Pobierz - Politechnika Warszawska

POLITECHNIKA WARSZAWSKA
ZAKŁAD ELEKTROAKUSTYKI
Laboratorium Podstaw Elektroakustyki
Ćwiczenie 1
WŁAŚCIWOŚCI SYGNAŁÓW
AKUSTYCZNYCH
Opracowali:
dr inŜ. Piotr Bobiński
mgr inŜ. Aleksandra Młyńska
Warszawa, Kwiecień 2008
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie podstawowych właściwości róŜnego rodzaju sygnałów
akustycznych poprzez ich rejestrację, obróbkę i analizę. Środowisko laboratoryjne
składa się z komputera klasy PC z akustycznym systemem pomiarowym Clio wraz z
oprogramowaniem ClioWin słuŜącym do analizy sygnałów i pomiaru ich
właściwiości akustycznych oraz z oprogramowania AdobeAudition, słuŜącym do
edycji i rejestrowania sygnałów.
Do wykoania ćwiczenia niezbędna jest podstawowa wiedza dotycząca cyfrowej
analizy i rejestracji sygnałów akustycznych. W szczególności wymagane są
podstawowe informacje na temat właściwości czasowych i częstotliwościowych
sygnałów takich jak tony, sygnał mowy, sygnał muzyki, szumy (biały i róŜowy) oraz
znajomość podstawowych operacji w procesie przetwarzania analogowo/cyfrowego
sygnałów akustycznych (próbkowanie, kwantowanie).
2. Charakterystyka systemu CLIO
W skład systemu wchodzą następujace elementy:
•
•
•
•
•
karta PC PB-4281,
współpracujący mikrofon MIC-01,
przedwzmacniacz mikrofonowy PRE-01,
zestaw głosnikowy,
komputer klasy PC.
W trakcie ćwiczenia wykorzystywany będzie współracujący z systemem program
ClioWin (analiza czasowo-częstotliwościowa sygnałów) oraz program AdobeAudition
(zapis, odtwarzanie, edycja sygnałów).
3. Właściwości systemu CLIO
OGÓLNE WŁAŚCIWOŚCI SYSTEMU:
• Dwa kanały, przetwornik A/C 18 bitowy sigma-delta
• Zakres sygnału wejściowego: +40 ÷ -40dBV
• Impedancja wejściowa: 64 kOhm (5.6 kOhm mic)
• MoŜliwość podawania zasilania na wejście: 8.2V
• Zakres częstotliwości próbkowania: 8kHz÷48kHz
• Typ karty: 12cm. PCI slot card
• Porty audio: cztery RCA
ANALIZA FFT/RTA:
• częstotliwości próbkowania: 8kHz-48kHz,
• zmienny rozmiar okna analizy: 512 - 131072
• moŜliwość zmiany okna analizy
• analiza w pasmach 1/3 oraz 1/6 oktawowych (RTA)
2
4. Program ClioWin
Funkcje programu, wykorzystywane podczas ćwiczenia, przedstawiono na rys.1.
Uruchomienie analizy FFT/RTA
FFT
RTA
Poziom wysterowania
wejść A i B
Ustawienia FFT/RTA
Wzmocnienie wejść A i B
Włączenie/wyłączenie
zasilania na wejściu A i B
Rys.1 Okno programu ClioWin
5. Pomiary
5.1 Analiza sygnałów
Ta część ćwiczenia wykorzystuje program ClioWin. JeŜeli nie wspomniano inaczej
ustawić częstotliwość próbkowania 48kHz oraz rozmiar okna analizy 65536.
W analizatorze FFT/RTA proszę obejrzeć widma i przebiegi czasowe następujących
sygnałów:
• Ton 100Hz przy częstotliwości próbkowania 12kHz, wybrać okno
Blackmanna lub Hanninga. Wybrać okno inne niŜ dwa wymienione,
skomentować róŜnice.
• Ton 15kHz przy częstotliwości próbkowania 12kHz oraz 48kHz.
Skomentować zjawiska.
• Ton 1kHz przy częstotliwości próbkowania 48kHz. Na chwilę zwiększyć
poziom sygnału z generatora, tak by wystąpiło przesterowanie (program
ClioWin zasygnalizuje czerwonym kolorem) obejrzeć widmo i przebieg
czasowy (odpowiednio rozciągnąć oś Y by widoczna była pełna amplituda
sygnału), skomentować zjawisko.
• Sygnały modulowane częstotliwościowo: obejrzeć widma i przebiegi czasowe
dla dwóch sygnałów: dla jednej wartości częstotliwości modulującej dwa
3
•
•
•
•
ustawienia dewiacji lub dwie róŜne wartości częstotliwości modulującej przy
stałej dewiacji. Opisać zmiany widma w czasie.
Szum biały:
o obejrzeć widmo i przebieg czasowy przy częstotliwości próbkowania
12kHz oraz 48kHz, skomentować róŜnice,
o zmienić w ustawieniach analizy skalę na liniową, opisać zmiany,
o powrócić do skali logarytmicznej, włączyć analizę RTA (analiza
filtrami o stałej względnej szerokości pasma), skomentować róŜnice
Szum róŜowy:
o obejrzeć widmo i przebieg czasowy przy częstotliwości próbkowania
12kHz oraz 48kHz, skomentować róŜnice,
o zmienić w ustawieniach analizy skalę na liniową, opisać zmiany,
o powrócić do skali logarytmicznej, włączyć analizę RTA (analiza
filtrami o stałej względnej szerokości pasma), skomentować róŜnice
Sygnał muzyki: Obejrzeć i opisać widma i przebiegi czasowe. Obserwacje
przeprowadzić przy dwóch częstotliwościach próbkowania: 48kHz i 12kHz.
Zmiejszyć rozmiar okna (np. na 4096 lub 8192), porównać i opisać zmiany.
Sygnał mowy: włączyć zasilanie kanału A, podłączyć mikrofon. Obejrzeć i
opisać widma i przebiegi czasowe dla sygnałów: mowy, klaskania.
Obserwacje przeprowadzić przy dwóch częstotliwościach próbkowania:
48kHz i 12kHz.
UWAGA: po zakończeniu rejestracji sygnału mikrofonem wyłączyć
podawanie zasilania na wejście.
5.2 Rejestracja i edycja sygnałów
Ta część ćwiczenia wykorzystuje program AdobeAudition, podczas wszystkich
operacji program ClioWin powinien być aktywny, proszę odpowiednio
włączać/wyłączać podawanie zasilania na wejście przy podłączaniu/odłączaniu
mikrofonu. Rejestrację sygnałów proszę wykonywać wybierając 1 kanał (mono) oraz
kwantyzację 32 bitową.
• Zarejestrować sygnały mowy i klaskania przy częstotliwości próbkowania:
48kHz. Odtworzyć nagrania z częstotliwością próbkowania mniejszą (8kHz)
oraz większą niŜ częstotliwość z jaką były zarejestrowane (Edit->Adjust
Sample Rate). Pierwotnie nagrany dźwięk (48kHz) przepróbkować do 8kHz
(Edit->Convert Sample Type). Skomentować róŜnice.
• Zarejestrować sygnał muzyki przy częstotliwości próbkowania: 48kHz.
Odtworzyć nagranie z częstotliwością próbkowania mniejszą (8kHz) oraz
większą niŜ częstotliwość z jaką było zarejestrowane (Edit->Adjust Sample
Rate). Pierwotnie nagrany dźwięk (48kHz) przepróbkować do 8kHz
(Edit->Convert Sample Type). Skomentować róŜnice.
6. Bibliografia
Wykład z przedmiotu PEL.
W.Borodziewicz, K.Jaszczak, "Cyfrowe przetwarzanie sygnałów". WNT
Warszawa 1987.
Cz. Basztura, "Źródła, sygnały i obrazy akustyczne". WKŁ Warszawa 1988.
4