POLITECHNIKA WARSZAWSKA

ZAKŁAD ELEKTROAKUSTYKI

Laboratorium Podstaw Elektroakustyki

Ćwiczenie 1

WŁAŚCIWOŚCI SYGNAŁÓW
AKUSTYCZNYCH

Opracował:

dr inż. Andrzej Leszczyński

Warszawa, Grudzień 2000

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie podstawowych właściwości różnego sygnałów akustycznych poprzez ich rejestrację, obróbkę i analizę. W tym celu zostanie wykorzystany komputerowy system edycji i analizy sygnałów akustycznych "Sonolab".

2. Charakterystyka systemu "Sonolab"

W skład systemu wchodzą następujace elementy:

Karta przetworników A/C i C/A.

Układ przedzwzmacniaczy o filtrów antyaliasingowych.

Aktywny zespół głosnikowy.

Miokrofon pojemnościowy MCO-52.

Komputer klasy IBM PC z kartą VGA.

Programowo system dzieli się na dwie częsci: edytor sygnałów akustycznych i analizator.

Schemat blokowy systemu pokazano na rys.1

3. Właściwości systemu "Sonolab"

3.1 Właściwości edytora

Edytor sygnałów akustycznych pozwala na:

Bezpośrednią rejestrację sygnału o czasie trwania od 1.6s do 25.6s
w zależności od częstotliwości próbkowania (odpowiednio dla 48kHz do 3kHz) z rozdzielczością 12 bitów.

Płynną regulację zapisanego sygnału.

Przepróbkowywanie sygnału.

Dowolny montaż zarejestrowanego sygnału (kopiowanie, cięcia, itp.).

Filtrację i kompresję zarejestrowanego sygnału.

3.2. Właściwości analizatora

Analizator sygnałów akustycznych pozwala na:

Pełne zobrazowanie przebiegów czasowych.

Pomiar widma sygnału (FFT z 512 próbek czasowych sygnału z regulacją położenia okna czasowego.

Pomiar widma w pasmach oktawowych i tercjowych.

Dynamiczny pomiar widma sygnału.

Trójwymiarowe zobrazowanie widma w funkcji czasu.

Ponadto mozliwe jest wykorzystanie systemu jako oscyloskopu przebiegów czasowych oraz dynamicznego analizatora widma sygnału.

4. Pomiary

4.1 Schemat pomiarowy

Schemat pomiarowy do zapisu i edycji sygnału pokazano na rys.2

Schemat pomiarowy do analizy sygnału pokazano na rys. 3

5. Pomiary

5.1 Zapis i obróbka sygnału

Wersje zapisu sygnału

Zapis tonu o częstotliwości 100 Hz przy częstotliwości próbkowania 12 kHz i tonu o częstotliwości 15000 Hz przy częstotliwościach próbkowania 12 kHz i 48 kHz.

Zapis tonów o częstotliwości 1000 Hz i 20 kHz przy ominięciu filtrów antyaliasingowych.

Zapis sygnału modulowanego częstotliwościowo przy dwóch różnych parametrach częstotliwości i dewiacji.

Zapis wycinka szumu białego przy częstotliwości próbkowania 12 kHz i 48 kHz.

Zapis wycinka szumu różowego przy warunkach jak wyżej.

Zapis mikrofonowy próbek dżwięków naturalnych (sygnał mowy, impuls klaśnięcia, fragmenty muzyczne).

Obróbka sygnału

Kopiowanie zapisanych dźwięków do drugiego bufora ze zmianą czasu trwania - odczyt zapisanych sygnałów przy innych częstotliwościach próbkowania. Zbadanie wpływu zmiany częstotliwości próbkowania na odczyt.

Operacje przepróbkowywania i zmiany poziomu kwantyzacji (przesuwanie wartości amplitudy o dwa bity w lewo i w prawo).

Operacje filtracji przy zastosowaniu jednego z filtrów: "LP", "HP", "BP" na wybranych sygnałach.

Obróbka zapisanego fragmentu muzyki. Odsłuch przy innych częstotliwościach próbkowania, przepróbkowywanie, zmiana poziomu kwantyzacji. Montaż innego dźwięku na podstawie dźwięku zapisanego.

5.2 Analiza sygnałów

Analiza (w wersji "analizy dużej" i "małych"); widma sygnału i logarytmu widma dla wybranych próbek zapisanych w p. 4.1.

Analizy widm sygnałów modulowanych częstotliwościowo oraz dźwięków zapisanych przez mikrofon. Zbadanie wpływu rodzaju okna na wyniki analiz. Dla każdego przypadku analizy widmowej określić rozdzielczość analizy Df wiedząc, że widmo FFT uzyskiwane jest na podstawie 512 próbek sygnału czasowego.

5.3 Pomiary dynamiczne

Pomiary dynamiczne dla dwóch dowolnych sygnałów; tonu, dźwięku modulowanego częstotliwościowo lub szumów, przy wykorzystaniu opcji oscyloskopu oraz widm "NB", "MB" i "WB". Uwaga, przed pomiarem zmierzyć wartość szczytową sygnału.

5.4 Analiza w pasmach tercjowych i oktawowych.

• Wykonać analizę tercjową i oktawową dla jednej z zarejestrowanych próbek zapisanego dźwięku przy wykorzystaniu pliku UNIV.EXE .

6. Bibliografia

W.Borodziewicz, K.Jaszczak, "Cyfrowe przetwarzanie sygnałów". WNT Warszawa 1987.

Cz. Basztura, "Źródła, sygnały i obrazy akustyczne". WKŁ Warszawa 1988.

6

---