Спектральный анализ БПФ в CubeIDE

[linkov1959]

Сейчас осваиваю анализатор спектра Spectrum Analyser_1.43_APKPure для смартфона. Функции включают:

• 64 до 8192 делений частоты (размер от 128 до 16384 FFT).
• Диапазон спектра 22 кГц (можно уменьшить до 1 кГц для более высокого разрешения).
• Окно FFT (Бартлетт, Блэкман, Flat Top, Ханнинг, Хэмминг, Тьюки, Уэлч или нет)
• Автоматическое масштабирование или масштабирование с помощью сжатия, перетаскивание для панорамирования.
• Линейные или логарифмические шкалы.
• Обнаружение пиковой частоты (полиномиальная аппроксимация).
• Усреднение, мин. и макс.
• Сохранение файлов данных CSV (использует разрешение на запись внешнего хранилища).
• Свободный или привязываемый к пику курсор.
После того, как освоил привязываемый к пикам курсор, который позволяет считывать данные с нескольких гармоник, мой проект временно приостанавливается.
Попробую включить изучение этой программы в учебный курс механиков СЦБ. Мне и близко не подойти до информативности этой программы. Сегодня уже испытал входной делитель для смартфона. Если вижу, что для дела лучше использовать готовый продукт, то я не гордый.

[КРАМ]

Это гомерически смешно.
Вам нужен исследовательский прибор?
Вроде бы разговор шел о вполне ограниченном наборе частот для вполне конкретных прикладных целей.

Вы настолько не желаете узнать новое, что готовы приспособить первую попавшуюся под руки вундервафлю под прикладную задачу, мучая простых работяг выбором оконной функции и вообще принципом работы...

[linkov1959]

КРАМ, Это не смешно, все наши приборы отслеживают именно конкретный набор частот, но тут выяснилось, что по рельсовым цепям гуляют посторонние частоты, а рабочие частоты гуляют от режимов работы цепей. Spectrum Analyser_1.43_APKPure самый подходящий вариант. Я сам не хотел нагружать простых работяг, но старшим механикам придется учиться. Я даже инструкцию перевел.

Спойлер

FFT Size and FFT Range Размер и диапазон БПФ

Чем больше размер БПФ, тем выше частотное разрешение спектра, но требуется больше времени обработки. Размер БПФ можно установить на 128, 256, 512, 1024, 2048, 4096, 8192 или 16384. Поскольку спектр БПФ содержит действительные и мнимые компоненты, извлеченный спектр амплитуды имеет только половину размера. Для лучшего отклика на более медленных одноядерных устройствах сохраняйте низкий размер БПФ.

Диапазон БПФ можно установить на 1,1 кГц, 2,2 кГц, 5,5 кГц, 11 кГц или 22 кГц. Выполняя БПФ в меньшем частотном диапазоне с тем же количеством точек, можно достичь гораздо лучшего разрешения, хотя также требуется более длинная выборка данных.

FFT Window Окно FFT

Окно можно применить к данным временного ряда для уменьшения спектральной утечки. Спектральная утечка более очевидна на низких частотах, когда в набор данных попадают только несколько форм сигналов. Если в набор данных временного ряда вписывается точное количество форм сигналов, утечки нет, в противном случае амплитуда пика в FFT будет уменьшена по амплитуде и размазана. Чтобы уменьшить спектральную утечку, данные временного ряда можно умножить на функцию окна, которая сводит данные к нулю на обоих концах набора данных. Лучшее окно для использования зависит от приложения. Например, Flat top будет использоваться, если вам нужно хорошее разрешение по амплитуде, в то время как прямоугольное окно (отсутствует) даст наилучшее разрешение по частоте.
Окно Тьюки состоит из прямоугольной центральной секции с косинусным сужением по краям. У него есть параметр α, который изменяется от 0 до 1, что соответствует доле окна, которая сужается. При α=0 оно становится прямоугольным окном, а при α=1 оно становится окном Ханнинга. В приложении анализатора спектра можно выбрать α равным 0,1, 0,2, 0,5 или 0,8.

Weighting Взвешивание

Человеческий слух находится в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. Воспринимаемая громкость звука варьируется в этом диапазоне, при этом звуки на краях этого диапазона воспринимаются тише. Чтобы учесть человеческий слух, звук часто взвешивается на основе его частоты, чтобы дать лучшее представление об уровне звука. Кривые взвешивания A и C определены в IEC 61672:2003, причем взвешивание A является наиболее часто используемым. На следующем графике показано, как три варианта взвешивания, доступные в приложении, применяются в диапазоне частот 20–20 кГц.

Octave Bands Октавные полосы

Основную трассу можно отобразить в виде октавных полос и включить или выключить, нажав кнопку между кнопками паузы и информации. Это позволит переключаться между трассой, октавными полосами и комбинированными режимами. Каждую октаву можно разделить на 1, 2, 3, 6, 9 или 12 полос, как выбрано в меню параметров. Полосы отображаются только в том случае, если ширина частоты этой полосы составляет не менее 2 точек данных. Изменение размера и диапазона БПФ повлияет на количество отображаемых полос. Центральная частота полос основана на 1 кГц, являющемся центром одной из полос.

Axis Options Параметры осей

Оси X и Y можно настроить на автоматическое автоматическое масштабирование, выбрав Параметры > Автомасштабирование > ...
Если автомасштабирование не установлено или приостанавливается, трассировку можно подогнать под экран, нажав кнопку подгонки. График можно масштабировать или панорамировать, сжимая или перетаскивая график.

Ось X показывает частоту и может быть установлена ​​как линейная или логарифмическая шкала. Ось Y может показывать децибелы, амплитуду или интенсивность. Амплитуда и интенсивность могут быть показаны как в линейной, так и в логарифмической шкале.

Входное напряжение микрофона приблизительно пропорционально звуковому давлению. Мощность или интенсивность звука пропорциональны квадрату звукового давления. Децибелы — это логарифмический способ представления интенсивности звука относительно опорного значения. Для этого приложения опорным значением является дБ, соответствующий насыщению микрофона.

Для опции пользовательской оси Y нажатие настройки вызовет другое поле, в котором можно дать единице имя и ввести значение полной шкалы. Входная единица — это измеренные данные микрофона во временной области. Значение полной шкалы — это изменение новых единиц при переходе от нуля к полной шкале. У БПФ та же единица оси Y, но данные отображаются в частотной области.

Averaging Усреднение

Усреднение можно включить или выключить, выбрав «Параметры» > «Усреднение». При усреднении приложение отобразит усредненную трассу желтым цветом. Пик этой усредненной трассы также отображается на дисплее под графиком. Чтобы сбросить усреднение, нажмите кнопку «ноль» или перейдите в «Параметры» > «Усреднение» > «Сброс».

Max and Min Макс. и мин.

Выбрав «Параметры» > «Макс. и мин.», можно отобразить трассы для максимальных и минимальных значений, записанных на каждой частоте. Максимальное значение из максимальной трассы будет показано на дисплее под графиком. Чтобы сбросить максимальные и минимальные трассы, нажмите кнопку «ноль» или перейдите в «Параметры» > «Макс. и мин.» > «Сброс».

Interval Интервал

Эта опция позволяет вам установить интервал обновления FFT на 1 секунду, 500 мс, 250 мс или максимально возможный. Фактическая частота обновления FFT будет зависеть от скорости устройства. При использовании большого размера FFT и/или малого диапазона длина используемых данных может быть больше интервала обновления (до 7,43 с для размера FFT 16384 и диапазона 1,1 кГц).

Cursor Курсор

Чтобы включить курсор, перейдите в Параметры > Курсор. Курсор можно установить как свободный или привязанный к пику. В режиме привязки к пику курсор будет привязан к любым близлежащим пикам, а частота и амплитуда этого пика будут показаны под графиком. В свободном режиме курсор останется на частоте, которую вы ему установили. Чтобы переместить курсор, просто перетащите его в нужное место.

Saving Data Сохранение данных

Данные спектра можно сохранить в виде файла данных Comma Separated Values ​​(CSV). Файлы сохраняются в корневом каталоге с последовательной нумерацией. Первый столбец — частота (в Гц). Остальные столбцы — для текущей трассы, а затем, если используются, усредненные, максимальные и минимальные трассы. Значения указаны в выбранных в данный момент единицах измерения оси Y. Ниже данных БПФ приведены необработанные данные временного ряда для текущего БПФ со столбцами времени (с), необработанные данные (знаковое 16-битное целое число) и, если используется оконная функция, данные после применения оконной функции. Ниже данных временного ряда приведены значения для каждой из октавных полос. Пример файла данных:



Store / Recall Setup Сохранить/Вызвать настройку

В меню «Сохранить» есть возможность сохранить или вызвать текущую настройку в один из 5 слотов памяти. Настройки масштабирования, усреднения, размера БПФ, окна БПФ, ... сохраняются/извлекаются. При вызове предыдущей настройки любые усреднения или минимальные и максимальные трассы будут перезапущены, так же как поворот устройства между портретной и альбомной ориентацией также приведет к их перезапуску.

[КРАМ]

[uquote="linkov1959",url="/forum/viewtopic.php?p=4661374#p4661374"]по рельсовым цепям гуляют посторонние частоты, а рабочие частоты гуляют от режимов работы цепей.[/uquote]И что?

Кто бы сомневался, что там есть помехи?
Задача разработки устройства детектирующего целевой сигнал состоит в правильном выборе полос пропускания фильтров. И тогда никакие помехи не попадут в полезный сигнал.
Причем тут анализатор спектра и БПФ?

В седьмой раз предлагаю определить частоты подлежащие детектированию.

[jcxz]

[uquote="linkov1959",url="/forum/viewtopic.php?p=4661254#p4661254"]После того, как освоил привязываемый к пикам курсор, который позволяет считывать данные с нескольких гармоник, мой проект временно приостанавливается.
Попробую включить изучение этой программы в учебный курс механиков СЦБ. Мне и близко не подойти до информативности этой программы. Сегодня уже испытал входной делитель для смартфона.[/uquote]Да уж... Петросян отдыхает...
Смартфон на рельсовых цепях с приколхоженным делителем на МЛТ - любой вражеский аспирант гарантированно будет под столом.

[uquote="linkov1959",url="/forum/viewtopic.php?p=4661374#p4661374"]но тут выяснилось, что по рельсовым цепям гуляют посторонние[/uquote]Вахтёра нужно посадить на вход. Чтоб не пущал посторонних! Тем паче - посторонних аспирантов! Чтоб не шлялись по рельсам где попало.