Анализатор спектра звука (сигналов)
Источник: http://blms.ru/signalcalc-ace
Компьютер – осциллограф, генератор, анализатор спектра
SoundCard Oszilloscope – программа превращающая компьютер в двухканальный осциллограф, двухканальный генератор низкой частоты и анализатор спектра
Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Каждый радиолюбитель знает, что для создания более-менее сложных радиолюбительских устройств необходимо иметь в своем распоряжение не только мультиметр.
Сегодня в наших магазинах можно купить практически любой прибор, но – есть одно “но” – стоимость приличного качества любого прибора не менее нескольких десятков тысяч наших рублей, и не секрет, что для большинства россиян это значительные деньги, а посему эти приборы недоступны вовсе, или радиолюбитель покупает приборы давно находящиеся в употреблении.
Сегодня на сайте Радиолюбитель, мы попробуем оснастить лабораторию радиолюбителя бесплатными виртуальными приборами – цифровой двухканальный осциллограф, двухканальный генератор звуковой частоты, анализатор спектра. Единственный недостаток этих приборов – все они работают только в полосе частот от 1 Гц до 20000 Гц. На сайте уже давалось описание похожей радиолюбительской программы: “Digital Oscilloscope“ – программа превращающая домашний компьютер в осциллограф.
Сегодня я хочу предложить вашему вниманию очередную программу – “SoundCard Oszilloscope“. Меня эта программа привлекла неплохими характеристиками, продуманным дизайном, простотой изучения и работы в ней. Данная программа на английском, русского перевода нет. Но я не считаю это недостатком. Во-первых – разобраться как работать в программе очень легко, вы сами это увидите, во-вторых – когда нибудь вы обзаведетесь хорошими приборами (а у них все обозначения на английском, хотя сами китайские) и сразу и легко освоитесь с ними.
Программа разработана C. Zeitnitz и является бесплатной, но только для частного использования.
Лицензия на программу стоит около 1500 рублей, и есть еще так называемая “частная лицензия” – стоимостью около 400 рублей, но это скорее пожертвование автору на дальнейшее совершенствование программы.
Мы, естественно, будем пользоваться бесплатной версией программы, которая отличается только тем, что при ее запуске каждый раз появляется окошко с предложением купить лицензию.
Скачать программу (последняя версия на декабрь 2012 года):
Компьютер – осциллограф, генератор, анализатор спектра (28.1 MiB, 47,328 hits)
Для начала давайте разберемся с “понятиями”:
Осциллограф – прибор предназначенный для исследования, наблюдения, измерения амплитудных и временных интервалов.
Осциллографы классифицируются:
♦ по назначению и способу вывода информации: – осциллографы с периодической разверткой для наблюдения сигналов на экране (на Западе их называют oscilloscop) – осциллографы с непрерывной разверткой для регистрации кривой сигнала на фотоленте (на Западе называются oscillograph)
♦ по способу обработки входного сигнала:
– аналоговый
– цифровой
Программа работает в среде не ниже W2000 и включает в себя:
– двухканальный осциллограф с частотой пропускания (зависит от звуковой карты) не менее чем от 20 до 20000 Гц;
– двухканальный генератор сигналов ( с аналогичной генерируемой частотой);
– анализатор спектра
– а также имеется возможность записи звукового сигнала для его последующего изучения
Каждая из этих программ имеет дополнительные возможности, которые мы рассмотрим в ходе их изучения.
Начнем мы с генератора сигналов (Signalgenerator):
Генератор сигналов, как я уже говорил, – двухканальный – Channel 1 и Channel 2.
Рассмотрим назначение его основных переключателей и окошек:
1 – кнопки включения генераторов;
2 – окно установки формы выходного сигнала:
sine – синусоидальный
triangle – треугольный
square – прямоугольный
sawtooth – пилообразный
white noise – белый шум
3 – регуляторы амплитуды выходного сигнала (максимальная – 1 вольт);
4 – регуляторы установки частоты (нужную частоту можно установить вручную в окошках под регуляторами). Хотя на регуляторах максимальная частота – 10 кГц, но в нижних окошках можно прописать любую допускаемую частоту (зависит от звуковой карты);
5 – окошки для выставления частоты вручную;
6 – включение режима “Sweep – генератор”. В этом режиме выходная частота генератора периодически изменяется от минимального значения установленного в окошках “5” до максимального значения установленного в окошках “Fend” в течение времени, установленного в окошках “Time”. Этот режим можно включить или для любого одного канала или сразу для двух каналов;
7 – окна для выставления конечной частоты и времени Sweep режима;
8 – программное подключение выхода канала генератора к первому или второму входному каналу осциллографа;
9 – установка разности фаз между сигналами с первого и второго каналов генератора.
10 – установка скважности сигнала (действует только для прямоугольного сигнала).
Теперь давайте рассмотрим сам осциллограф:
1 – Amplitude – регулировка чувствительности канала вертикального отклонения
2 – Sync – позволяет (установив или сняв галочку) производить раздельную, или одновременную регулировку двух каналов по амплитуде сигналов
3, 4 – позволяет разнести сигналы по высоте экрана для их индивидуального наблюдения
5 – установка времени развертки (от 1 миллисекунды до 10 секунд, при этом в 1 секунде – 1000 миллисекунд)
6 – запуск/остановка работы осциллографа. При остановке на экране сохраняется текущее состояние сигналов, а также появляется копка Save (16) позволяющая сохранить текущее состояние на компьютере в виде 3-х файлов (текстовые данные исследуемого сигнала, черно-белое изображение и цветное изображение картинки с экрана осциллографа в момент остановки)
7 – Trigger – программное устройство, которое задерживает запуск развертки до тех пор, пока не будут выполнены некоторые условия и служит для получения стабильного изображения на экране осциллографа. Имеется 4 режима:
– включение/выключение. При выключенном триггере, изображение на экране будет выглядеть “бегущим” или даже “размазанным”.
– автоматический режим. Программа сама выбирает режим (нормальный или одиночный).
– нормальный режим. В этом режиме осуществляется непрерывная развертка исследуемого сигнала.
– одиночный режим. В этом режиме осуществляется одноразовая развертка сигнала ( с промежутком времени, установленным регулятором Time).
8 – выбор активного канала
9 – Edge – тип запуска сигнала:
– rising – по фронту исследуемого сигнала
– falling – по спаду исследуемого сигнала
10 – Auto Set – автоматическая установка времени развертки, чувствительности канала вертикального отклонения Amplitude, а так-же изображение выгоняется в центр экрана.
11 – Channel Mode – определяет как будут выводится сигналы на экран осциллографа:
– single – раздельный вывод двух сигналов на экран
– СН1 + СН2 – вывод суммы двух сигналов
– СН1 – СН2 – вывод разницы двух сигналов
– СН1 * СН2 – вывод произведения двух сигналов
12 и 13 – выбор отображения на экране каналов (или любой из двух, или два сразу, рядом изображается величина Amplitude)
14 – вывод осциллограммы канала 1
15 – вывод осциллограммы канала 2
16 – уже проходили – запись сигнала на компьютер в режиме остановки осциллографа
17 – шкала времени ( у нас регулятор Time стоит в положении 10 миллисекунд, поэтому шкала отображается от 0 до 10 миллисекунд)
18 – Status – показывает текущее состояние триггера а также позволяет выводить на экран следующие данные:
– HZ and Volts – вывод на экран текущей частоты напряжения исследуемого сигнала
– cursor – включение вертикальных и горизонтальных курсоров для измерения параметров исследуемого сигнала
– log to Fille – посекундная запись параметров исследуемого сигнала.
Производство измерений на осциллографе
Для начала давайте настроим генератор сигналов:
1. Включаем канал 1 и канал 2 (загораются зеленные треугольники) 2. Устанавливаем выходные сигналы – синусоидальный и прямоугольный 3. Устанавливаем амплитуду выходных сигналов равную 0,5 (генератор генерирует сигналы с максимальной амплитудой 1 вольт, и 0,5 будет означать амплитуду сигналов равную 0,5 вольта) 4. Устанавливаем частоты в 50 Герц
5. Переходим в режим осциллографа
Измерение амплитуды сигналов:
1. Кнопкой под надписью Measure выбираем режим HZ and Volts, ставим галочки у надписей Frequency и Voltage.
При этом у нас сверху появляются текущие частоты для каждого из двух сигналов (почти 50 герц), амплитуда полного сигнала Vp-p и эффективное напряжение сигналов Veff.
2.
Кнопкой под надписью Measure выбираем режим Cursors и ставим галочку у надписи Voltage.
При этом у нас появляются две горизонтальные линии, а внизу надписи, показывающие амплитуду положительной и отрицательной составляющей сигнала (А), а также общий размах амплитуды сигнала (dA).
3. Выставляем горизонтальные линии в нужном нам положении относительно сигнала, на экране мы получим данные по их амплитуде:
Измерение временных интервалов:
Проделываем те-же операции, что и для измерения амплитуду сигналов, за исключением – в режиме Cursors галочку ставим у надписи Time. В результате вместо горизонтальных мы получим две вертикальные линии, а внизу будет высвечиваться временной интервал между двумя вертикальными линиями и текущая частота сигнала в этом временном интервале:
Определение частоты и амплитуды сигнала
В нашем случае специально высчитывать частоту и амплитуду сигнала нет необходимости – все отображается на экране осциллографа. Но если вам придется воспользоваться первый раз в жизни аналоговым осциллографом и вы не знаете как определить частоту и амплитуду сигнала мы в учебных целях рассмотрим и этот вопрос.
Установки генератора оставляем как и были, за исключением – амплитуду сигналов устанавливаем 1,0, а установки осциллографа выставляем как на картинке:
Регулятор амплитуды сигнала выставляем на 100 милливольт, регулятор времени развертки на 50 миллисекунд, и получаем картинку на экране как сверху.
Принцип определения амплитуды сигнала:
Регулятор Amplitude у нас стоит в положении 100 милливольт, а это означает, что цена деления сетки на экране осциллографа по вертикали составляет 100 милливольт.
Считаем количество делений от нижней части сигнала до верхней (у нас получается 10 делений) и умножаем на цену одного деления – 10*100= 1000 милливольт= 1 вольт, что означает, что амплитуда сигнала у нас от верхней точки до нижней составляет 1 вольт.
Точно так-же можно измерить амплитуду сигнала на любом участке осциллограммы.
Определение временных характеристик сигнала:
Регулятор Time у нас стоит в положении 50 миллисекунд.
Количество делений шкалы осциллографа по горизонтали равно 10 (в данном случае у нас на экране помещается 10 делений), делим 50 на 10 и получаем 5, это значит что цена одного деления будет равна 5 миллисекундам.
Выбираем нужный нам участок осциллограммы сигнала и считаем в какое количество делений он умещается ( в нашем случаем – 4 деления). Умножаем цену 1 деления на количество делений 5*4=20 и определяем что период сигнала на исследуемом участке составляет 20 миллисекунд.
Определение частоты сигнала.
Частота исследуемого сигнала определяется по обычной формуле. Нам известно, что один период нашего сигнала равен 20 миллисекунд, остается узнать сколько периодов будет в одной секунде- 1 секунда/20 миллисекунд= 1000/20= 50 Герц.
Анализатор спектра
Анализатор спектра – прибор для наблюдения и измерения относительного распределения энергии электрических (электромагнитных) колебаний в полосе частот.
Низкочастотный анализатор спектра (как в нашем случае) предназначен для работы в диапазоне звуковых частот и используется, к примеру, для определения АЧХ различных устройств, при исследовании характеристик шума, настройки различной радиоаппаратуры.
Конкретно, мы можем определить амплитудно-частотную характеристику собираемого усилителя звуковой частоты, настроить различные фильтры и т.д.
Ничего сложного в работе с анализатором спектра нет, ниже я приведу назначение основных его настроек, а вы сами, уже опытным путем легко разберетесь как с ним работать.
Вот так выглядит анализатор спектра в нашей программе:
Что здесь – что:
1. Вид отображения шкалы анализатора по вертикали
2. Выбор отображаемых каналов с генератора часто и вида отбражения
3. Рабочая часть анализатора
4. Кнопка записи текущего состояния осциллограммы при остановке
5. Режим увеличения рабочего поля
6.
Переключение горизонтальной шкалы (шкалы частоты) из линейного в логарифмический вид
7. Текущая частота сигнала при работе генератора в свип-режиме
8. Текущая частота в позиции курсора
9. Указатель коэффициента гармоник сигнала
10.
Установка фильтра для сигналов по частоте
Просмотр фигур Лиссажу
Фигуры Лиссажу – замкнутые траектории, прочерчиваемые точкой, совершающей одновременно два гармонических колебаниях в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Вид фигур зависит от соотношения между периодами (частотами), фазами и амплитудами обоих колебаний.
Если подать на входы «X» и «Y» осциллографа сигналы близких частот, то на экране можно увидеть фигуры Лиссажу. Этот метод широко используется для сравнения частот двух источников сигналов и для подстройки одного источника под частоту другого.
Когда частоты близки, но не равны друг другу, фигура на экране вращается, причем период цикла вращения является величиной, обратной разности частот, например, период оборота равен 2 с — разница в частотах сигналов равна 0,5 Гц.
При равенстве частот фигура застывает неподвижно, в любой фазе, однако на практике, за счет кратковременных нестабильностей сигналов, фигура на экране осциллографа обычно чуть-чуть подрагивает.
Использовать для сравнения можно не только одинаковые частоты, но и находящиеся в кратном отношении, например, если образцовый источник может выдавать частоту только 5 МГц, а настраиваемый источник — 2,5 МГц.
Я не уверен, что эта функция программы вам пригодится, но если вдруг потребуется, то я думаю, что вам легко удастся разобраться в этой функции самостоятельно.
Функция записи звукового сигнала
Я уже говорил, что программа позволяет записать какой-либо звуковой сигнал на компьютере с целью его дальнейшего изучения. Функция записи сигнала не представляет сложностей и вы легко разберетесь как это делать:
Вид файлов, сохраняемый программой на компьютере в режиме остановки и записи текущей осциллограммы:
Советуем прочитать:
Подключение устройств к виртуальному осциллографу и генератору через звуковую карту
Программа “Компьютер-осциллограф”
Источник: http://radio-stv.ru/radio_tehnologii/izuchenie-radio-programm/kompyuter-ostsillograf-generator
Осцилограф, анализатор спектра, звуковой измеритель и генератор в одной программе Wavetools | Мастер Винтик. Всё своими руками!
Эта программа имитирует двухканальный запоминающий осциллограф.
Следующие элементы управления доступны:
Позволяет регулировать усиление Оси Y в шагах на 10 дБ. В 0 дБ, на экране, показывает полномасштабный звуковой вход.
Режимы:
- Только Левый канал;
- Только Правый Канал;
- Двойной левый и правый;
- Левый минус Правый;
- Левый плюс Правый…
Копирование данных.
В настоящее время показываемые данные могут быть скопированы в Windows.
Анализатор
Эта программа моделирует узкополосный анализатор спектра. Показывает уровень (Ось Y) и частоту (Ось X) со следующими средствами управления:
Частота Макс Выбирает самую высокую показанную частоту: 5, 10 или 20 кГц, соответствующих типовым показателям 11025, 22050 или 44100 Гц.
Частота Exp/Lin
Выбирает линейный или логарифмический масштаб частоты,
Лин полезна для рассмотрения гармоники, Регистрация ближе к тому, как человеческое слушание интерпретирует масштаб частоты.
Уровень Max
Измеряет Ось Y в шагах на 10 дБ относительно входа полного масштаба.
Уровень dB/Lin
Выбирает линейный или логарифмический (dB) масштаб уровня. Лин полезна для рассмотрения сигналов, поскольку пики обнаруживаются ясно. dB полезен для создания измерений, особенно сигналов широкого диапазона или низкого уровня.
Время Exp/Lin
Линейное время, составляя в среднем вычисляет среднюю амплитуду за группу по спектрам N, затем останавливается.
Дисплей
Показывает:
Спектр как единственную линию, вертикальные бары или барные схемы.
Уровень входного сигнала, пиковый уровень и уровень маркера показаны рядом с кнопкой Run/Stop.
Копирование данных
Нажатие на Copy в меню Edit скопирует текущие частоты группы и уровни к разграниченному счетом списку.
Аудиометр
Эта программа дает следующие показания с входов звуковой карты: Пиковые значения стерео: от 0 до -18dB. Пиковые значения стерео: от 0 до -96dB. RMS (средние значения) стерео: от 0 до -96dB. Phase Correlation meter: От 0 до 180 Vectorscope: мгновенный захват уровня
Peak Hold: высший уровень.
Генератор сигнала
Источник: http://www.MasterVintik.ru/oscilograf-analizator-spektra-zvukovoj-izmeritel-i-generator-v-odnoj-programme-wavetools/
Анализ качества музыкального материала с использованием программных средств
Дата обновления: 16 Августа 2012
Copyright © 2017, Taras Kovrijenko
Полное или частичное копирование текста допускается только с письменного разрешения автора.
Пролог
Хоть интернет полнится различного рода инструкциями по проверке честности lossless аудио, проверке на апконверт и т. п., я решил написать на этот счет свою инструкцию, подойдя к рассмотрению вопроса с должной основательностью и расстановкой.
Итак, перейдем непосредственно к делу.
Что будем мерить
Сперва хочу предупредить: невозможно, полагаясь лишь на программные средства (анализаторы и т.п.), с абсолютной уверенностью судить о превосходстве качества одной версии трека над другой.
Имеются ввиду, например, различные раздачи на торренте, отличающиеся как источником, так и способом, которым они были закодированы.
Ни одна программа не даст Вам полного понятия о звучании трека.
О чем же в данном случае можно судить? Во-первых — о частотном диапазоне анализируемого сигнала (это единственное, что можно определить точно), о его спектральном составе, ну и, как следствие (уже с той или иной вероятностью):
1. Если это lossless трек: был ли он получен из lossless источника, или же ранее был закодирован с использованием одного из lossy алгоритмов. Имеются ввиду алгоритмы, использующие психоакустическое сжатие. Сжатие с динамическим понижением разрядности (lossy WavPack, lossyWAV) скорей всего выявить не удастся, возможно, только на слух, по фоновым шумам.
2. Если это lossy: соответствует ли материал текущему своему виду, т.е., опять же, был ли источником кодирования lossless сигнал, или это апконверт. Апконвертом является любое преобразование с повышением битрейта. Например, перекодирование MP3 128 кбит/с в 320 кбит/с.
Однако, осознанное перекодирование качественного AAC, OGG или MPC 200-256 кбит/с в MP3 320 кбит/с (для лучшей совместимости с устройствами воспроизведения) — случай довольно спорный, и при отсутствии других исходников даже не осуждается.
Но, конечно же, при создании раздачи подобного материала, источник надо обязательно указывать.
Кроме того, для lossy (и в особенности, для LAME MP3) можно с той или иной степенью достоверности определить параметры кодирования. А определив например такой параметр, как частота срез НЧ фильтра, и сравнив его с актуальным частотным диапазоном записи, можно в некоторых случаях выявить тот самый апконверт.
Что будем использовать
1. foobar2000 — для декодирования, воспроизведения и просмотра технических характеристик музыкальных файлов. Дополнения к foobar2000: fooCDTect (оболочка к auCDTect — проверка lossless на предмет апконверта), AuSpec (удобный просмотр спектрограммы нажатием одной кнопки), MP3 Packer — просмотр специфических параметров MP3.
Примечание: дабы не устанавливать дополнительно горы декодеров и дополнений, рекомендую сразу скачать мою сборку. Альтернативы foobar2000 и дополнениям не советую, т.к. по возможностям они значительно уступают.
2. EncSpot Professional — с его помощью мы будем просматривать технические характеристики MP3 файлов.
3. Adobe Audition 2 — для просмотра спектрограмм с удобным масштабированием.
Собственно, сам процесс
Lossy
И так, возьмем в качестве примера закодированный мной Pink Floyd — Time (Pink Floyd — The Dark Side Of The Moon (AAD, Capitol CDP 7 46001 2)). Загрузим его в foobar2000 и поставим на воспроизведение:
Вверху мы видим примерную форму огибающей громкости (которая совмещена с полосой прокрутки), над ней VU Meter (аналог пикметра, но с некоторым усреднением по времени), внизу расположены остальные анализаторы:
Осциллограмма — волновая форма проигрываемого в данный момент отрезка записи.
Спектральная диаграмма (Spectrum Analyser), показывающая распределение мощности среди спектральных составляющих в данный момент времени,
пикметр, показывающий текущий уровень семпла (точнее, модуль его отклонения от нулевого положения)
Спектрограмма — аналог спектральной диаграммы, но с третей осью (время). Т.е., если мысленно выстроить спектральные диаграммы одну за одной, и глянуть на них сверху, получим спектрограмму («высота столбцов» задается яркостью цвета). Проще говоря, по горизонтали у нас время, по вертикали — линейно частота от 0 до 22 кГц, яркость — мощность спектральной составляющей.
Что мы сейчас видим на анализаторах: – довольно высокий уровень записи (мы находимся на относительно громком участке) показывает нам пикметр -как видно из огибающей громкости, динамический диапазон (диапазон, в котором меняется громкость фрагментов) трека довольно велик — это хорошо (для более-менее качественного оборудования). — судя по спектральной диаграмме: наличие спектральных составляющих примерно до 20 кГц включительно, высокий уровень наиболее слышимого диапазона ВЧ (~11-16 кГц), что обычно говорит о значительной «звонкости» материала (это конечно же зависит от качества самой студийной записи и её (ре)мастеринга).
— спектрограмма подтверждает вышесказанное, но для более тщательного анализа спектра надо воспользоваться дополнительными утилитами
Теперь посмотрим на вкладку Info (справа). foobar2000 говорит нам о том, что запись имеет два канала, частоту дискретизации 44100 Гц и битрейт потока 320 кбит/с (реальный битрейт файла может немного отличаться, здесь он — 319 кбит/с).
Насчет частоты: запомните, что весь музыкальный материал, выпускаемый на Audio CD, имеет частоту дискретизации 44.1 кГц, а потому музыка, имеющая семплрейт 48 кГц — это весьма подозрительно (т.к. неизвестно, каким алгоритмом и с каким качеством мог быть выполнен ресемплинг).
Далее написано, что трек был закодирован релизной версией кодера LAME 3.99 (на момент написания статьи это последняя версия). Более точное указание версии (например, 3.99.
5) стандартом LAME Tag, к сожалению, не предусмотрено, однако есть один способ: надо открыть MP3 файл в текстовом редакторе и в поиске прописать «LAME» — у последней версии LAME (возможно, и в других недавних версиях) в закодированных данных периодически прописана версия — «LAME3.99.5».
А сейчас выделим трек и нажмем кнопочку RG (вверху, на панели плеера). После анализа нажмем кнопку Update File Tags. Теперь у нас появится дополнительная графа ReplayGain, где нас интересует значение Track Peak — уровень пикового семпла записи. В данном случае оно составляет 1.
018077, что для MP3 (и lossy в целом) вполне нормально и не требует каких-либо действий направленных ан предотвращение клиппинга. Вообще, значения до 1.10 включительно (перегрузка до +1 dBFS) можно считать допустимыми.
Подробнее о ReplayGain и громкости читайте в моей статье О понятии громкости в цифровом представлении звука и о методах её повышения
Постепенно переходим к тяжелой артиллерии. Открываем папку с треком в программе EncSpot и в контекстном меню файла жмем Lame Header. Видим следующее:
Полное описание информации отображаемой EncSpot можно почитать в отдельной статье. Здесь мы видим, опять же, что использовался кодер LAME 3.99, был применен НЧ фильтр на частоте 20.5 кГц.
Качество алгоритма кодирования использовалось максимальное (Quality кратно 10), источник имел частоту дискретизации 44.1 кГц. Возвращаясь к теме частоты семплирования — очень важно, чтобы частота источника (точнее, частота потока поступившего на вход кодера) и MP3 файла совпадала.
Если это не так, то был использован встроенный в LAME ресемплер, а он качеством не отличается.
Отдельно хочу сказать о параметрах Join Stereo mode и Safe Joint — для музыки сочетание этих параметров наиболее предпочтительно (JS без режима Safe допустимо только при низких битрейтах).
Идем дальше, открываем в контекстном меню файла Details.
Все фреймы конечно же имеют битрейт 320 кбит/с.
Здесь видно, что запись имеет широкую стереопанораму, различия между каналами довольно велики, а потому большинство фреймов закодированы в режиме Simple Stereo. Большинство блоков имеют тип Long, что говорит об относительно простой форме сигнала (малое количество транзиентов).
Тут стоит обратить внимание на резервуар бит — для MP3 CBR 320 он должен активно использоваться. Также хорошо, если стоят отметки Scalefac_scale и Scfsi.
А теперь можно перейти к более детальному анализу спектра. Жмем правой кнопкой на треке->Run Srviice->Open As… и открываем его через Adobe Audition 2:
Развернем окно на весь экран и уменьшим масштаб колесиком мышки:
Перед Вами просто таки характернейший для MP3 спектр: частотный диапазон составляет ~20 кГц, при этом спектральная плотность, начиная с 16 кГц резко падает.
Это обусловлено особенностями психоакустической модели используемой в MP3 — она просто таки нещадно вырезает большинство слабых гармоник с частотой выше 16 кГц.
Таким образом MP3 (даже с высоким битрейтом) очень легко узнать по спектру: если на записи есть фоновые шумы, выше 16 кГц они вырезаются, и на этом уровне образуется такая себе полка. Хотя, при достаточно высоком уровне ВЧ (обычно в электронной музыке), они могут в большинстве своём и сохранится.
Давайте рассмотрим спектры еще для нескольких кодеков-битрейтов.
LAME 3.99.5, VBR V2:
Здесь видно еще более жесткое обращение с ВЧ (хотя на слух это обычно неотличимо).
LAME 3.99.5, CBR 128 kbps (-q 0):
При 128 кбит/с частоты выше 16 кГц практически всегда отсутствуют, а НЧ фильтр установлен на 17000 Гц (ширина фильтра по умолчанию — 5%, так что спад начинается с 16.15 кГц). Вдобавок здесь спектр явно прорежен уже даже в районе 8 кГц, а то и ниже, в итоге спектрограмма начинает чем-то походить на решето.
Fraunhofer MP3 Encoder, CBR 320 kbps (highest, join stereo):
Как видите, битрейт 320, а по спектру скорее похож на VBR V2 (~200 кбит/с). Кстати, это тот случай, когда результаты для спектрограммы совпадают с результатами прослушивания — качество кодера FhG заметно хуже LAME (за исключением CBR 128 кбит/с — здесь результаты прослушивания весьма спорные).
Как я уже говорил, сравнивая значение Lowpass Filter из EncSpot с фактической шириной спектра материала, можно судить о «честности» данного рипа (не апконверт). Тут же приведу соответствие популярных пресетов и стандартных частот среза для последней версии LAME:
CBR 320 — 20500 Гц CBR 256 — 19700 Гц CBR 192 — 18600 Гц CBR 160 — 17500 Гц CBR 128 — 17000 Гц VBR V0 — 22100 Гц
VBR V2 — 18500 Гц
Если ширина спектрального диапазона не соответствует данному значению, это может говорить об апконверте. Однако, здесь довольно много «но» — ширина зависит от версии кодера, настроек (есть настройка, меняющая значение предельной частоты), самого материала в конце концов.
И последний штрих — конечно же MP3 Packer. Эта программка покажет нам, насколько эффективно сжат MP3 файл (чисто математически). Кликаем по треку правой кнопкой, выбираем Run service->MP3 Info. Видим окно:
Тут нас прежде всего интересует пункт Minimum bitrate possible — он показывает нам, какого битрейта можно достичь при перепаковке фреймов данного CBR файла в VBR фреймы (без потерь качества). Сравнив это значение с актуальным битрейтом, можно судить об эффективности сжатия. Это расхождение обычно связано с нерациональным использованием резервуара бит старыми версиями LAME.
Приемлемыми можно считать отклонения до 10 кбит/с включительно (310 кбит/с для актуальных 320 кбит/с), если расхождения больше — это косвенно может говорить о низком качестве кодирования. Также обратите внимание на значение Largest frame uses (kbps) — оно указывает пиковый битрейт для трека с учетом битов из резервуара.
Большое значение (>400) говорит об эффективном использовании резервуара и сложности отдельных фрагментов трека.
Теперь, что касается современных кодеров (AAC, OGG Vorbis, Musepack).
Они обладают более гибкими алгоритмами и не имеют такой статичной полки на 16 кГц, как MP3 (она у них динамически перемещается, в зависимости от целевого битрейта/качества), а на высоких битрейтах (>300 кбит/с) могут быть на глаз (не говоря уже о «на слух») неотличимы от lossless (если конечно не сравнивать непосредственно со спектром источника).
Так что здесь ситуация посложнее, особенно если взять такой продвинутый формат как Musepack (MPC) — он работает по несколько другому принципу, чем MP3, AAC и Vorbis. Это сказывается как на спектральном отображении, так и на звучании. Например, тот же фрагмент, MPC q 6 (~210 кбит/с):
Преимущество перед LAME MP3 VBR V2 — очевидное, и, к тому же, ощутимое на слух. Сохранены практически все составляющие до 18 кГц (этого диапазона обычно бывает достаточно даже людей с «идеальным» слухом), а пики достигают и 20. К тому же этот кодер практически не страдает от пре-эхо — главной проблемы психоакустического lossy кодирования.
А теперь взглянем на спектры AAC и OGG Vorbis.
QuickTime AAC True VBR 127 (~350 кбит/с):
OGG Vorbis -q9 (~350 кбит/с):
А теперь, для сравнения, спектр оригинала:
Как видите, оба кодека охраняют весь частотный диапазон, а QAAC даже практически не урезает спектр фоновых шумов. Согласитесь: довольно трудно догадаться, что спектр QAAC принадлежит lossy источнику. А если бы на записи еще не было фоновых шумов — это не смог сделать никто (даже специальная программа). Впрочем, и на слух этот метод кодирования остается (по крайней мере, для меня) лучшим.
Касаемо определения параметров кодирования AAC, OGG и MPC — здесь инструментарий довольно скромный. Практически всю доступную информацию можно найти на вкладке Properties в foobar2000.
Lossless
О спектрах мы уже говорили, с характерными особенностями спектра MP3 (и других кодеров) Вы уже знакомы, а потому, обнаружив их в спектре lossless трека, уже сможете сделать соответствующие выводы. Но, что касается спектра апконвертов — один очень важный момент.
Большинство lossless кодеров не принимают на вход PCM с плавающей точкой, а если источником является lossy, в нем с большой вероятностью присутствуют фрагменты с уровнем выходящим за 0 dBFS.
После преобразования в фиксированную точку, так как «умникам», клепающим lossless из MP3, лимитирование сделать мозгов не хватает, мы получаем срезы, а прямоугольные срезы содержат полный спектр частот.
В итоге на спектрограмме полученного трека мы будем видеть вертикальные полосы, простирающиеся аж до 22.05 кГц (при чем сама запись обычно уложена в диапазон до 20 кГц). Вот пример такого безобразия:
Завидев это дело, можете смело расстреливать автора раздачи из реактивного гранатомета.
Ну а теперь можно смело перейти к автоматическому анализу.
Здесь всё просто: выделяете lossless треки, нажимаете третью с конца кнопку на панели моего foobar2000 и через несколько минут видите что-нибудь эдакое:
Я специально выделил кроме lossless (TAK) еще и закодированные ранее (для получения спектрограмм выше) lossy треки — чтобы показать, насколько хорошо программа обнаруживает lossy кодирование.
«95% MPEG» можно интерпретировать как «скорее всего, имело место lossy кодирование». «CDDA 100%» — означает, что материал с очень большой вероятностью (конечно не 100 %, но 99 уж точно) не был подвергнут lossy кодированию.
Обмануть эту программу удается только Musepack на высоком битрейте (и то редко) или lossyWAV.
Честно говоря, программа при анализе фактически руководствуется теми же критериями, что и мы при рассмотрении спектрограммы — поиск резкого спада плотности спектра, той самой «полки» — а потому, её выводы практически всегда совпадают с заключением человека с наметанным глазом, сделанным по спектрограмме.
Целостность
Также очень важно проверять треки на наличие ошибок. Для этого выделите их в foobar2000, нажмите на выделенном правую кнопку мыши и выберите из раскрывшегося списка Utils->Verify Integrity. При наличии ошибок в файлах формата MP3 foobar2000 может их исправить. Если Вы увидите ошибку вроде «Reported length is inaccurate…
», выделите треки для которых отобразилась данная ошибка, нажмите правую кнопку и выберите Utils->Fix VBR MP3 Header, после обработки проверьте трек еще раз, ошибка должна отсутствовать. Если при проверке Вы наблюдаете ошибку вида «MPEG Stream error…», её можно исправить с помощью опции Utils->Rebuild MP3 Stream.
После выполнения операции исправления ошибки не забывайте повторно проверять треки.
Для других lossy форматов, а также lossless исправить ошибки в foobar2000 нельзя, но проверить всё равно стоит.
Das Ende
В общем, по теме — это всё, чем я хотел с Вами поделиться. Если есть вопросы, обращайтесь, пишите — помогу разобраться.
[Обсудить на форуме]
Ссылки по теме
Газгольдер.ру: автономные системы снабжения сжиженным газом, автономная газификация. Общепризнанный лидер в отрасли, стоявший в России у истоков её основания.
Вам предоставляется широчайший спектр услуг по газификации, в т.ч. гарантийное и сервисное обслуживание. Компания работает как с частными, так и с юридическими лицами.
Стоимость автономной газификации Вы можете узнать на сайте компании (по ссылке выше).
Источник: https://audiophilesoft.ru/publ/my/quality_analysis/11-1-0-158
:: ЗВУКОВОЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА ::
Источник: http://samodelnie.ru/publ/samodelnye_pribory/zvukovoj_analizator_spektra/5-1-0-241
Анализаторы спектра, основные функции, ПО, низкочастотные
Узкополосный спектральный анализ (FFT)
Данный вид анализа часто используется при виброакустическом анализе различных механизмов с электрическим приводом, поскольку он обеспечивает оптимальное частотное разрешение, позволяющее выделять тона, наличие гармоник, а также структурные резонансы.
Долеоктавный спектральный анализ (CPB)
Стандартизированные анализы с использованием цифрового фильтра на основе октавных, 1/3-, 1/12- и 1/24-октавных полос частот для мониторинга машинной вибрации, анализа шума и определения уровня силы звука.
Балансировка роторов и диагностика зубчатых передач
Во вращающихся и поршневых механизмах, различные уровни нагрузки и несовершенства вызывают вынужденные вибрации и связанные с этим звуки.
Порядковый анализ — один из удобных и эффективных способов диагностики и балансировки вращающихся механизмов и зубчатых передач.
Модальный анализ и поиск резонансов
Для обработки и визуализации вибросигнала и спектра вибросигнала, автоматического определения резонанса, фаз, отношения пиковых амплитуд двух сигналов и декремента затухания различных механизмов, деталей, конструкций и прочих объектов методом измерения частот свободных колебаний, в режиме ударного возбуждения.
Реверберация
Используется для обнаружения и определения координат источников повышенного шума излучения в сложных механических системах, или при определении времени реверберации, при архитектурном проектировании больших камерных залов, которые должны иметь определенное время реверберации для достижения оптимальной эффективности.
Распознавание речи
В решении задач обработки и распознавания речи применяется вейвлет-анализ.
За счет вейвлет-преобразования можно реализовать метод распознавания искаженных фонем и обучать людей с врожденной глухотой правильному произношению.
Измерение уровня шума и вибрации
Измерения уровня шума проводятся в соответствии с требованиями ГОСТ 17187-2010 (IEC 61672-1:2002).
Измерение и оценка вибрации производится в соответствии с санитарными нормами СН 2.2.4-2.1.8.566-96.
Диаграмма Найквиста
Поиск частотного отклика (собственных частот) в сложных механических системах.
На графике в одной плоскости объединяются амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики.
Передаточные характеристики и АЧХ
Определение амплитудно-частотных характеристик постоянного, переменного или селективного значения сигнала в логарифмическом или линейном масштабе.
Запись сигналов
Обработка сигналов, поступающих с входных каналов анализаторов спектра, может производиться как в реальном масштабе времени, так и в режиме воспроизведения записанных сигналов. Запись сигналов может производиться по нескольким каналам одновременно (от 2 до 128).
Автоматизация
Программы «Формула» и «Фильтрация сигналов» из базового состава программного обеспечения ZETLAB позволяют в режиме онлайн моделировать любые сигналы при отсутствии подключенных устройств. Совместное применение данных программ образует мощный инструмент — аналог среды программирования MATLAB!
Директива 2011/65/EU (ROHS, ROHS II)
Анализаторы спектра соответствуют требованиям Директивы 2011/65/EU (ROHS, ROHS II) об ограничении использования опасных веществ (Pb, Hg, Cd, Cr(VI)) в электрическом и электронном оборудовании и изготавливаются по бессвинцовой технологии, в соответствии с требованиями Европейского Сообщества
На базе анализаторов спектра ZETLAB, используя мощную графическую среду программирования SCADA ZETVIEW, можно создавать уникальные виртуальные приборы, измерительные комплексы, автоматизированные рабочие места и испытательные стенды.
SCADA ZETVIEW создана для облегчения работы по решению ваших задач. Для этого система оснащена большим набором компонентов, при помощи которых, как из кубиков, можно строить проекты любой сложности.
SCADA ZETVIEW идеально подходит для создания полностью автоматизированных проектов, самостоятельно осуществляющих измерения, анализ, управление и оформление результатов. Поэтому вам достаточно просто запустить проект, а все остальное можно поручить технике.
Источник: https://zetlab.com/shop/izmeritelnoe-oborudovanie/analizatoryi-spektra-proizvodstva-zetlab/
(нет голосов)
Загрузка...
detector