Analizador de Espectro Digital de Frecuencia de Audio. Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Mendoza

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Concepción Quintero Romero
hace 7 años
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1 9. MANUAL DE USUARIO 9.1. Requerimientos del sistema Los requerimientos mínimos son: IBM PC compatible con un Pentium II o AMD K6-2 Sistema Operativo Microsoft Windows de 32 bits, que incluye Windows 95/98, Windows Me, Windows NT, Windows MB de RAM para sistemas con Windows MB de RAM para sistemas con Windows NT 32 MB de RAM para sistemas con Windows 98/Me/ puerto COM disponible Recomendados: IBM PC compatible con un Pentium III, AMD Duron o superior Sistema Operativo Microsoft Windows de 32 bits 128 MB de RAM 1 puerto COM disponible Características del analizador de espectro: Resolución: 8 / 10 bits Canales: 1 (BNC) Rangos de voltaje: ±1 mv a ±50 V en 7 escalas Protección de sobrecarga: ± 500 V Impedancia de entrada: 1 MOhm Frecuencia de muestreo: hz Precisión: ±1 % Rango espectral: 0 a hz (sin filtro) 0 a 8000 hz (con filtro) Resolución espectral: 0,5 a 64 hz en 8 bits 1 a 64 hz en 10 bits Rango dinámico: 60 db (en 10 bits) Tamaño del buffer: 64 KBytes Interfaz: Puerto serie COM1, conector DB9 Alimentación: 220V, < 6 VA 9.2. Manejo del software de usuario Instalación del instrumento Como única precaución, para no dañar el puerto serie de la computadora y del módulo de adquisición de datos, primero se debe realizar la conexión del cable de interfaz del 1 de 8

2 instrumento con el puerto COM1 correspondiente de la PC y luego conectar la alimentación del módulo de adquisición de datos. Asegurar que el led indicador de alimentación este encendida. En caso de que el módulo se encuentre sin alimentación o el cable de interfaz este desconectado o cortado, estas fallas serán detectadas por el programa de aplicación y se le notificará al usuario. El instrumento va acompañado por unos discos de instalación, donde el administrador de instalación se encargará de todo el proceso. Para una visualización óptima se recomienda una resolución mínima de la pantalla de 1024x768 píxeles. Descripción de los comandos La ventana de aplicación del Analizador de Espectro Digital de Audio tiene las siguientes características: 2 de 8

3 Una vez ejecutada el programa, éste comienza a muestrear y a presentar la señal espectral en forma continua en dos gráficos superior e inferior. El gráfico superior es de resolución horizontal fija de 64 hz/div y permite observar todo el ancho de banda disponible del instrumento, además posee un recuadro rectangular que responde a los comandos de los botones de SPAN y cursores de desplazamiento del recuadro. El gráfico inferior de la ventana representa la señal espectral encerrada por el recuadro del grafico superior, y es la que permite observar con mayor detalle el contenido armónico de cada sector según la resolución horizontal elegida y la posición del recuadro. A continuación se da una descripción de los comandos de control: Establece el rango de frecuencia de la señal de entrada. El rango de 0 a 16Khz, no dispone de ningún tipo de filtrado, es el rango de frecuencia máxima que se puede obtener con una frecuencia de muestreo establecida de 32Khz. El rango de 0 a 8Khz, dispone de un filtro pasa-bajos analógico a la entrada del C-A/D para evitar el fenómeno de "Aliasin". Establece el tipo de acoplamiento a la entrada del instrumento, AC o DC. El acoplamiento a masa se establece automáticamente cuando se realiza un ajuste de OffSet. Los botones "+" y "-" permite seleccionar la resolución de la ventana de exploración en el espectro superior, modificando la presentación del espectro inferior. Cursores de desplazamiento, para desplazamientos de la ventana de SPAN y de los cursores indicadores de amplitud / frecuencia. "<" ó ">" : cursores de desplazamiento unitario. "<<" ó ">>" : cursores de desplazamiento por pasos. Botón que permite detener el proceso de muestreo, para poder trabajar con el espectro estático. Esta opción libera al procesador de la transferencia de datos mejorando la velocidad de procesamiento FFT. Permite seleccionar la resolución vertical deseada 8 o 10 bits. En resolución de 10 bits permite un rango dinámico de 60 db. En resolución de 8 bits permite un rango dinámico de 48 db. 3 de 8

4 Selector de nivel de tensión de entrada. Los valores indicados son los niveles de tensión de entrada máximos admisibles en cada rango de visualización, sin saturar el conversor A/D. Al exceder los niveles indicados aparece un cartel Fuera de Rango. Esta precaución se debe a que los valores de medición no son válidos para estos casos, pero no son perjudiciales al instrumento y puede quedar indefinidamente en este estado. A continuación se describe las opciones del menú: En Archivo permite el almacenamiento de todo el espectro en modo texto (compatible con tabla de datos) en un archivo predeterminado en el directorio actual o establecido por el usuario. Y para terminar y salir de la aplicación. En Edición permite especificar cual de los espectros visualizados será copiado en el Portapapeles del sistema. Al seleccionar este control, se abre una nueva ventana para el ajuste del nivel de OffSet y la llave selectora de entrada del instrumento se conmuta automáticamente a masa. En la ventana de ajuste de OffSet se dispone de una barra de desplazamiento vertical que permite desplazar el OffSet entre 120 y +120 niveles. Cabe aclarar que este desplazamiento no se realiza por hardware, sino por software, en donde se han reservado 24 o 12 niveles de cuantificación del total de 1024 o 256 niveles disponibles de 10 o 8 bits de resolución respectivamente. 4 de 8

5 Este comando efectúa un Reset en el microcontrolador del módulo de adquisición de datos. Permitiendo al usuario reiniciar el hardware en caso de falla. Modo de operación del programa En la ayuda permite al usuario abrir una ventana de descripción de los controles del programa y otra con una descripción del proyecto. Para una operación óptima con una presentación rápida, se procede de la siguiente manera: Primero explorar la parte interesada del espectro en baja resolución. Una vez ubicada la zona de frecuencias interesadas proceder a aumentar la resolución hasta conseguir la mejor visualización del espectro. Obtenido esto se presiona el botón de Detener para que no siga tomando muestras. Como todas las muestras quedan almacenadas en la memoria de la computadora, luego el programa le permite al usuario explorar todos los rangos de resolución disponibles y en todo el espectro, sin estar sujeto a espera de transmisión y así dar más tiempo al procesador para calcular la Transformada Rápida de Fourier para una presentación rápida. 10. EJERCICIOS DE APLICACIÓN Medición del contenido armónico de distintas señales Medir el contenido armónico de las siguientes señales. Y luego su verificación teórica con la transformada de Fourier. Señal de onda cuadrada: 5 de 8

6 sen( n v( t) = n = 1, 3, 5, 7, 9,... (impar) n n = sen( w + sen(3 + sen(5 + sen( Para una onda cuadrada de 5 Vpp. (V = 2,5) = 3,183 sen( + 1,061 sen(3 + 0,636 sen(5 + 0,454 sen( Señal de onda triangular: 8. V 1 v ( t) = sen( n / 2) sen( n w n n n = 1, 3, 5, 7, 9,... (impar) 8. V 8. V 8. V 8. V = sen( sen(3 + sen(5 sen( Para una onda triangular de 5 Vpp (V = 2,5) v( t) = 2,026 sen( 0,225 sen(3 + 0,081 sen(5 0,041 sen( Señal diente de sierra: n 1 2. V ( 1) v ( t) = sen( n n n n = 2, 4, 6, 8, 10,... (par) V V V V = sen(2 sen(4 sen(6 sen( Para una señal de 5 Vpp (V = 2,5) 6 de 8

7 = 0,795 sen(2 0,398 sen(4 0,265 sen(6 0, 198 sen( Media onda rectificada: [( n 1). / 2] sen[ ( n + 1). / 2] V V V sen = + cos( w + cos( n 2 + n n 1 n 1 + n = 2, 3, 4, 5, 6,... 0 t ) Onda completa rectificada: 2. V v( t) = n cos( n w 0 ( n + 1) ( n 1) n = 2, 4, 6, 8, 10,... (par) Verificación del fenómeno Aliasin Analizar el comportamiento del sistema de muestreo con y sin filtro de entrada para frecuencias menores y mayores a la mitad de la frecuencia de muestreo de 16383hz. Mediante un generador de onda senoidal con una señal de salida a una frecuencia menor de 16Khz se procede a aumentar la frecuencia de dicha señal hasta superar los hz. Con el rango del analizador en 0 a 16Khz se observa que a medida que se va aumentando la frecuencia por encima de la mitad de la frecuencia de muestreo, el espectro indicado se va desplazando de derecha a izquierda en el diagrama espectral, verificando el fenómeno de Aliasin, la cual debe evitarse en las mediciones. Con el rango del analizador en 0 a 8Khz se observa que las componentes por encima de 8Khz son atenuadas paulatinamente hasta llegar a una atenuación máxima de 60 db a los 16Khz, eliminando el efecto Aliasin. 7 de 8

8 Medición de la distorsión por intermodulación en audio Los ensayos son bitonales y son dos los métodos normalizados MPTE y CCIF. Método SMPTE: consiste en aplicar al equipo bajo prueba dos tonos, que consiste en un tono bajo (grave) y un tono alto (agudo). Donde el tono alto debe ser un poco menor que la frecuencia cuadrantal superior del equipo de audio bajo prueba, y el tono bajo un poco mayor que la frecuencia cuadrantal inferior. Con el tono bajo hay que tener la precaución de no usar una frecuencia igual a la frecuencia de línea o alguna de sus armónicas. Otro parámetro a tener en cuenta es la amplitud de las señales, la amplitud del tono agudo debe ser 4 veces menor que la amplitud del grave. Método CCIF: utiliza dos tonos agudos de igual amplitud, los cuales deben ser un poco menor a la frecuencia cuadrantal superior, de manera que la diferencia de los dos tonos agudos de cómo resultado un tono grave, que debe ser mayor que la frecuencia cuadrantal inferior del equipo de audio bajo prueba y distinta a la frecuencia de línea o de sus armónicas. 8 de 8

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