Виртуальные устройства на базе звуковой системы компьютера

На базе аудио устройств компьютера, создаются виртуальные измерительные устройства. Такие как виртуальный частотомер, вирутальный осциллограф, виртуальный спектрометр. Устройства подключаются к микрофонному или линейному входу звуковой карты, измерение сигнала осуществляется микросхемой АЦП. Частота (ширина) сигнала зависит от частоты дискретизации аудиокарты, чаще всего 22кГц. Было рассмотрено нескольких программ инструментов Frequency Counter 1.01, Simple Audio Spectrum Analyzer, Music Tuner v1.2 и OSZI v1.0

Рис. 1. Микрофон с поддержкой High Definition Audio

В настройках после "включения" устанавливаются для микрофонного или линейного входа уровни усиления входного сигнала: сначала минимальные значения, далее увеличивая уровни добиваться оптимальных значении. Сильное усиление сигнала вызывает искажения и перегрузку. Разрядность и частоты дискретизации необходимо выбрать максимально возможные. В моем случае разрядность 16 бит, частота дискретизации 96000Гц рис. 1 т.е. на канал приходится максимальная частота 48кГц. Для согласования уровней входного сигнала нужен небольшой адаптер на рис. 2. Адаптер фильтрует и сглаживает принимаемый сигнал. На аудио джек 3,5мм контакт 1, подается измеряемый сигнал. Необходимо контролировать напряжение входного сигнала - безопасным для данного адаптера входное напряжение до 9В, оптимальный диапазон от 1 до 2.5В. Для высокого напряжения требуется разработка иной схемы адаптера, "трансформаторные" варианты. Схема гальванически не развязана, поэтому соблюдайте полярность, минус к минусу, плюс к стороне с конденсатором.

Рис. 2. Схема адаптера для вирутального: частотомера; осциллографа; спектрометра

Виртуальные устройства

Frequency Counter 1.01 100кб. Программа для измерения частоты рис. 3.
Работает сразу, позволяет призводить измерение без настроек. Отображается частота максимального по амплитуде сигнала. Слабые сигналы не учитываются.

Рис. 3. Вирутальный частотомер Frequency Counter 1.01

Самой удобной программой имхо является Simple Audio Spectrum Analyzer 150кб - спектральный анализатор.
Диапазон измеряемого спектра от 0 до 22кГц. Измерение осуществляется после включения кнопки "Start". Градурированая шкала спектра (частота и амплитуда сигнала) регулируемая.

Рис. 4. Виртуальный спектрометр Simple Audio Spectrum Analyzer

Можно подробно рассмотреть кол-во сигналов. К примеру произведено измерение генератора на микросхеме К155ЛА3. Видна основная частота, а также её гармоники. Легко определимы количество, частота всех сигналов и их амплитуда рис. 5.

Рис. 5. Спектр сигнала

Music Tuner v1.2 144кб- анализатор аудиосигнала рис. 6. Не указал при измерении точных данных по частоте, но осциллограф отобразил график сигнала.

Рис. 6. виртуальный частотомер и осциллограф Music Tuner v1.2

OSZI v1.0 780кб - виртуальный осциллограф. Довольно шустрая программа, но часто зависает на ОС Windows VISTA.

Рис. 7. Виртуальный осциллограф OSZI v1.0

Есть возможность выбора входного устройства - либо микрофон, либо линейный вход. Осциллограф двухканальный. Настройки каждого канала индивидуальные. Частоту сигнала можно определить с помощью мышки установив контрольные точки на пики 2-х соседних сигналов.

Рис. 8. График измерения сигнала OSZI v1.0

Есть также множество других программ. Например генераторы сигналов Discrete Acoustics Lab 392кб.

В целом на базе ПК любой сможет создать свои виртуальные инструменты. Единственное ограничение таких устройств - низкая частота дискретизации звуковой карты, из-за которых цифровые измерения заканчиваются на частотах 48кГц. Имхо для любого радиолюбителя в простых задачах пригодятся такие виртуальные помощники.

2009. Art!P