| Análise de Espectro para Áudio |
 Introdução |
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| Vantagens |
| Qual Produto? |
| Exemplos |
Esta nota de aplicação destina-se ao uso dos
instrumentos virtuais ADC para análise de Espectro de
Áudio.
- Vantagens
dos produtos da Impac para análise de
espectro de áudio
- Qual
módulo é melhor para uma aplicação em
particular.
- Exemplos
de como usar o ADC100/ADC212/ADC216
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Vantagens dos ADC's Impac para a
análise spectral em Áudio.
Analisadores de espectro tendem a estar em duas
categorias, os assim chamados analisadores tipo 'swept'
(Varredura) e os analisadores baseados em FFT (
Transformada rápida de Fourier). Os analisadores de
espectro de varredura operam usando um ou mais filtros
passa banda estreitos ('notch') para medir o amplitude do
sinal em uma determinada freqüência, mudando (ou
varrendo) a freqüência deste filtro um gráfico da
amplitude contra freqüência pode ser construído.
Analisadores de espectro tipo varredura ainda têm o seu
lugar na análise de espectro de altas freqüência, mas
para trabalho na faixa de áudio eles têm a desvantagem
de necessitarem que o sinal se mantenha constante durante
o período inteiro da varredura.
Os analisadores de espectro baseados em FFT trabalham
através da digitalização do sinal de interesse usando
um conversor analógico digital (ADC). Os valores
armazenados são então processados usando o algoritmo de
transformada Rápida de Fourier (FFT) . A vantagem deste
método é que o espectro de uma forma de onda de somente
um ciclo ou eventos de curta duração podem ser
capturados. Pôr exemplo usando as capacidades de trigger
do programa PicosScope é possível capturar o espectro
de uma única batida de tambor.
Para executar a análise de espectro FFT são necessarios
muitos cálculos, alguns analisadores de espectro
baseados em FFT podem levar vários segundos para
atualizar o traço na tela. O PicoScope usa uma rotina
optimizada de alta velocidade para análise de espectro o
que resulta em resultados em tempo real. Até mesmo em um
computador relativamente modesto como um PC 386 de 33MHz
o analisador de espectro ainda pode atualizar a tela
muitas vezes pôr segundo.
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ADCs Impac
adequados para análise de espectro de áudio
Embora a maioria da linha de instrumentos virtuais Impac
possa ser usado para análise de espectro de áudio, o
ADC100 é uma das melhores opções de escolha. Sua taxa
de amostragem de 100kHz permite análise de espectro a
50kHz em um canal ou 25kHz quando ambos os canais forem
usados. Os ADC40 e ADC42 só permitem análise de
espectro para 10kHz, assim sendo não podem cobrir a
faixa de áudio inteira (20Hz a 20kHz) mas temo como
vantagem o seu baixíssimo custo. Os ADC200 podem fazer
análise de espectro a 50MHz, mas tem um alcance
dinâmico mais baixo. (veja abaixo).
O alcance dinâmico do analisador de espectro é outra
consideração muito importante. A maioria do
osciloscópios ( Normais ou baseados em PC ) tem uma
resolução de 8 bits (256 níveis). Isto limita a
análise de espectro para 48dB de alcance dinâmico
(20log256) Os ADC40 e ADC200 são ambos dispositivos de 8
bits.
Os ADC42 e ADC100 são ambos os 12 bits (4096 níveis) o
que dá um máximo teórico de 72dB de alcance dinâmico,
não comuns em osciloscópios convencionais, como você
pode ver nas telas abaixo o ADC100 chega muito perto
disto.
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Exemplos que
usam o ADC100 e Picoscope DOS
Para mostrar o tipo de desempenho que você pode esperar
do analisador de espectro do ADC100 nós conectamos o
mesmo a um CD player. Escolhemos um modelo portátil de
baixo preço para aparecer algumas de suas limitações.
Um canal do ADC100 foi conectado diretamente à saída de
fone de ouvido do CD player. A tela do PicoScope abaixo
(versão DOS) mostra um tom puro de 1kHz de um CD para
testes . Como esperado o resultado é um afiado pico em
1kHz. O nível de ruído é pelo menos 70dB abaixo do
nível do sinal que está perto do máximo teórico de
72dB para o alcance dinâmico que pode ser obtido
através dos 12 bits de resolução do ADC100.
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| Se agora fixássemos o analisador de espectro
para olhar toda a faixa de áudio (20Hz a 20kHz) alguma
distorção do sinal fica aparente. Em lugar de os
'melhor que 70dB' da especificação para a relação
sinal ruído, nós vemos que só temos aproximadamente
53dB entre o sinal de 1kHz e o harmônico à 5kHz. ( Para
medir valores exatos nós poderíamos ter usado os
cursores de medição do PicoScope). |
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| A separação entre canais (Crosstalk) é um
outro importante indicador de desempenho que pode ser
medido facilmente com um analisador de espectro.
Colocamos um CD com uma onda senoidal de 10kHz (0dB) no
canal esquerdo do CD player; Idealmente nenhum sinal
estaria presente no canal direito, porem em nosso CD
player o crosstalk está visível 60dB abaixo no sinal do
canal esquerdo. |
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Um CD player ideal deveria ter uma resposta em
freqüência plana em todo o espectro auditivo.
As especificações de nosso CD player declararam
uma resposta dentro de 3dB de 20Hz a 20kHz. Nós
testamos isto usando um sinal senoidal que varia
de 0 a 20kHz. Plotar tal resposta de freqüência
não é possível com muitos analisadores de
espectro FFT, pois eles executam uma amostragem
instantânea do sinal e então levam vários
segundos processando e exibindo os resultados, o
resultado tende a ser somente um pico de
freqüência que foi capturado durante a
varredura. A coleta e processamento de dados do
PicoScope é otimizada para velocidade, até
mesmo em um PC relativamente lento ( 386 de
33MHz) a tela do analisador de espectro tem uma
atualização quase que instantânea.
A onda senoidal usada para nosso teste leva
aproximadamente 30 segundos para varrer de 20Hz a
20kHz, durante este tempo o PicoScope executa 100
FFTs em lugar de os 2 ou 3 que a maioria dos
analisadores de espectro FFT podem executar. Para
exibir a resposta de freqüência como uma única
linha em lugar de um pico móvel, nós usamos a
função de detetor de pico do PicoScope como
mostrado abaixo. Como você pode ver o ponto -3dB
não esta em 20kHz como especificados pela folha
de dados do CD player, mas entorno de16kHz.
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