RU68680U1

RU68680U1 - ACOUSTIC SIGNAL MEASUREMENT DEVICE

Info

Publication number: RU68680U1
Application number: RU2007131142/22U
Authority: RU
Inventors: Юрий Анатольевич Кропотов; Ярослав Юрьевич Кульков
Original assignee: Юрий Анатольевич Кропотов; Ярослав Юрьевич Кульков
Priority date: 2007-08-15
Filing date: 2007-08-15
Publication date: 2007-11-27

Abstract

Полезная модель относиться к области обработки речевых сигналов и измерительной техники. Достигаемый технический результат заключается в упрощении методики проведения измерений и экспериментов при исследовании характеристик акустических сигналов. Указанный результат обеспечивается за счет того, что устройство изготавливается в мобильном варианте с использованием микропроцессора и устройств отображения информации, работающее от собственного источника питания, выполняет измерения заданных характеристик акустических сигналов в зависимости от команд устройства управления. Тем самым становится возможным проведение экспериментальных исследований акустических сигналов в реальных условиях, что дает более достоверные и оперативные результаты. 1 ил.The utility model relates to the field of speech processing and measurement technology. The technical result achieved is to simplify the methodology for conducting measurements and experiments in studying the characteristics of acoustic signals. This result is ensured due to the fact that the device is manufactured in a mobile version using a microprocessor and information display devices, operating from its own power source, performs measurements of specified characteristics of acoustic signals depending on the commands of the control device. Thus, it becomes possible to conduct experimental studies of acoustic signals in real conditions, which gives more reliable and operational results. 1 ill.

Description

Полезная модель относиться к области обработки акустических сигналов и измерительной техники.The utility model relates to the field of acoustic signal processing and measurement technology.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству измерения характеристик акустических сигналов является программно-аппаратный комплекс "Аист". Предназначен для: измерения и анализа сигналов звукового диапазона частот в токопроводящих коммуникациях, в том числе с применением адаптивного приема; измерения и анализ электромагнитного поля в диапазоне звуковых частот, в том числе с применением адаптивного приема; генерации акустического сигнала оценки защищенности линии от акустоэлектрических преобразований. Комплекс может работать в следующих режимах: анализатор спектра звукового диапазона частот; анализатор амплитудно-частотной характеристики в диапазоне звуковых частот; селективный вольтметр; многофункциональный генератор сигналов в звуковом диапазоне частот; адаптивный приемник и измеритель сигналов в звуковом диапазоне частот. Состав: анализатор сигналов с TFT-монитором и встроенным компьютером; комплект измерительных адаптеров-усилителей для подключения к различным видам токопроводящих коммуникаций; комплект измерительных антенн; экранированная акустическая система; источник питания для проверяемых устройств; измерительный микрофон, измерительный вибродатчик (акселерометр).The closest in technical essence to the claimed device for measuring the characteristics of acoustic signals is a hardware-software complex "Stork". Designed for: measuring and analyzing signals of the audio frequency range in conductive communications, including using adaptive reception; measurement and analysis of the electromagnetic field in the range of sound frequencies, including using adaptive reception; generating an acoustic signal for assessing the line security from acoustoelectric transformations. The complex can work in the following modes: spectrum analyzer of a sound range of frequencies; an analyzer of the amplitude-frequency characteristic in the range of sound frequencies; selective voltmeter; multifunctional signal generator in the audio frequency range; adaptive receiver and signal meter in the audio frequency range. Composition: signal analyzer with a TFT monitor and built-in computer; a set of measuring adapters-amplifiers for connecting to various types of conductive communications; set of measuring antennas; shielded speaker system; power supply for the devices under test; measuring microphone, measuring vibration sensor (accelerometer).

Недостатком данного устройства является его высокая цена, сложность проведения исследований при изучении характеристик акустических сигналов, отсутствие отображаемых характеристик как гистограмма распределения амплитуд сигнала, математическое ожидание, дисперсия сигнала, динамический диапазон, пик фактор сигнала. Отсутствие указанных вычисляемых характеристик приводит к необходимости их ручного вычисления, и как следствие, снижение оперативности проведения экспериментов.The disadvantage of this device is its high price, the complexity of research when studying the characteristics of acoustic signals, the lack of displayed characteristics as a histogram of the distribution of signal amplitudes, mathematical expectation, signal dispersion, dynamic range, peak signal factor. The absence of these calculated characteristics leads to the need for their manual calculation, and as a result, a decrease in the efficiency of experiments.

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого устройства заключается в упрощении методики проведения измерений и экспериментов при исследовании характеристик акустических сигналов.The technical result achieved by using the inventive device is to simplify the methodology of measurements and experiments in the study of the characteristics of acoustic signals.

Технический результат достигается тем, что устройство изготавливается в мобильном варианте с использованием микропроцессора и устройств отображения информации, работающее от портативного источника питания, выполняет измерения заданных характеристик акустических сигналов в зависимости от команд устройства управления.The technical result is achieved by the fact that the device is manufactured in a mobile version using a microprocessor and information display devices, operating from a portable power source, performs measurements of specified characteristics of acoustic signals depending on the commands of the control device.

На фиг.1 показана функциональная схема заявляемого устройства измерения характеристик акустических сигналов.Figure 1 shows a functional diagram of the inventive device for measuring the characteristics of acoustic signals.

Функциональная схема по фиг.1 содержит устройство измерения характеристик акустических сигналов, включающее в себя усилитель 1, аналого-цифровой преобразователь 2, устройство отображения графической информации 3, микропроцессорный блок 4, блок вычисления числовых параметров 5, устройство отображения числовых параметров 6, блок выбора режима работы 7.The functional diagram of figure 1 contains a device for measuring the characteristics of acoustic signals, including an amplifier 1, an analog-to-digital converter 2, a device for displaying graphic information 3, a microprocessor unit 4, a unit for calculating numerical parameters 5, a device for displaying numerical parameters 6, a mode selection unit work 7.

Описываемое устройство измерения характеристик акустических сигналов работает следующим образом. Входной сигнал поступает с микрофона на усилитель, с которого сигнал поступает в микропроцессорный блок и в блок вычисления числовых параметров. Микропроцессорный блок используя исходный сигнал вычисляет в зависимости от заданного режима работы гистограмму распределения амплитуд сигнала, либо амплитудный спектр. Блок вычисления числовых параметров определяет следующее характеристики: математическое ожидание, дисперсию сигнала, динамический диапазон, пик фактор сигнала. Режим работы блоков 4 и 5 задается при помощи переключателей, состоящих из трех групп. Первая группа переключателей выбирает режим работы микропроцессорного блока и устройства отображения графической информации, вторая - режим работы блока вычисления числовых параметров и устройства отображения числовых параметров. Третья группа переключателей выбирает размер буфера из следующего ряда значений - 512, 1024, 2048, 4096, 8192, 16384, 32768, 65536, 131072.The described device for measuring the characteristics of acoustic signals operates as follows. The input signal comes from the microphone to the amplifier, from which the signal goes to the microprocessor unit and to the unit for calculating numerical parameters. Using a source signal, the microprocessor unit calculates, depending on the specified operating mode, a histogram of the distribution of signal amplitudes, or an amplitude spectrum. The block for calculating numerical parameters determines the following characteristics: expectation, signal dispersion, dynamic range, peak signal factor. The operating mode of blocks 4 and 5 is set using switches consisting of three groups. The first group of switches selects the operation mode of the microprocessor unit and the graphic information display device, the second - the operation mode of the numerical parameter calculation unit and the numerical parameter display device. The third group of switches selects the buffer size from the following series of values - 512, 1024, 2048, 4096, 8192, 16384, 32768, 65536, 131072.

Вычисление выбранных характеристик осуществляется на ограниченном интервале, размер которого выбирается соответствующей группой переключателей. В данном режиме устройство работает следующим образом. Сигнал после аналого-цифрового преобразователя накапливается в буфере, находящимся в оперативной памяти микропроцессорного блока или блока вычисления числовых характеристик. После накопления определенного количества отсчетов, заданного пользователем при помощи переключателей, выполняется вычисление заданных характеристик сигнала. После окончания вычисления данные из микропроцессорного блока поступают на устройство отображения графической информации, а данные с блока вычисления числовых параметров поступают на устройство отображения числовых параметров. Буфер освобождается и накапливает следующие N отсчетов, вычисляются необходимые характеристики, которые также выводятся на соответствующие устройства отображения. Отображенные данные на обоих устройствах сохраняются до появления новых данных. Таким образом, скорость обновления информации будет зависеть от размера заданного пользователем окна. Выбор из ряда значений размера The calculation of the selected characteristics is carried out on a limited interval, the size of which is selected by the corresponding group of switches. In this mode, the device operates as follows. The signal after the analog-to-digital converter is accumulated in a buffer located in the RAM of the microprocessor unit or the unit for calculating numerical characteristics. After the accumulation of a certain number of samples specified by the user using the switches, the calculation of the specified characteristics of the signal is performed. After the calculation is completed, the data from the microprocessor unit is sent to the graphic information display device, and the data from the numerical parameter calculation unit is sent to the numerical parameter display device. The buffer is freed and accumulates the following N samples, the necessary characteristics are calculated, which are also output to the corresponding display devices. The displayed data on both devices is saved until new data appears. Thus, the speed of updating information will depend on the size of the window specified by the user. Choose from a range of size values

буфера 512, 1024, 2048, 4096, 8192, 16384, 32768, 65536, 131072 означает скорость обновления информации 0,0625 с, 0,125 с, 0,25 с, 0.5 с, 1 с, 2 с, 4 с, 8 с, 16 с соответственно.Buffers 512, 1024, 2048, 4096, 8192, 16384, 32768, 65536, 131072 mean information update rate of 0.0625 s, 0.125 s, 0.25 s, 0.5 s, 1 s, 2 s, 4 s, 8 s, 16 s respectively.

При выборе для блока вычисления числовых характеристик режима вычисления математического ожидания происходит вычисление на заданном интервале отсчетов следующей формуле:When you select the calculation mode of the mathematical expectation for the block of calculation of the numerical characteristics, the following formula is calculated on a given interval of samples:

где N - количество отсчетов,where N is the number of samples

x_k - отсчеты сигнала.x _k are the samples of the signal.

При выборе вычисляемой характеристики дисперсия сигнала вычисляется по формуле:When choosing a calculated characteristic, the signal dispersion is calculated by the formula:

Динамический диапазон сигнала вычисляется как по формуле:The dynamic range of the signal is calculated as follows:

где Рmах - максимальное мошьность сигналаwhere Pmax is the maximum signal loss

Pmin - минимальная мошьность сигналаPmin - minimum signal loss

Пик фактор сигнала - это отношение пикового уровня сигнала к его среднеквадратичному уровню, вычисляется по формуле:The peak factor of the signal is the ratio of the peak level of the signal to its root mean square level, calculated by the formula:

где max(x_k) - максимальное значение амплитуды сигнала,where max (x _k ) is the maximum value of the signal amplitude,

RMS - среднеквадратичная мощность сигнала.RMS - RMS signal power.

Спектр сигнала вычисляется в микропроцессорном блоке при помощи преобразования Фурье по формуле:The signal spectrum is calculated in the microprocessor unit using the Fourier transform according to the formula:

где X(n) - спектр сигнала,where X (n) is the signal spectrum,

x_k - отсчеты сигнала,x _k are the samples of the signal,

N - количество отсчетов.N is the number of samples.

Устройство отображения графической информации выполняться с применением как монитора на электронно-лучевой трубке, так и жидкокристаллического монитора. В последнем случае устройство будет потреблять меньше электроэнергии и возможно более компактное исполнение. Устройство отображения числовых параметров может быть построено на семисегментных индикаторах.A graphic information display device is performed using both a cathode ray tube monitor and a liquid crystal monitor. In the latter case, the device will consume less power and possibly a more compact design. A display device for numerical parameters can be built on seven-segment indicators.

Таким образом, применение двух различных устройств отображения повышает удобство использования прибора и упрощает его изготовление, так как при использовании одного монитора для отображения нескольких характеристик одновременно повышаются требования к производительности микропроцессора, что в свою очередь повышает стоимость устройства и его энергопотребление. Применение в качестве второго устройства отображения семисегментных индикаторов незначительно отражается на стоимости и энергопотреблении устройства.Thus, the use of two different display devices increases the usability of the device and simplifies its manufacture, since when using a single monitor to display several characteristics, the microprocessor performance requirements increase simultaneously, which in turn increases the cost of the device and its energy consumption. The use of seven-segment indicators as a second display device has a slight effect on the cost and power consumption of the device.

Claims

A device for measuring the characteristics of acoustic signals, which allows to simplify the method of measurements and experiments in the study of the characteristics of acoustic signals, comprising a microphone connected to an amplifier, characterized in that it contains a microprocessor unit connected to the outputs of the amplifier and connected to the input of the graphic information display device and a unit for calculating numerical parameters which is connected to the input of the display device of numerical parameters, the inputs of these blocks are also connected to the corresponding outputs of the mode selection block, all elements of the device are powered by a portable power source and are carried out in a single portable case.