Ați văzut că aplicațiile analizoarelor 1/n-octavă sunt în acele câmpuri unde este necesară măsurarea puterii sonore în diferite benzi de frecvență. Pentru a compara diferite măsurători între ele, măsurătorile sunt efectuate conform anumitor standarde. Institutul Național de Standarde American (ANSI) a specificat standardele pentru proiectarea filtrelor de octavă și terță-octavă. Această informație se găsește în specificațiile ANSI S1.11 (1986) pentru filtrele analogice și digitale cu bandă-octavă și cu bandă fracțiune-de-octavă. Setul de instrumente National Instruments pentru analizorul de terță-octavă este în conformitate cu aceste specificații. Frecvențele centrale ale BPF-urilor din analizorul de terță-octavă, așa cum sunt date în specificațiile ANSI S1.11 (1986), sunt prezentate în tabelul următor. Este arătată și gama de frecvențe corespunzătoare benzii de trecere a filtrelor. Acolo sunt un total de 30 de frecvențe centrale specificate, care acoperă o gamă cuprinsă între 25 Hz - 20 KHz. Dar, în analizorul National Instruments de terță-octavă, un BPF suplimentar cu o frecvență centrală de 10 Hz a fost adăugat la gama de frecvențe inferioare, dând un total de 31 BPF (filtre bandpass).

Third-Octave Analyzer Toolkit poate fi utilizat ca o aplicație de sine stătătoare, un set de instrumente suplimentar pentru LabVIEW sau BridgeVIEW sau cu LabWindows/CVI. Poate analiza frecvența semnalului în 31 de benzi de frecvență.

Figura de mai jos arată panoul frontal al aplicației TOA de sine-stătător. Poate analiza până la patru canale de date. În funcție de numărul de canale alese, puteți obține unul, două, trei sau patru grafice pe panoul frontal. În această figură particulară, vedeți patru grafice. Axa-x a fiecărui grafic este scala de frecvență, iar axa-y a fiecărui grafic este scala amplitudinii de putere (în decibeli). Fiecare grafic are și un cursor pe care îl puteți deplasa pentru a vedea valoarea puterii în fiecare bandă de frecvență. Acest cursor este afișat prin linia verticală cu un "x" în ea. Valoarea frecvenței centrale (în hertz) în banda de frecvență și valoarea puterii corespunzătoare (în decibeli) sunt afișate în partea de sus a fiecărui grafic.

Pe panoul frontal de mai sus, Acquire preia și analizează un bloc de date. Analizatorul nu începe să achiziționeze date decât după ce faceți clic pe acest buton.

Datele pot fi achiziționate în modul single sau continuous. Modul poate fi ales făcând clic pe săgețile în sus sau în jos de pe controlul din stânga butonului Acquire. Când selectați single, de fiecare dată când faceți clic pe butonul Acquire, analizatorul achiziționează și analizează un nou bloc de date și afișează rezultatul pe graficul corespunzător. Când alegeți continuous, analizorul începe să achiziționeze și să analizeze date atunci când faceți clic pe butonul Acquire. După ce a afișat datele pe graficul corespunzător, acesta achiziționează următorul bloc de date și-l analizează și îl afișează. Aceasta continuă până când faceți clic pe butonul Stop Acquire.

(Butonul Acquire devine butonul Stop Acquire în timpul unei achiziții.)

Amplitude Table arată un tabel cu toate cele 31 de benzi ale valorilor puterii de ieșire pentru fiecare canal.

Save salvează cele 31 de benzi de valori de putere într-un format de foaie de calcul în care fiecare coloană reprezintă 31 de benzi ale valorii de putere pentru fiecare canal.

Acest buton salvează amplitudinea puterii, precum și unele informații de stare, cum ar fi numerele canalului, tipul ferestrei, tipul mediei și valoarea ponderării. Vom discuta despre această informație despre stare mai târziu.

Quit oprește analizorul.

Setup deschide panoul Setup prezentat mai jos. Panoul de configurare selectează parametrii pe care doriți să-i personalizați pentru aplicația dvs. Apare atunci când rulați pentru prima dată TOA. Dar, îl puteți accesa oricând, făcând clic pe butonul Setup.

device specifică numărul de identificare pentru placa dvs. DAQ. În Windows, puteți atribui acest număr dispozitivului dvs. prin software. Pentru Macintosh, parametrul device indică numărul slotului fizic în care introduceți dispozitivul. Puteți găsi acest număr deschizând NI-DAQ în folderul control panels.

sampling rate determină viteza cu care este eșantionat semnalul și, astfel, gama de frecvență care este analizată (deoarece frecvența de eșantionare trebuie să fie cel puțin de două ori mai mare decât frecvența maximă a semnalului). Sunt disponibile trei opțiuni de viteze de eșantionare: 12,8 KHz, 25,6 KHz și 51,2 KHz. Gamele de frecvență corespunzătoare analizate sunt: ​​5 Hz - 5 KHz, 10 Hz - 10 KHz și 20 Hz - 20 KHz. Aceste rate de eșantionare au fost alese pentru că sunt software selectabile cu plăcile de achiziție a semnalelor dinamice National Instruments (AT-A2150, NB-A2150F și AT-DSP2200), pe care le puteți utiliza cu TOA. Viteza de eșantionare de 51,2 KHz este conformă specificațiilor ANSI pentru gama „extinsă”.

Channel # indică canalele de la care se achiziționează datele și le afișează. Puteți alege până la patru canale (iar numărul de canale poate fi același în fiecare control). Fiecare canal are o casetă cu o cruce în ea. Dacă nu este necesar să utilizați un canal, faceți clic în casetă până când crucea dispare. Acest lucru va dezactiva toți parametrii asociați cu respectivul canal.

Window Type selectează una dintre cele patru ferestre utilizate în mod obișnuit (dreptunghiulară, Hamming, Hanning și Blackman) pentru fiecare canal. Parametrul Window Type implicit este fereastra Hanning.

În continuare, veți finaliza un exercițiu care folosește analizatorul de terță-octavă și evidențiază mai multe caracteristici ale acestuia.

Exercițiul 12-1

Obiectiv: Analiza unui semnal format dintr-o undă sinusoidală cu armonice și zgomot alb adăugat.

Notă: Acest exercițiu necesită o bibliotecă modificată a setului de instrumente al analizatorului de terță-octavă. Dacă fișierul TOA\ Octave.llb nu există pe hard disk, nu puteți face acest exercițiu. În acest caz, puteți citi acest exercițiu pentru a vă familiariza cu controalele și indicatoarele panoului frontal, apoi treceți la secțiunea următoare.

1. Deschideți Third-Octave Analyzer VI din folder Toa\Octave.llb. Veți vedea următorul panou frontal:

Panoul frontal

Puteți vedea patru grafice pe ecran. Acest lucru se datorează faptului că puteți analiza semnale provenind de la patru canale. Numărul de grafice afișate pe ecran depinde de numărul de canale pe care le analizați.

Cele două controale (Frequency și Amplitude) din partea dreaptă a panoului frontal au fost adăugate doar pentru acest exercițiu. Ele nu există în Third-Octave Analyzer Toolkit. Ele reglează amplitudinea și frecvența unei unde sinusoidale (cu armonice) care a fost alterată de zgomot alb. Pe panoul frontal al TOA, selectorul Frequency controlează frecvența componentei fundamentale a undei sinus între 0 - 10 KHz. Utilizați controlul glisor Amplitude pentru a regla amplitudinea fundamentalei între 0 - 20.

Deși nu trebuie să vă preocupați deocamdată, pentru cei interesați, diagrama bloc a VI-ului (Signal.vi) folosită pentru a genera acest semnal simulat este prezentată mai jos:

VI-ul de mai sus adaugă, de asemenea, la fundamentală armonicile sale a 3-a și a 7-a de amplitudini 1/5, respectiv 1/15. Adăugarea de armonice este simulată de cele două VI-uri inferioare Sine Wave VI.

Fereastra Setup

2. Cu ambele controale Amplitude și Frequency setate la 0,00, executați VI-ul.

Apare o nouă fereastră numită Setup.

Fereastra Setup vă permite să controlați numărul de canale de eșantionat, rata de eșantionare, dimensiunea FFT și multe altele. Deocamdată, veți lăsa următoarele controale la valorile lor implicite:

device 1
sampling rate 25.6 KHz
data blocks to average 1
FFT size 512
Internal Data Averaging no averaging

3. În fereastra Setup, faceți clic pe caseta albă din stânga etichetelor ChB, ChC și ChD. Când faceți clic pe casetele albe, crucile din ele dispar, iar selecțiile pentru aceste canale sunt gri.

4. Acum, deoarece doar caseta albă din stânga ChA are o cruce în ea, veți utiliza doar ChA pentru a achiziționa semnalul.

Controlul device corespunde numărului plăcii DAQ din computer. Puteți obține numărul de dispozitiv corect pentru placa dvs. DAQ folosind utilitarul de configurare NI-DAQ. În acest exercițiu, lăsați dispozitivul setat la 1.

Controlul Channel # determină canalul particular de pe placa DAQ de la care veți achiziționa semnalul eșantionat. (O placă DAQ are de obicei mai mult de un canal - de obicei 8 sau 16.) Lasă acesta setat la 0.

Controlul Window Type determină tipul de fereastră pe care doriți să o aplicați pentru eșantioanele de date.

5. Faceți clic pe butonul Done. Fereastra Setup va dispărea și veți reveni la panoul principal al TOA. Puteți afișa oricând fereastra Setup pentru a modifica parametrii de configurare, făcând clic pe butonul Setup din partea stângă jos a panoului principal al TOA. Rețineți că este afișat un singur grafic, deoarece ați selectat doar 1 canal în fereastra Setup.

Achiziție unică și continuă

6. Butonul Single (chiar lângă butonul Setup) este un control inel de meniu care determină modul de colectare a eșantioanelor de date. Când este setat la modul Single, se achiziționează un singur bloc de date când este apăsat butonul Acquire. Dar, atunci când este setat pe modul Continuous, blocurile de date sunt achiziționate unul după altul, atunci când este apăsat butonul Acquire. În timp ce se află în modul de funcționare continuă, butonul Acquire se schimbă în butonul Stop Acquire. Pentru a opri achiziția continuă de date, trebuie să apăsați butonul Stop Acquire.

7. Cu controlul inel de meniu pe Single, faceți clic pe butonul Acquire.

După un interval scurt de timp în care se obțin datele și se fac calculele pentru puterea de ieșire, pe grafic apare o histogramă. Aceasta este doar histograma zgomotului alb (nu există semnal deoarece amplitudinea undei sinusoidale a fost setată la 0.0 pe controlul glisor). Fiecare dreptunghi al histogramei oferă puterea în banda de frecvență a BPF corespunzător. Rețineți că puterea crește pe măsură ce mergeți către frecvențe mai înalte. De ce crezi că așa este?

Sugestie: zgomotul alb are un spectru de frecvență plat (adică aceeași putere medie la toate frecvențele). Filtrele utilizate în TOA au lățimi de bandă crescândă pe măsură ce frecvența centrală crește.

8. Faceți clic din nou pe butonul Acquire. Încă o dată, după ce datele sunt obținute și calculele s-au încheiat, ecranul se schimbă. Datele sunt obținute, calculele efectuate și afișajul actualizat de fiecare dată când faceți clic pe butonul Acquire. Dar, dacă nu faceți clic pe butonul Acquire, nu se întâmplă nimic. Aceasta este funcționarea modului de achiziție Single.

9. Faceți clic pe săgețile butonului Single și schimbați-l în modul Continuous. Faceți clic pe butonul Acquire pentru a începe achiziția.

Acum operațiunea de obținere a datelor, calcularea ieșirilor de putere ale BPF-urilor și actualizarea datelor se face continuu. Rețineți că butonul Acquire s-a schimbat în butonul Stop Acquire. Dacă doriți să opriți achiziția continuă de date, trebuie să faceți clic pe butonul Stop Acquire.

Modificarea dimensiunii FFT

10. Veți observa o întârziere între actualizarea succesivă a afișajului. Acest lucru se datorează faptului că dimensiunea implicită a FFT a fost setată la 512 puncte de date. Durează o anumită perioadă de timp pentru a achiziționa punctele de date, a efectua calculele necesare și a afișa rezultatele. Pentru a reduce acest timp, puteți alege o dimensiune FFT mai mică.

Faceți clic pe butonul Setup. Se afișează fereastra Setup. Setați dimensiunea FFT pe 256 și faceți clic pe butonul Done. Acum observați că afișajul este mult mai rapid.

Adăugarea unui semnal la zgomotul alb

11. Setați controlul Frequency la 100 Hz și controlul Amplitude la 10. Afișajul va arăta trei vârfuri. Cel mai înalt vârf este de la ieșirea BPF care acoperă gama de frecvență în care cade unda sinusoidală fundamentală de frecvență 100 Hz. Celelalte două vârfuri sunt din ieșirile BPF-urilor ale căror benzi de frecvență includ a 3-a și a 7-a armonică (adică 300 Hz și 700 Hz).

Controlul cursor

12. Mișcați cursorul în jurul afișajului. În partea stângă sus, puteți vedea puterea la ieșire (în dB) și frecvența centrală corespunzătoare (în Hz) a BPF corespunzătoare dreptunghiului pe care așezați cursorul.

Tabelul de amplitudine

13. Un alt mod de a vedea puterea în fiecare dintre diferitele benzi de frecvență este să faceți clic pe butonul Amplitude Table. O fereastră nouă apare cu un tabel care arată frecvențele centrale și puterea corespunzătoare (în dB) a fiecăruia dintre BPF-uri. Pentru a închide această fereastră, faceți clic pe butonul Ok.

Mai multe canale și ponderare

14. Acum veți achiziționa și afișa date de la mai multe canale.

Faceți clic pe butonul Setup pentru a deschide fereastra Setup. În Fereastra Setup, faceți clic pe caseta albă din stânga etichetei ChB și schimbați Channel # la 0 (la fel ca pentru ChA). Schimbați Weighting a lui ChB în A-weighting.

Ați eșantionat același semnal pe ambele canale A și B. Dar, semnalul obținut pe ChA este afișat fără o pondere, în timp ce semnalul obținut pe ChB este afișat cu o ponderare-A. Ponderarea se face deoarece urechea umană răspunde diferit la frecvențe diferite. Prin utilizarea ponderării-A, analizorul imită răspunsul auditiv uman la semnalele audio. Intern, analizatorul realizează acest lucru prin adăugarea unei valori specifice de ponderare (în dB) la puterea calculată înainte de afișarea acesteia. Alte selecții de ponderare disponibile sunt none (fără pondere) și custom (definite de utilizator).

15. În fereastra Setup, faceți clic pe bara View Weighting pentru a vedea un tabel care arată valorile de ponderare pentru fiecare bandă de frecvență pentru fiecare canal. Faceți clic pe butonul OK pentru a închide fereastra cu tabelul.

16. În fereastra Setup, faceți clic pe butonul Done.

17. Acum vă întoarceți la panoul frontal principal al TOA. Graficul de sus arată afișajul de la ChA (fără pondere), iar graficul de jos arată afișajul de la ChB (cu ponderare A). Puteți compara astfel rezultatele de pe diferite canale.

18. Faceți clic pe butonul Stop Acquire pentru a opri achiziția de date.

19. Faceți clic pe butonul Quit pentru a opri VI-ul.

20. Închideți VI-ul. Nu salvați nicio modificare.

Sfârșitul exercițiului 12-1

12.6 Calibrare folosind analizorul de terță-octavă