Αναλυτής Φάσματος Ήχου

Αναλυτής Φάσματος Ήχου με οθόνη LED
Αναλυτής Φάσματος Ήχου με οθόνη LEDΟθόνη LED του Αναλυτή Φάσματος Ήχου
5 5 1 Product


Ο εικονιζόμενος αναλυτής φάσματος ήχου μπορεί να απεικονίσει το ηχητικό φάσμα οποιασδήποτε ηχητικής πηγής σε πραγματικό χρόνο. Η κατασκευή μπορεί να ενσωματωθεί σε οποιαδήποτε συσκευή ήχου ή να χρησιμοποιηθεί ως αυτόνομη διάταξη. Η απεικόνιση γίνεται σε μία οθόνη 400ων LED σε μορφή ραβδογράμματος και υποστηρίζονται τέσσερις (4) διαφορετικοί τρόποι απεικόνισης.

Ο αναλυτής φάσματος ήχου παρέχει τη δυνατότητα άμεσης οπτικής επιτήρησης της ποιότητας του ήχου κατά τη διάρκεια αναπαραγωγής, εγγραφής ή όταν πραγματοποιούνται ρυθμίσεις ισοστάθμισης (μπάσα, πρίμα, μεσαίες, γραφική ή παραμετρική ισοστάθμιση).

Η κατασκευή δομείται γύρω από ένα μικροελεγκτή dsPIC της Microchip.


Κατασκευαστής: Γ. Αδαμίδης



Ιστορικό της κατασκευής

Ο αναλυτής φάσματος ήχου σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε το 2007 στα πλαίσια του διαγωνισμού "Microchip Embedded Control Design Contest" που διοργανώθηκε από τη Microchip και το περιοδικό Circuit Cellar. Η κατασκευή κατατέθηκε στο διαγωνισμό με την κωδική ονομασία "έργο MT1750" (MT1750 project) και έλαβε τιμητικές διακρίσεις. Πρωτοδημοσιεύτηκε στην ιστοσελίδα του περιοδικού Circuit Cellar και προσέλκυσε το ενδιαφέρον ηλεκτρονικών απ' όλο τον κόσμο. Η κατασκευή αγαπήθηκε από πολλούς διότι εισήγαγε κάποια καινοτομία σχετικά με την ψηφιακή επεξεργασία ήχου και την υλοποίηση πολλαπλών φίλτρων σε πραγματικό χρόνο, σε μικροελεγκτές "περιορισμένων" δυνατοτήτων. Η αρχική κατασκευή και οι λεπτομέρειες σχετικά με τον αλγόριθμο και τον τρόπο υλοποίησης δημοσιεύτηκαν το 2010 στο περιοδικό Circuit Cellar (issue 244, November 2010).


Αναλυτής Φάσματος Ήχου - Διάγραμμα Βαθμίδων

Παραπάνω παρουσιάζουμε το διάγραμμα βαθμίδων της συσκευής. Ο αναλυτής φάσματος ήχου βασίζεται στο μικροελεγκτή dsPIC30F6012A της Microchip. Ο συγκεκριμένος μικροελεγκτής διαθέτει εσωτερικό μετατροπέα από αναλογικό σε ψηφιακό (ADC) και μία εσωτερική βαθμίδα DSP (Digital Signal Processing) ακεραίων (integer) και μπορεί να επιτελέσει πολλαπλασιασμούς και αθροίσεις ακεραίων 16bit με πολύ μεγάλη ταχύτητα. Ο μικροελεγκτής υλοποιεί έναν αλγόριθμο δημιουργίας 20 παράλληλων φίλτρων, σε πραγματικό χρόνο, με χρήση διακριτού μετασχηματισμού Fourier και συναρτήσεις παραθύρων (window functions). Βάσει του αλγορίθμου υπολογίζεται το φάσμα και απεικονίζεται σε μία οθόνη 400ων LED.

Λίγο καιρό μετά την δημοσίευση της κατασκευής αρκετοί κατασκεύασαν το δικό τους αντίγραφο ενώ αρκετοί προσπάθησαν να βελτιώσουν την οθόνη του πρωτοτύπου ή να υλοποιήσουν τον αλγόριθμο του πρωτοτύπου σε κάποιον άλλο μικροελεγκτή, όπως για παράδειγμα σε AVR. Λόγω της οικουμενικότητας του αλγορίθμου, σύντομα κατασκευάστηκαν αρκετές επιτυχημένες εκδόσεις που χρησιμοποιούν διαφορετικό επεξεργαστή και ελαφρώς διαφορετικό υλικό (hardware). Όλες όμως οι υλοποιήσεις βασίζονται στον αρχικό αλγόριθμο ψηφιακής επεξεργασίας σήματος που πρωτοπαρουσιάστηκε στο πρωτότυπο MT1750, το 2007. Μετά το 2010 όμως, ο αλγόριθμος βελτιώθηκε περαιτέρω από τον κατασκευαστή του πρωτοτύπου.  Τα "αντίγραφα" συνεχίζουν βέβαια να χρησιμοποιούν τον "παλιό" αλγόριθμο.

Ο νέος αλγόριθμος χρησιμοποιεί νέες τεχνικές για βελτίωση της δυναμικής περιοχής, ελαχιστοποίηση του σφάλματος μέτρησης και βελτιωμένη απεικόνιση. Όσον αφορά το υλικό μέρος, σχεδόν τίποτα δεν έχει αλλάξει. Η νέα βελτιωμένη έκδοση όμως του αναλυτή φάσματος ήχου υπερέχει αρκετά σε σχέση με το πρωτότυπο. Η δυναμική περιοχή έχει βελτιωθεί κατά 3db αγγίζοντας τα 30db συνολικά, η κατανάλωση ισχύος μειώθηκε στο μισό και έχουν προστεθεί πρόσθετα φίλτρα video (που υλοποιούνται μέσω λογισμικού) για την "ομαλότερη" και ακριβέστερη απεικόνιση του φάσματος.    

 

Τεχνικές Προδιαγραφές

Οθόνη: Μπάρες LED, 20 μπάρες, 20 LED/ μπάρα, 400 LED σύνολο, χρώμα κόκκινο

Συχνότητες απεικόνισης: 20 περιοχές, 31, 63, 94, 126, 170, 230, 310, 420, 563, 760 Hz, and 1, 1.37, 1.87, 2.55, 3.4, 4.6, 6.15, 8.36, 11.2 και 15 KHz.

Ανάλυση: 1.5db / LED

Δυναμική περιοχή: 30db

Τρόποι απεικόνισης  4 τρόποι-κατ' επιλογή του χρήστη

Φίλτρα αντι-αναδίπλωσης: 2 φίλτρα Butterwoth  5ης τάξης

Ρυθμός Δειγματοληψίας: Υπερ-δειγματοληψία στα 80KHz

Ευαισθησία εισόδου: 0-10V, ρυθμιζόμενη μέσω ποτενσιομέτρου

Τροφοδοσία κύριας πλακέτας:  5V / 100mA DC

Τροφοδοσία Οθόνης: 5 - 12V/ 700-1200mA DC

 


Συνημμένα

Δείτε το άρθρο της κατασκευής του πρωτοτύπου που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Circuit Cellar το 2010. 
Το ηλεκτρονικό  σχηματικό του Αναλυτή Φάσματος Ήχου.
Ο πρόσφατος κώδικας μηχανής του Αναλυτή (αρχείο σε μορφή hex για τον προγραμματισμό του μικροελεγκτή )
Πληροφορίες τυπωμένου κυκλώματος και (ή) πρόσφατος πηγαίος κώδικας (πρόσβαση κατόπιν πληρωμής / εξαιρούνται χρήστες ειδικών κατηγοριών)