когда нет частотомера / Хабр

В радиолюбительской практике, в силу ограниченности бюджета, часто возникает ситуация, когда тот или иной нужный для работы прибор недоступен. В такой ситуации приходится вычислять нужный параметр по результатам косвенных измерений, т.е. «сверлить пилой и пилить буравчиком».

В процессе отладки разрабатываемого мной устройства возникла необходимость провести калибровку цифрового синтезатора частоты в составе этого устройства. Задача является тривиальной при наличии частотомера электронно-счётного (ЭСЧ). Проблема же заключалась в том, что «взять взаймы» частотомер мне не удалось.

Если описать работу применённого в устройстве синтезатора частоты совсем просто, он образует на выходе сигнал с частотой Fs путём обработки входного сигнала от опорного генератора с частотой Fxo:

В качестве частотозадающего элемента опорного генератора был использован недорогой кварцевый резонатор с маркировкой на корпусе «

TXC 25. 0F6QF». Точное значение частоты сигнала опорного генератора известно не было. В настройках синтезатора опорная частота была указана константой 25000000 Hz. Сам синтезатор частоты был запрограммирован на вывод сигнала частотой 9996 kHz.

Для проверки работоспособности синтезатора был использован цифровой осциллограф Rigol DS1102E. В настройках канала было включено измерение частоты.

Осциллограф на выводах кварцевого резонатора показал измеренное значение 25.00 MHz, а на выходе синтезатора – 10.00 MHz. В принципе, это уже было неплохо: схема работала.

Аналогом калибровки частотозадающих цепей методом биений является методика настройки музыкальных инструментов по камертону. Звук, извлекаемый из инструмента, накладывается на звук камертона. Если тоны не совпадают, возникают хорошо заметные на слух «биения» частоты. Подстройка тона музыкального инструмента производится до появления «нулевых биений», т.

е. состояния, когда частоты совпадают.

Проще всего калибровку синтезатора частоты методом биений было провести с использованием радиоприёмника с панорамным индикатором и сигнала радиостанции RWM в качестве контрольного сигнала.

В качестве контрольного приёмника использовался SoftRock RX Ensemble II с программой HDSDR. Шкала приёмника была ранее откалибрована по сигналам радиостанции RWM на всех трёх частотах: 4996000, 9996000 и 14996000 Hz. В качестве контрольного сигнала использовался сигнал радиостанции RWM на частоте

9996000 Hz.

На скриншоте виден приём секундных меток RWM на частоте 9996000 Hz и приём выходного сигнала синтезатора на частоте, примерно, 9997970 Hz. При задании частоты синтезатора использовалась константа 25000000 Hz (номинальная частота кварцевого резонатора). При проведении калибровки эта константа была умножена на отношение частот 9997970 Hz и

9996000 Hz. В результате было получено значение реальной частоты запуска кварцевого резонатора 25004927 Hz. Это значение было занесено константой в прошивку устройства. На скриншоте показан результат проведения калибровки:

Частота выходного сигнала синтезатора 9996 kHz точно соответствует частоте приёма секундных меток RWM на частоте 9996000 Hz.

После проведения калибровки осциллограф показал на выводах кварцевого резонатора – 25.00 MHz, а на выходе синтезатора – 10.00 MHz, т.е. те же самые значения, что и до калибровки.

В Перми в светлое время суток стабильно принимается сигнал RWM на частоте 9996 kHz, а в тёмное время суток – на частоте 4996 kHz. Если прохождение радиоволн нестабильно, и сигналы RWM не принимаются, на сайте hfcc.org можно найти частоты и расписание работы вещательных радиостанций.

Несущие сигналы вещательных станций тоже можно, при необходимости, использовать в качестве контрольных, т.к. они обычно имеют отклонение частоты не более 10 Hz от частоты вещания.

Краткие выводы

Наиболее простой и точный способ измерения частоты сигнала в радиодиапазоне — измерение частоты электронно-счётным частотомером.

Получить приблизительное значение частоты сигнала можно, приняв его на контрольный приёмник с калиброванной шкалой.

Получить при использовании контрольного приёмника точное значение частоты сигнала можно по «нулевым биениям» измеряемого сигнала с контрольным сигналом, полученным от эталонного источника.

Необходимые дополнения:

Калибровку синтезатора можно было бы провести:

1. Конечно же, с помощью ЭСЧ.
2. Методом биений с помощью профессионального приёмника без панорамного индикатора, например, Р-326, Р-326М, Р-250М2 и т.п. и сигналов RWM «на слух». Это было бы не так наглядно, как с панорамным индикатором, и заняло бы больше времени.
3. С помощью калиброванного генератора и осциллографа по фигурам Лиссажу. Выглядит очень эффектно, но требует дополнительного недешёвого оборудования.

И ещё, область применения радиолюбителями радиоприёмников, упомянутых выше, очень широка. Они применяются для наблюдения за эфиром, для контроля прохождения радиоволн, для контрольного прослушивания сигналов при настройке радиостанций и т.п.

Больше информации в моём телеграм-канале «Проект Селенит»

‎App Store: Анализ спектра звука

Снимки экрана (iPhone)

Описание

Приложение предназначено для анализа спектра звука в реальном времени (через микрофон). Кроме того приложение можно использовать в качестве измерителя уровня шума (не для точных измерений).

• Звуковая волна.
• FFT размером 2048 (точность определения частоты ±12 Hz), 4096 (±6 Hz), 8192 (±3 Hz), 16384 (±2 Hz), 32768 (±1 Hz), 65536 (±0.5 Hz), 131072 (±0.2 Hz).
• Линейная и логарифмическая шкалы частоты.
• Линейная шкала частоты с максимальной детализацией (есть выбор показываемого диапазона частот).
• Линейная и логарифмическая шкалы амплитуды.
• Октавы (1/1, 1/3, 1/6, 1/12).
• Оконные функции (Blackman, Hamming, Hann (Hanning), Blackman–Nuttall, Gaussian, Flat top).

• A- и C-взвешивание.
• Фиксация максимумов.
• Экспоненциальное усреднение спектра.
• Определение пика.
• Значения любой точки (для шкалы частот и звуковой волны (при максимальной детализации)).
• Измеритель уровня шума (dB SPL). Вы можете откалибровать свой микрофон запустив на другом устройстве генератор сигнала с частотой синусоиды 1000 Hz и сделав громкость очень маленькой. Когда звук будет почти не слышен, нужно на спектре (размер FFT: 16384) найти значение амплитуды для частоты 1000 Hz. Это значение нужно умножить на 1.2 (чтобы компенсировать растекание спектра (спектральную утечку)). Это будет опорное значение для вашего микрофона. ОЦЕНИВАТЬ СУММАРНЫЙ УРОВЕНЬ ШУМА НУЖНО ПО МАКСИМАЛЬНОМУ ЗНАЧЕНИЮ В РЕЖИМЕ ЗВУКОВОЙ ВОЛНЫ.
• Частота дискретизации: 48000 Hz.
• Скриншот экрана легким прикосновением.
• Экспорт данных в WAV файл или в текстовый файл («Y=[y1 y2… yn]», «y1;y2;… yn», «x1;y1\nx2;y2;…»). Количество точек настраивается через «Размер FFT».
• Автоматический стоп в режиме звуковой волны (при увеличении/уменьшении силы сигнала).
• Автоматический стоп в режиме спектра частот. Теперь можно остановить сбор данных когда начало затухающего сигнала достигнет конца буфера FFT. Начало сигнала определяется не точно, как при автоматическом стопе в режиме звуковой волны.
• Тестовая волна.
• Сохранение результатов измерений в приложении. Используя iTunes, файлы с сохраненными данными (SavedData_[дата]_[время].txt) можно скопировать на компьютер или перенести на другой айфон. Есть кнопки для быстрой загрузки и сравнения сохраненных файлов.
• Темная тема.
• Список пиков частот. Если несколько пиков имеют общее основание, то они считаются одним пиком. Минимальная высота пика для октавных полос — 2 dB.
• Интерполяция частот в списке пиков. Для интерполяции частоты пиков выберите окно Gaussian (точность определения частоты может увеличиться в 10-100 раз). Расчет не делается для крайних бинов или если соседний бин равен нулю.

• Расчет амплитуды по соседним бинам в списке пиков (компенсация растекания спектра и использования окна). В скобках написано количество бинов используемых для расчета.
• Сбор последних данных (за последнюю минуту). Можно перемещаться по всем собранным данным. Масштаб волны изменяется в режиме звуковой волны.
• Калибровочный файл. Приложение понимает только файлы для микрофона UMIK-1, но Вы можете написать для каких микрофонов нужна поддержка.

14 февр. 2022 г.

Версия 2.3.3

• Незначительные изменения в тексте.

Оценки и отзывы

Оценок: 21

Отличное приложение

Хороший функционал и весит мало

Анализатор

Отличное приложение которое имеет множество рабочих настроек, и позволяет производить измерение и анализ. Спасибо разработчику!

радуюсь

вы просто молодец, огромное вам спасибо… это, черт возьми, гениально!!!

Разработчик Dmitriy Kharutskiy указал, что в соответствии с политикой конфиденциальности приложения данные могут обрабатываться так, как описано ниже. Подробные сведения доступны в политике конфиденциальности разработчика.

Не связанные с пользова­телем данные

Может вестись сбор следующих данных, которые не связаны с личностью пользователя:

Конфиденциальные данные могут использоваться по-разному в зависимости от вашего возраста, задействованных функций или других факторов. Подробнее

Информация

Провайдер

Dmitriy Kharutskiy

Размер

4,6 МБ

Категория

Утилиты

Возраст

4+

Copyright

© 2018 Dmitriy Kharutskiy

Цена

Бесплатно

• Сайт разработчика
• Поддержка приложения
• Политика конфиденциальности

Другие приложения этого разработчика

Вам может понравиться

Что такое герц? — Определение из WhatIs.

com

По

• Участник TechTarget

Герц — это единица частоты (изменения состояния или цикла звуковой волны, переменного тока или другой циклической формы волны), равная одному циклу в секунду. Он заменяет более ранний термин «цикл в секунду (cps)».

Например, в Соединенных Штатах электроснабжение общего дома имеет частоту 60 герц (это означает, что ток меняет направление или полярность 120 раз, или 60 циклов в секунду). (В Европе линейная частота составляет 50 герц или 50 циклов в секунду.) Широковещательная передача осуществляется с гораздо более высокой частотой, обычно выражаемой в килогерцах (кГц) или мегагерцах (МГц).

В акустическом звуке диапазон человеческого слуха составляет от 0 Гц до примерно 20 кГц (в зависимости от многих факторов, включая возраст и то, насколько громко играл барабанщик в вашей школьной рок-группе!). Высота среднего C на фортепиано составляет 263 Гц. Герц также часто используется при описании отдельных полос звукового эквалайзера. Чтобы сделать средний C громче, вы можете повысить другие частоты примерно до 263 Гц с помощью эквалайзера.

Единица измерения названа в честь немецкого физика Генриха Герца.

Последнее обновление: сентябрь 2005 г.

Копать глубже в мобильной инфраструктуре

• фаза

  Автор: Роберт Шелдон

• не чересстрочная развертка

  Автор: Кэти Террелл Ханна

• Международная система единиц (СИ)

  Автор: Роберт Шелдон

• чересстрочный дисплей

  Автор: Гэвин Райт

ПоискСеть

• Уорриорз присоединяется к другим командам НБА в строительстве умных арен

  Голден Стэйт Уорриорз установили 250 точек доступа Wi-Fi 6E в Chase Center для обеспечения высокоскоростного интернета практически в любой точке . ..

• Спутниковая связь LEO приходит на Землю

  Apple, T-Mobile и другие запускают ранние проекты спутниковой связи. Прямая спутниковая связь должна стать…

• Cisco увольняет сотрудников и сокращает офисные площади в рамках реструктуризации на 600 млн долларов

  Встряска в Cisco затронет около 4000 сотрудников, поскольку компания удвоит усилия в области безопасности, корпоративных сетей и своей платформы …

ПоискЕдиные Коммуникации

• Как подойти к интеграции Webex-Teams и заставить ее работать

  Cisco и Microsoft наконец устраняют барьеры взаимодействия между приложениями Webex и Teams. Компании смогут …

• Услуги Carrier UCaaS расширяют преимущества облачной связи

  UCaaS становится все более популярным, поскольку операторы связи предоставляют пользователям более сложные и интегрированные пакеты. Узнайте, почему это может сделать …

• Видео Zoom, предложения UCaaS приближаются к Teams, Webex

  Zoom представила множество функций для своей платформы UCaaS на Zoomtopia, включая службы почты и календаря, а также неофициальную …

ПоискБезопасность

• Cybereason предупреждает о стремительной кампании Black Basta

  Злоумышленники из группы Black Basta, предлагающей программу-вымогатель как услугу, компрометируют сети всего за час и похищают …

• Новые правила Google YARA борются с вредоносным использованием Cobalt Strike

  Правила Google YARA обнаруживают взломанные версии старых выпусков Cobalt Strike, поэтому законные экземпляры Red Teaming …

• Основные проблемы кибербезопасности метавселенной: как их решить

  По мере того, как метавселенная обретает форму, компании должны учитывать множество новых проблем кибербезопасности и способы их решения.

Что такое герц (Гц) в музыке и технике?

Если вам нравится создавать музыку или слушать ее в наушниках, вы, вероятно, слышали о чем-то, что называется «герц» (сокращенно: Гц) в мире музыки и технологий. Герц — это просто единица измерения частоты. Все имеет частоту, но герц обычно используется в случае измерения вещей, которые имеют более одной частоты.

Так какую же роль играют эти единицы измерения в герцах в мире музыки и технологий и что еще измеряется в герцах? Читайте дальше, чтобы узнать эти ответы и многое другое.

Герц (Гц): понимание основ

Герц (Гц) — наименьшая основная мера частоты. Чтобы представить тысячи герц, мы используем килогерц или кГц. Чтобы представить миллионы герц, мы используем мегагерц или МГц.

Чтобы представить миллиарды герц, мы используем гигагерц или ГГц. ГГц обычно используется больше в мире технологий, например, для описания скорости компьютерного процессора (к которой мы скоро вернемся), а не в мире музыки.

В общем, герцы чаще всего используются для описания музыкальных и звуковых частот, а не частот, связанных с другими предметами.

Герц (названный в честь немецкого физика Генриха Герца из-за его работы с радиоволнами) — это мера одного полного цикла волны в секунду с точки зрения частоты. Чаще всего измеряются электрические изменения. Музыка состоит из волновых форм, которые колеблются (движутся с постоянной скоростью) на разных частотах.

Например, если звуковая волна совершает полный цикл за одну секунду, ее частота равна 1 Гц. Если звуковая волна совершает 10 циклов в секунду, частота равна 10 Гц.

Чем быстрее движется волна, тем выше ее высота. Это означает, что разные частоты соответствуют высоте разных музыкальных нот. Например, нота ля выше среднего до имеет частоту 440 Гц.

Частота не влияет на громкость музыки, вместо этого на громкость волны влияет амплитуда или размер вибрации волны. Частота больше около скорость и время .

Понимание герца в музыке

В 1880-х годах Музыкальная комиссия правительства Италии решила, что все музыкальные инструменты следует настраивать с помощью камертона, вибрирующего с частотой 440 Гц.

Это было сделано для того, чтобы песня могла исполняться по всему миру, и она звучала бы так же, как если бы она исполнялась в другом месте. До этого камертоны вибрировали с частотой 435 Гц и 432 Гц.

В 1900-х годах Американская федерация музыкантов ясно дала понять, что они согласны с заявлением Итальянской музыкальной комиссии, а позже они также настаивали на стандарте настройки 440 Гц.

В 1953 году во всем мире было согласовано, что настройка первой ноты ля, следующей за средней до на фортепиано, будет настроена на 440 Гц. Это стало стандартом для настройки инструментов, использующих хроматическую гамму.

Человек с нормальным слухом может слышать в диапазоне от 50 Гц до 20 кГц, а человек с очень хорошим слухом должен слышать в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц.

От 20 Гц до 20 кГц также является средним частотным диапазоном для большинства наушников достойного качества.

Большинство человеческих голосов находятся в диапазоне частот от 100 или 200 Гц до 8 кГц, поэтому, даже если вы потеряете большую часть своей способности слышать высокие частоты, вы все равно сможете довольно хорошо понимать человеческую речь, даже без использования слуховых аппаратов.

Что касается певцов, то разные вокальные диапазоны также находятся в пределах частотного диапазона. Например, у бас-певца, вероятно, будет голос с большим количеством низких частот. Средний диапазон басового вокала по частоте составляет от 82 Гц до 330 Гц. Средний вокальный диапазон сопрано составляет от 260 Гц до 1050 Гц.

Поскольку инструменты и голоса намного сложнее, чем простая синусоидальная волна, сгенерированная компьютером, например, они не просто воспроизводят одну основную частоту, они воспроизводят кратных основной частоты . Эти кратные называются гармониками.

Поскольку они кратны основной основной частоте, это означает, что основная частота умножается на два, три, четыре или выше для создания гармоник формы волны. Если нота воспроизводится с частотой 440 Гц, гармоники будут с частотой 880 Гц, 1320 Гц, 1760 Гц и более.

Давайте на секунду поговорим о герцах и частотах в рамках более конкретной темы: динамики, наушники и микрофоны.

Частотная характеристика

Микрофоны, наушники и динамики имеют то, что называется частотной характеристикой или диапазоном частотной характеристики.

Частотная характеристика — это диапазон частот , который может воспроизводить часть звукового оборудования, такого как микрофон, пара наушников или пара динамиков.

Профессиональные микрофоны, динамики и наушники могут легко воспроизводить звуковые волны, особенно звуковые волны с частотами за пределами человеческого слуха.

Например, конденсаторный микрофон Neumann U 87 имеет частотную характеристику от 20 Гц до 20 кГц. Это означает, что он может воспроизводить звуковые волны, которые движутся со скоростью от 20 волновых циклов в секунду до 20 000 волновых циклов в секунду.

Вот график частотной характеристики кардиоидной диаграммы направленности Neumann U 87.

Частотная характеристика Neumann U 87 / Запись Hacks

Вы можете видеть, что есть одна линия, которая начинается на отметке 20 Гц и заканчивается на отметке 20 кГц, а другая линия, начинающаяся примерно на 50 Гц, присоединяется к первой строке.

Линия, которая охватывает диапазон от 20 Гц до 20 кГц, показывает, что это диапазон частотной характеристики U 87. При активированном фильтре высоких частот U 87 обрезается больше низких частот, поэтому вторая линия начинается с 50 Гц.

Для динамиков и наушников также существует диапазон частотной характеристики, и опять же, это просто диапазон низких, средних и высоких частот, которые могут быть воспроизведены аудиоаппаратурой. Закрытые наушники Audio-Technica ATH-M50x имеют частотный диапазон от 15 Гц до 28 кГц.

Частота дискретизации

Еще одна важная тема, объединяющая мир музыки и технологий, называется частотой дискретизации. Когда вы создаете музыку в DAW (цифровая звуковая рабочая станция) на компьютере, как только вы закончите свою песню и захотите сохранить ее в виде аудиофайла, вы экспортируете песню, и во время процесса экспорта частота дискретизации становится актуальны.

Чтобы понять частоту дискретизации, сначала нужно понять, как компьютер обрабатывает аналоговые звуковые волны и превращает их в цифровое аудио.

В процессе экспорта ваш компьютер делает снимки таких вещей, как амплитуда звуковых волн вашей песни. Эти снимки называются выборками . Ваш компьютер делает эти снимки в определенных точках аудиофайла, а затем преобразует эту информацию в двоичную информацию, которая затем сохраняется в другом месте на компьютере как ваш аудиофайл.

В одной песне берутся тысячи сэмплов в секунду, что приводит к воспроизведению звука хорошего качества.

Частота дискретизации — это скорость, с которой ваш компьютер делает снимки звуковых волн песни. Частота дискретизации измеряется в килогерцах (кГц).

В DAW вы можете настроить частоту дискретизации в меню настроек. Существуют различные частоты дискретизации на выбор, и они могут показаться случайными, но на самом деле это не так. Частота дискретизации — это то, что определяет диапазон частот, захваченных в аудио.

Наиболее распространенная частота дискретизации составляет 44 100 выборок в секунду или 44,1 кГц. Чтобы захватить полный цикл звуковых волн в песне во время процесса экспорта, частота дискретизации должна как минимум вдвое превышать диапазон человеческого слуха (от 20 Гц до 20 кГц).

Технически частота дискретизации 40 кГц была бы хорошей, но из-за искусственных частот, создаваемых аналого-цифровым преобразователем во время этого процесса, 44,1 кГц гарантирует, что все захватывается правильно, даже искусственные частоты.

Другая популярная частота дискретизации — 48 кГц, что означает, что в секунду делается 48 000 выборок, что приводит к еще более точному экспорту файла и еще более высокому качеству звука.

Понимание герца в технике

Герц в технике такой же, как и в музыке — измеряет частоту. Однако с помощью технологий герц можно использовать для измерения таких вещей, как скорость процессора компьютера или частота обновления дисплея устройства.

Частота обновления или частота кадров — это скорость, с которой дисплей монитора обновляется в секунду, также измеряется в герцах. Каждый раз, когда дисплей обновляется и перерисовывается, он обновляется новой информацией или изображениями.

Например, монитор с частотой обновления 60 Гц будет обновляться и перерисовываться 60 раз в секунду.

Важно убедиться, что частота обновления вашего монитора установлена ​​на то, что вам подходит. Если ваша частота обновления слишком низкая, это может вызвать нагрузку на ваши глаза после длительного просмотра монитора, но если частота слишком высока, это может снизить ваш FPS или количество кадров в секунду.

FPS — это измерение скорости передачи данных в виде последовательных изображений или кадров, которые компьютер или телевизор может изменить или преобразовать в другой формат и в конечном итоге отобразить. Один герц равен одному кадру в секунду.

Как правило, при подключении компьютеров или игровых консолей к телевизору высокая частота обновления обеспечивает более плавное изображение на экране и позволяет отображать больше кадров в секунду. Однако это не всегда так, когда дело доходит до игр. Если для вашей игры требуется частота обновления выше, чем может обеспечить ваш монитор, у вас, вероятно, будет некоторое отставание или размытость при игре или ускорении игр с большим количеством действий. Задержка также зависит от других факторов, таких как видеокарта вашего компьютера, память и скорость процессора.

Герц также используются в качестве единиц измерения, когда речь идет об экранах смартфонов и их частоте обновления. Средний смартфон будет иметь частоту обновления 60 Гц, хотя некоторые телефоны, специально созданные для игр, такие как Razer Phone, имеют частоту обновления выше 60 Гц.

Гц также используется для измерения скорости процессора компьютера. Гигагерц или ГГц — это единица измерения тактовой частоты или тактовой частоты. Тактовая частота ЦП — это мера количества тактовых циклов, которые ЦП может выполнять за секунду.

Цепь генератора посылает электричество на кристалл, и когда электричество попадает на кристалл, кристалл вибрирует, отсчитывая время. Итак, если процессор компьютера имеет скорость 1,8 ГГц, это означает, что кристалл основного процессора вибрирует, чтобы отсчитывать время, 1 800 000 000 (1,8 миллиарда) раз в секунду.

Чем выше тактовая частота процессора, тем быстрее процессор может обрабатывать данные и преобразовывать их в двоичный код для хранения, изменения или доступа к файлам и выполнения задач. Это приведет к более высокой общей производительности компьютера, независимо от того, запускаете ли вы несколько программ одновременно, записываете аудио или видео, экспортируете файлы, играете и выполняете другие действия.

Заключение

Герц не должен быть трудным для понимания, и хотя поначалу он может показаться пугающим, он не так сбивает с толку, как вы, вероятно, думали.