнопку 1, в результате чего на дисплее окна фиксируется изображение спектра Square, которое временно может быть выключено опцией справа от кнопки 1.
4. Повторяем операции 1—3 для pulse.wav и white.wav, последовательно нажимая кнопки 2и3вп.3,врезультате чего получаем
фиксированное изображение спектров на рис. 1.21, которое может
быть использовано для их сравнительного анализа, а также сравнения с вновь получаемыми в режиме Real Time.
37
1. Инструментальные средства на базе аудио карты IBM PC
Рис. 1.22. Окно оформления оверлейного файла
3. Spectrogram — спектрограмма (рис. 1.23): графическое представление изменения спектра во времени, определяемое формулой:
(,) ()ωω=
Ft Xtedt
t
∫
tT
−
jt
−
Для вычисления спектрограммы спектр сигнала разбивают на
сегменты (возможно, с перекрытием). Для каждого сегмента вычисляется его спектр в виде коэффициентов ДПФ. Набор спектров и образует спектрограмму. Разрешающая способность по частоте такого спектрального анализа определяется величиной Δf =
, а разрешающая способность по времени — величиной Δt =
1/T
S
= T/s (s — количество сегментов), если сегменты анализируе-
T
S
мого процесса не перекрываются. Если же они перекрываются, то
разрешение по времени может достигать значений Δt = T
— число отсчетов в сегменте, подвергаемом преобразованию
N
s
Фурье (число N
обычно обозначают без индекса и называют пара-
s
S/Ns
, ãäå
метром БПФ, кратным двойке). На практике степень перекрытия
сегментов выбирают из здравого смысла, поскольку при чересчур
большом его значении объем вычислений может стать неприемлемо высоким. Заметим, что термин «спектрограмма» применяют
как к комплексной функции частоты и времени, такикеемодулю (набору амплитудных спектров).
Настройки для рассматриваемого режима вызываются кнопкой
раются:
38
или командой Options/Spectrogram. В окне установок выби-
1.5. Программа SpectraLab
— диапазон анализируемых частот (Frequency Span);
— динамический диапазон (Plot Top/Range);
— направление (Direction) движения спектра во времени: сле-
ва, справа, сверху, снизу (с соответствующим изменением
направления координатных осей времени, частоты и интенсивности, которая может регулироваться кнопочным слайдером Intensity);
— изменение цветовой палитры (Palette) в зависимости от ин-
тенсивности линий спектра с выбором цветов для максимального и минимального значений, включая черно/белый вариант (Grayscale);
— интервал обновления данных (Display Update Interval).
Рис. 1.23. Спектрограмма меандра
В контекстном меню для рассматриваемого режима назначение
команд аналогично п. 1 и 2 за исключением:
Display Time Series — преобразование спектрограммы в исходный сигнал, отображаемый на экране осциллографа.
Expand Spectrogram — расширение (растяжка) спектрограммы
на временном участке, выбранном инструментом .
Compute and Display 3-D Surface — преобразование трехмерной
«плоской» спектрограммы в объемную, отображаемую в ее окне
(рис. 1.24).
4. 3-D Surface — графическое трехмерно-объемное (3D) пред-
ставление изменения спектра во времени (рис.1.24). Набор пара-
метров в окне настроек, вызываемом кнопкой или командой Options/3-D Surface, аналогичен предыдущему режиму.
39
1. Инструментальные средства на базе аудио карты IBM PC
Показанная на рис. 1.24 спектрограмма файла voice.wav из папки WAV-программы получена после загрузки специального конфигурационного файла voice.cfg из папки CONFIG командой Config/Load Configuration. Файл конфигурации представляет собой
текстовый файл в ASCII-формате (типа WIN.INI, SYSTEM.INI
и т. п.), с содержанием которого можно ознакомиться, вызвав его
командой Config/View Configuration. Заметим, что перед вызовом
voice.cfg текущую конфигурацию целесообразно сохранить командой Config/Save Configuration под удобным для пользователя именем, иначе без дополнительных настроек к ней возврата не будет.
Рис. 1.24. 3D спектрограмма музыкального фрагмента
В контекстном меню для рассматриваемого режима назначение
команд аналогично п. 1 и 2 за исключением:
Expand 3-D Surface — расширение (растяжка) спектрограммы
на выбранном временном участке.
Compute and Display Spectrogram — преобразование 3D спектрограммы в трехмерную «плоскую», отображаемую в ее окне
(рис.1.23).
5. Phase — измерение и отображение фазо-частотной характе-
ристики сигнала. Набор параметров в окне настроек, вызываемом
кнопкой или командой Options/Phase, отличается от ранее
рассмотренных выбором диапазона контролируемых фазовых углов. Назначение команд контекстного меню для рассматриваемого
режима аналогично рассмотренным выше.
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]