Visual analyser как пользоваться

Visual Analyser — виртуальный измерительный комплекс. Часть 1

Я люблю электронику, многие годы я работал в коммерческой компании в качестве инженера-программиста и разработчика программного обеспечения. Я писал программы для встроенных систем (с DSP и микроконтроллерами), для персональных компьютеров и авиакосмических, и даже для универсальных вычислительных машин, используя C, C++, Pascal, Ada и ассемблер. Я написал Visual Analyser в свободное от работы время исключительно для любителей.

Программа полностью FREE

Множество людей не имеет достаточно денег для покупки «крутого» осциллографа или анализатора спектра. Или, просто, они не хотят вкладывать деньги в то, что они будут использовать крайне редко. Тем не менее, они любят создавать и проверять звуковые усилители или другого рода простые схемы, и их интересы не выходят за диапазон звуковых частот. Таким образом, хорошая звуковая карта – это все, что им нужно. Современные звуковые карты с частотой выборки 96 или даже 192 кГц позволяют работать с частой почти до 100 кГц (далеко за пределами звуковых частот), что превращает Visual Analyser в мощный набор инструментов для общей электроники.

Идея использования звуковой карты персонального компьютера не нова (есть множество программ подобных Visual Analyser), но я постарался написать программу, предназначенную для анализа звуковых цепей в любительских условиях. Я думаю, что Visual Analyser, возможно, менее «экстравагантна», чем другие программы (то есть, меньше окон и излишеств), но с хорошим наполнением, и имеет даже ряд оригинальных идей.

Одной из наиболее серьезных проблем Visual Analyser – это отсутствие полной системы подсказок. Долгие годы я пытался написать хотя бы базовую систему, но не преуспел в этом. Две главные причины: во-первых, написание help требует очень много времени; я не зарабатываю на Visual Analyser (исключая несколько евро от спонсоров… но, поверьте, это все чисто символически), так что, я отдаю гораздо больше времени, чем планировал, на создание самой программы Visual Analyser, чтобы потратить еще и на написание help. А мне еще надо зарабатывать на жизнь!

Второй, но не менее важный аспект проблемы в том, что мое знание английского не слишком хорошо; и у меня нет времени на совершенствование, поскольку я работаю в Италии в компании, в которой знание английского не требуется. Это значит, что мне очень сложно написать «книгу» на английском о Visual Analyser.

В данное время есть только три файла (и довольно старых):

1. Main.rtf	http://www.sillanumsoft.org/Download/Main.rtf
2. Spectrum.rtf	http://www.sillanumsoft.org/Download/Spectrum.rtf
3. MainWindow.rtf	http://www.sillanumsoft.org/Download/MainWindow.rtf

Так что, например, вы можете запустить виртуальный вольтметр и щелкнуть по кнопке «help». В данный момент появится стандартное окно подсказки, показывающее сообщение:

"No help found. Check your help directory for file:HelpVoltMeter.rtf"

Что даст вам понять, что: help все еще не написан, и что соответствующий файл – это «Voltmeter.rtf». Таким образом, если вы хорошо освоились с вольтметром, и если вы хотите помочь мне, просто напишите help файл (например, в Wordpad, сохранив как Voltmeter.rtf), пришлите его мне по e-mail, а я включу его в официальный выпуск Visual Analyser или, просто, дам возможность другим загружать его (например, с этой страницы). Очевидно, вы будете обязательно упомянуты на этой странице загрузки help, как автор (если вам это доставит удовольствие).

Не плохая идея, не правда ли?

1. Help

Visual Analyser – это программа реального времени, симулирующая ряд электронных инструментов, таких как:

• Осциллограф (два канала, xy, временное разделение, синхронизация).
• Анализатор спектра с отображением амплитуды и фазы (в линейном, логарифмическом, в виде линий, с плавной перестройкой, октавный анализ 1/3, 1/6, 1/9).
• Генератор сигналов с «пользовательскими функциями»: треугольный, прямоугольный, синусоидальный сигнал, генератор белого шума и импульсный генератор (без сглаживания).
• Частотомер (во временной и частотной областях) и счетчик.
• Вольтметр с отображением действующих значений и значений от пика до пика.
• Фильтры (нижних частот, верхних частот, полосовой, режекторный, селекторный, «диод», с удалением постоянной составляющей).
• Окна просмотра из памяти для анализа и сохранения в файлах отображения результатов временного и спектрального анализа.
• Программа для цифро-аналогового преобразования (для полной реконструкции сигнала).
• … и многое другое.

Есть два способа использовать Visual Analyser. Режимы "Standard, стандартный" и "Floating, плавающий". В первый раз, когда вы запускаете Visual Analyser после установки, программа работает в «стандартном» режиме. Файла VA.INI нет (загляните в примечание в конце этого раздела), так что Visual Analyser запускается с установками, заданными по умолчанию (то есть, в стандартном режиме). Если файла VA.INI нет в директории выполнения программы, то он будет создан автоматически.

1.2 Стандартный режим

Стандартный режим означает, что Visual Analyser открывается в полной комплектации во весь экран с фиксированным минимальным размером 790×637 пикселей и свободно может меняться от этого минимального размера. Основное окно содержит осциллограф и окно анализатора спектра, плюс набор команд, которые вы можете найти в окне установок. Другие команды и опции есть только в окне установок, поскольку они реже используются, хотя очень полезны (например, функции калибровки). Другие окна (то есть, частотомер или вольтметр) отделены от основного окна и в некоторых случаях свободно масштабируются. Эти отдельные окна будут видны только тогда, когда сделан соответствующий выбор выделением или относящаяся к ним кнопка (под заголовком Visual Analyser) нажата.

1.3 Плавающий режим

Плавающий режим означает, что основное окно уменьшено до панели с набором команд в виде кнопок, «индикаторов» и окошек для отметки источников входа (возможно только тогда, когда галочка «apply calibration» закладки Setting/Calibrate не установлена). В плавающем режиме вы можете свободно выбрать окно, которое вам интересно, таким образом, вы можете приспособить Visual Analyser под ваши нужды. В плавающем режиме все окна можно свободно масштабировать (исключая окно генератора сигналов и само окно установок), полностью отделять от основного окна/панели команд. Другими словами, если вам, например, нужен только осциллограф, просто нажмите кнопку «scope», а затем изменить размер окна (полноэкранный режим, если вы хотите..), а Visual Analyser станет только осциллографом. Благодаря автоматическому сохранению конфигурации, каждый раз, когда вы запускаете Visual Analyser, вы увидите последнюю конфигурацию (см. примечание ниже). Окна осциллографа и анализатора спектра поддерживают «панель команд», которая состоит из некоторых «ярлыков» команд, наиболее часто используемых (автомасштабирование, усреднение, логарифмирование x/y и т.п.).

Конфигурация Visual Analyser автоматически сохраняется в файле с именем VA.INI, который расположен в директории исполняемого файла (обычно c:programsVA); это означает, что когда вы запускаете Visual Analyser, вы увидите точно ту же конфигурацию, которую оставили в последний раз по завершению работы с программой. «Configuration» означает позицию и размеры всех окон (исключая окно установок), все, что вы выбрали (исключая прямоугольные сигналы генератора, А + В каналы в spectrum/scope, триггер ON для левого канала и т.д.). Если вам нужно вернуть конфигурацию по умолчанию, вы можете выбрать два варианта: удалить файл VA.INI или нажать кнопку «default» в окне установок. Если вам нужно сохранить какую-то конфигурацию (чтобы позже использовать в отдельных случаях: например, при определении АЧХ вашего HiFi усилителя), вы можете сохранить конфигурацию в отдельном INI файле, нажав кнопку «save as» в окне установок, а затем задав другое имя для текущего INI файла. Чтобы открыть этот файл конфигурации позже, вы должны нажать кнопку «Open config» в окне установок и выбрать нужный файл INI. Будьте внимательны, в конце работы программы новая конфигурация будет сохранена, как текущий файл INI. INI файл отображается в заголовке Visual Analyser или в окне «info».

(В Windows 8 этот механизм может не работать, система блокирует запись файла INI).

1.4 Основное окно

Основное окно (стандартный режим) содержит:

• Осциллограф.
• Анализатор спектра.
• Основные команды.

В верхней части основного окна находятся кнопки (в обоих режимах, стандартном и плавающем):

• On/Off.
• Setting.
• Scope.
• Spectrum.
• Phase.
• Wave.
• Freq. Meter.
• Filters.
• Floating/Standart Windows mode (переключатель режимов работы).
• Help.

Кроме этих кнопок есть выпадающий список для выбора источника входа. Этот список непосредственно относится к выбранной звуковой карте, когда вы выбираете вход, это то же самое, что и выбор источника входа с помощью панели управления Windows Volume. Вы можете использовать и оригинальное окно Windows Volume, открыв окно установок «Setting» (щелчком по кнопке Settings) и выбрав опцию «calibrate». Затем вам нужно нажать кнопку «Windows volume». Предостережение: для некоторых конфигураций PC со старыми или неправильно установленными звуковыми картами список входов может быть недоступен. Используйте управление оригинальной Windows Volume или установите обновленный драйвер для вашей звуковой карты.

1.5 Теперь, давайте, проверим функции кнопок, описанных выше

Кнопка ON позволяет запустить Visual Analyser.

Вид программы в стандартном режиме

Visual Analyser – программа реального времени, она считывает выборки непосредственно с выбранной звуковой карты, используя вызов API. Есть три основных задачи.

Первая – считать выборки из буфера заданного размера (емкость двух, обычно, 4096 точек) и сохранить их во внутреннем динамическом буфере. После чтения последний будет «заморожен» в ожидании нового наполнения буфера. Вы можете выбрать размер буфера, выбрав его в окне установок (см. следующий раздел). Чем больше точек вы выберете, тем выше будет разрешение, но, соответственно, Visual Analyser потребуется больше времени для вычисления спектра.

Вторая задача – это получить динамический буфер и вычислить спектр по значениям хорошо известного алгоритма FFT (быстрое преобразование Фурье), а затем нарисовать его на экране в окне спектра совместно с окном осциллографа.

Третья задача – полностью относится к пользовательскому интерфейсу (кнопки, списки и т.д.).

На рисунке сигнал 500 Гц и вид спектра в виде линий

Вид спектра сигнала (в октавном представлении), когда вид линиями отключен

Кнопка OFF активизируется при включении кнопки On. Обычно вы можете даже изменить установки Visual Analyser, когда программа работает. Установки, которые вы не можете модифицировать, будут недоступны при работе программы или могут вызвать кратковременную приостановку работы Visual Analyser (автоматически).

Кнопка Setting позволяет перейти к окну установок.

Окно установок программы

Это окно предназначено для передачи всех команд Visual Analyser, задания установок звуковой карты и изменения цветов. Вы можете использовать его, например, когда вы используете Visual Analyser в «плавающем режиме»; фактически, наиболее общие команды непосредственно доступны в самом плавающем окне, но не все. Таким образом, если вам нужно, вы можете пользоваться окном установок, поместив его в удобном месте экрана и используя в качестве командного центра.

Кнопка Scope позволяет использовать плавающее окно осциллографа со всеми его функциями. Вы можете легко менять его размер до максимального, определяемого разрешением экрана, используя Visual Analyser только как осциллограф. Или вы можете использовать его совместно с другими окнами (например, вместе с частотомером или анализатором спектра). Полезное подменю появится в окне осциллографа при щелчке правой клавиши мышки. Кнопка Scope не будет активна, если выбран стандартный режим работы.

Всплывающее меню в окнах инструментов

Кнопка Spectrum позволяет использовать плавающее окно анализатора спектра. Окно анализатора, как и окно осциллографа, может легко меняться в размере вплоть до полноэкранного; также для этого окна есть выпадающее меню, если щелкнуть правой клавишей мышки.

Окно анализатора спектра

Кнопка Phase позволяет использовать окно для получения фазовых характеристик. Это окно обычно не отображается в процессе работы в стандартном режиме Visual Analyser, то есть, не видимо непосредственно в основном окне. В окне отображается фаза сигнала(ов) в данный момент видимых в окнах осциллографа и анализатора спектра. Фаза, как правило, использует в качестве единиц градусы, и вы можете увидеть ее вместе с окном спектра. Шкала X та же, что и шкала X в окне спектра, позволяя вам сопоставить два окна для наблюдения полной «диаграммы Боде». Это окно также легко масштабируемо вплоть до полноэкранного изображения. Всплывающее меню доступно по щелчку правой клавишей мышки в окне. Заметьте, что это окно предназначено пока для бета версии. На данный момент обратная связь не действительна…

Отображение линейного входа при отсутствии сигнала

Кнопка Wave позволяет обратиться к окну генератора.

Окно настроек генератора

Это одна из наиболее мощных функций Visual Analyser. Окно нельзя масштабировать, но его можно закрыть при работе, что не скажется выбранной функции; кнопка «On» может использоваться непосредственно из основного окна для упрощения в пользовании. Так что, вы можете запустить окно генератора, выбрать интересующий вас режим работы, затем закрыть генератора и по необходимости включать/выключать генератор из основного окна (щелкая либо кнопку «capture scope», либо устанавливая флажок в окошке «wave gen»). Эта возможность доступна только в стандартном режиме, хотя в плавающем режиме вы можете выключать окно генератора без остановки его работы (если нажата кнопка «On»).

Кнопка Freq. Meter позволяет вызвать окно частотомера. Это окно не отображается в режиме использования стандартного режима, то есть, окно непосредственно не видно в основном окне Visual Analyser. В окне можно найти частоту гармоники с максимальной амплитудой в спектре входного сигнала, как в настоящем частотомере. Окно начинает новый выделенный поток; красный мигающий индикатор в левом верхнем углу окна показывает момент, когда частотомер прочитал данные из спектра; частота будет рассчитана между двумя «миганиями» красного индикатора.

Работа частотомера в плавающем режиме при частоте сигнала 500 Гц

Кнопка Filter позволяет открыть окно установок на закладке «Filters».

Окно выбора фильтра

Кнопка Floating windows mode / Standard mode позволяет переключаться между режимами «floating» и «standard». Обычно режим по умолчанию для Visual Analyser – это стандартный. Таким образом, на кнопке будет надпись «Floating windows mode»; соответственно после переключения в плавающий режим кнопка покажет «Standard mode».

Вид программы после перехода в плавающий режим

Кнопка Help покажет этот текст.

Последнее управление основной панели – это список с полным перечнем того, что находится в микшере выбранного входного устройства. Другими словами, вы можете выбрать желаемую входную линию вашей звуковой карты. Чтобы изменить чувствительность входа, откройте setting/calibrate и воспользуйтесь ползунком.

Visual Analyser

Профессиональное программное обеспечение, превращающее персональный компьютер в целый набор измерительных инструментов, работающих в реальном времени.

Многие радиолюбители не имеют достаточно денег, чтобы купить дорогой осциллограф или спектральный анализатор. Тем не менее, зачастую необходимо генерировать особые сигналы для проверки оборудования, тестирования аудиоусилителей, осцилляторов, фильтров. Многим музыкантам требуется спектральный анализ в диапазоне звуковых частот.

Visual Analyser позволяет моделировать следующие электронные инструменты:
— двухканальный осциллограф, имеющий триггерный режим. Пропускная способность зависит от звуковой карты (от 20 кГц до 192 кГц). Разрешение от 8 до 24 бит. Есть функция автоматической калибровки и быстрого установления значений;
— двухканальный анализатор спектра. Разрешение от 8 до 24 бит. X-ось в Гц, Y-ось в дБ или вольтах (необходима калибровка). Шкала линейная или логарифмическая, автомасштабируемая, с шестнадцатикратным увеличением выбранного участка;
— двухканальный генератор сигналов (треугольных, квадратных, синусоидальных; белый и розовый шум, пульсации и некоторые другие варианты). Частоты дискретизации независимые. Изменение параметров (амплитуда, частота, фаза между каналами, тип сигнала) происходит в реальном времени;
— двухканальный частотомер (во времени и в частотной области) и счетчик;
— двухканальный вольтметр класса True RMS (необходима калибровка) с функцией удержания;
— фильтры: низких и высоких частот, полосовой, режекторный, полосно-заграждающий, диодный, двойной фильтр (по одному на каждый канал).

Также присутствует много других полезных функций: логи для анализа и хранения временных данных, возможность сохранять графики в различных форматах (*.tee, *.txt, *.wmf) и отображать их во встроенной программе просмотра, скриншот рабочего окна, кепстральный анализ, кросс-корреляция, запись волны в файл и ее воспроизведение, осуществление коррекции частотной характеристики микрофона. Измерительный механизм можно откалибровать в вольтах, в дБ или процентах от исходной шкалы. Есть функция определения значений, вычисленных в реальном времени (от пика до пика, пик, пик-фактор, форм-фактор, переход через ноль). Рабочие окна программы позволяют редактировать полученные образцы, осуществлять по ним навигацию и масштабирование, сохранять их и распечатывать.

Visual Analyser является полностью бесплатным софтом. Доступны три различных вида загрузки программы. Можно скачать ее одним exe-файлом, который необходимо распаковать в нужный каталог. Или загрузить исполняемый файл, не требующий установки. Разница заключается в отсутствии файлов поддержки (помощи, калибровки), а также ярлыка на рабочем столе и в меню. Третий вариант – это скачать ISO-образ (в zip-архиве), который может быть прожжен на компакт-диске.
Visual Analyser не требует для работы никакого дополнительного аппаратного обеспечения или специализированного внешнего оборудования. Полоса измерений зависит от класса звуковой платы. Программа поддерживает 8, 16, 24-битные звуковые карты.

Создателя программы зовут Alfredo Accattatis. Он является разработчиком программного обеспечения в одной частной итальянской компании. В свободное от работы время пишет программы для встраиваемых систем, персональных компьютеров и мэйнфреймов, используя C, C + +, Pascal, Ada, REXX и ассемблер. Над Visual Analyser он трудился в течение пяти лет. Особую благодарность автор выражает профессорам Roberto Lojacono и Giovanni Saggio, а также Marcello Salmeri. Visual Analyser непрерывно эволюционирует, разработчик старается учитывать в новых версиях все замечания и предложения по улучшению софта, высказываемые пользователями программы.

Программа написана на английском языке, русификатора к ней нет.

Visual Analyser работает на Windows 95, 98, ME, 2k, XP, NT, Server, Vista, 7. Начиная с версии 2011, софт работает и на Linux с помощью утилиты Wine. Бета-версия 2012 не совместима с Windows 9x.

Visual Analyser и полезная «показометрия»

Visual Analyser — это свободно распространяемое программное приложение, разработанное как виртуальная измерительная лаборатория для студентов.

Разработчик — группа итальянских специалистов ( Alfredo Accattatis , Marcello Salmeri , Arianna Mencattini , Giulia Rabottino , Roberto Lojacono , Department of Electronic Engineering , University of Rome » Tor Vergata ” Viale del Politecnico , 1-00133- Roma , Italy ).

Основное назначение виртуального прибора — изучение электрических сигналов с частотами до 20. 50 кГц посредством их интерпретации в цифровую форму АЦП внешней или комплектной звуковой карты компьютера. С точки зрения освоения, пожалуй, куда более интуитивен, нежели многие виртуальные приборы рангом пониже.

Среди великого множества прочих софтверных инструментов, Visual Analyser выгодно выделяется еще и тем, что на общей панели виртуальные экраны осциллографа и спектроанализатора отображаются совместно, а это позволяет одновременно наблюдать и форму сигнала, и его спектр.

Дистрибутив программы невелик, так что архив с ним кладу прямо здесь:

У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера

Для радиолюбителя, помимо великолепного подспорья при разработке и настройке низкочастотных аналоговых, ШИМ- и других устройств, Visual Analyser может оказаться полезным еще, например, и для индикации сквозной характеристики радиоканала по низкой частоте. Ни для кого не секрет, что отдельные модели промышленно выпускаемых радиостанций, тангент/гарнитур разных производителей и разного назначения отличаются пониженной разборчивостью. Выявить (причем не приближаясь с подключением сигнал-генератора ко «внутренностям» раций или их «обвеса»), по какой причине: неудачное ли это акустическое оформление, определяемое конструкцией, или же «плохой» электрический низкочастотный тракт (что во многих случаях «лечится» подбором параметров RC -цепей), нам Visual Analyser и поможет.

А как это сделать, автор проиллюстрирует ниже.

Хотя и использовались не требующие никаких подобных тестов два старых добрых «сибишных» «Штурмана», но только потому, что их гнезда под гарнитуру позволяют работать со стандартными акустическими кабелями, оконеченными разъемами 3,5 мм. Ну не паялось мне что-то. Так что две UHF -«бубнилки» китайской национальности с кенвудовским стыком — подождут.

Вот схема «испытательного стенда»:

Помимо «Анализера» (хотя это где-то в нем самом есть) автор использовал еще и подкупающий своей предельной простотой старинный софтверный сигнал-генератор, выдающий неплохую синусоиду, отчаянно врущий на меандре (что странно) и «треугольнике», давным-давно проверенный на предмет весьма равномерной АЧХ генерации белого шума до частот по крайней мере 14. 15 кГц (шум сформирован не математически, а бесконечным повторением короткого звукового WAV -файла, записанного с физического источника шума). Зачем нам белый шум — будет понятно по ходу дела (это даже наглядней, чем использование свип-генератора, особенно когда его нет 🙂

Следует упомянуть о необходимых настройках оборудования:

1. Ручка громкости приемной радиостанции выкручена на 20. 25% от предельного (чтобы сигнал с выхода Phone не перегружал микрофонный вход звуковой карты компьютера);

2. Движок громкости динамика компьютера установлен на позиции, индицируемой как 6 ед. (от 100 возможных на максимуме; чтобы не перегрузить вход MIC передающей радиостанции).

При указанных на схеме соединениях, передающая станция конкретного производителя может заработать в VOX -режиме, но некоторые (в том числе и примененные «Штурманы» без подключения в гнездо Phone внешнего динамика) требуют для инициации передачи нажатия PTT .

Поскольку анализ и визуализация спектра требует определенного промежутка времени, то при подаче широкополосного белого шума на микрофонный вход передающей станции мы в итоге на экране спектроанализатора нашего «Анализера» получаем чуть «дышащую» и пусть несколько «бородатую» (из-за изменения «мгновенных» значений отдельных частотных компонентов), но тем не менее — огибающую низкочастотной АЧХ нашего радиоканала. И все дела!

Видим некоторый подъем от 300 Гц к частоте около килогерца (что улучшит разборчивость речи), некоторый спад к частоте 4 кГц (что повыше стандартной полосы, ограничиваемой тремя килогерцами, причем при использовании FM это без проблем позволяет не «выбегать» за рамки отведенного радиочастотного канала шириной +/-5=10 кГц при индексе модуляции до 1,15). Далее, на более высоких частотах, следует глубокий спад (более 20 дБ на октаву), превращаясь в «провал» около 9. 10 кГц. Некоторая «борода» выше 10 кГц вкупе с указанным провалом перед ней скорее всего указывает нам на то, что примененный разработчиками рации фильтр низких частот имеет огибающую, характерную фильтрам Чебышева.

Поскольку в «СиБи» на канале С9Е используется и АМ (правда, преимущественно только лишь на нем одном), полоса оказывается несколько широковата, давая на границе соседнего канала (+/-5 кГц от несущей) спад от среднего уровня полосы голосового сигнала не выше 9. 10 дБ. Но, учитывая довольно малую плотность голосового спектра выше двух с небольшим килогерц, это обстоятельство «соседям» существенно не помешает.

Так как субъективная разборчивость речи посредством «Штурманов» весьма высока, и визуально наблюдавшиеся нами электрические характеристики НЧ-тракта — тоже, то можно лишь добавить, что неказистый «кирпичный» корпус рации — тем не менее удачен в аспекте акустического оформления установленного в нем микрофона и динамика.

Что еще полезного мы можем «выжать» из нашего виртуального приборного стенда?

Ну, например, узнать совокупный уровень шума радиостанции «эфир+компоненты приемного тракта». Устанавливаем на сигнал-генераторе синусоиду частотой 1 кГц и смотрим, что получилось.

Видим на осциллографе и спектране «Анализера» нашу прошедшую по радиотракту синусоиду. Видим амплитуду синусоиды в районе -3 дБ, а средний уровень шумов в голосовом спектре — приблизительно -57 дБ. Откуда понимаем, что соотношение сигнал/шум превосходит 50 дБ, если не считать пиков гармоник килогерцового сигнала в районе -30 дБ, что, однако же, говорит о весьма неплохом качестве его формирования простецким софт-генератором.

На всякий случай убеждаемся, что мы видим именно гармоники сигнала генератора, обусловленные квантованием, а не какие-либо иные артефакты тракта.

Перенастраиваем софт-генератор на частоту 3 кГц и смотрим.

На спектране «Анализера» видим высокую трехкилогерцовую линию и — только вторую ее гармонику 6 кГц: более высокие ушли в шумы, хотя пик третьей (9 кГц) при желании можно разглядеть.

Заодно — можно оценить уровень паразитной шумовой модуляции полезного сигнала на частотах ниже 3 кГц (показан на панели осциллографа).

Visual analyser как пользоваться

Visual Analyser. Установка и предварительная настройка

Автор: Sobiratel_sxem
Опубликовано 25.05.2018
Создано при помощи КотоРед.

Добрый день, уважаемые радиолюбители.

В предыдущей части данной статьи я кратко рассказал Вам об основных возможностях измерительного комплекса на базе персонального компьютера (ПК) с использованием программного обеспечения (ПО) Visual Analyser [1]. Сегодня я хотел бы продолжить данный цикл статей и рассказать Вам подробно об установке и предварительной настройке данного измерительного комплекса. Итак, пожалуй, начнём…
Для начала использования измерительного комплекса на базе ПК необходимо скачать с официального сайта автора само программное обеспечение Visual Analyser, установить его на компьютер и настроить. Для скачивания программного обеспечения необходимо зайти в раздел «Download» на сайте автора и выбрать необходимую версию. Я рекомендую Вам использовать последнюю версию ПО, датируемую 2014 годом [1].
После скачивания и установки ПО на рабочем столе появится 2 ярлыка – один для запуска 32-х разрядной версии ПО, а второй для запуска 64-х разрядной. В зависимости от типа установленной операционной системы (ОС) необходимо использовать ту или иную версию ПО. Несмотря на то, что 32-х разрядная версия ПО отлично будет работать на 64-х разрядных операционных системах всё же эффективнее использовать на них именно 64-х разрядную версию данного ПО. Не буду описывать подробно процесс установки ПО т.к. он типовой и не содержит каких-либо тонкостей. Перейдём непосредственно к настройке ПО и ОС сразу.
Для объяснения настройки и принципа работы измерительного комплекса мной будут использовано следующее программное и аппаратное обеспечение:
1. Непосредственно ПО Visual Analyser [1];
2. ПК с установленной звуковой картой Asus ROG Xonar Phoebus [2, 3]
3. Операционная система Windows 10.
На начальном этапе настройки измерительного комплекса необходимо настроить для работы саму операционную систему. Для этого нужно зайти в настройки управления звуковыми устройствами ОС. Попасть туда можно несколькими путями:
1. Пуск – Параметры – Управление звуковыми устройствами (набрать в строке поиска на странице параметров ОС «Управление звуковыми устройствами» и выбрать соответствующий пункт).
2. Воспользоваться поиском в Windows. Для этого необходимо на панели задач Windows выбрать «Поиск в Windows» (с иконкой лупы); набрать в поиске «управление звуковыми устройствами» и выбрать соответствующий пункт.
3. Щёлкнуть правой кнопкой мыши по иконке звуковых устройств в области уведомлений Windows (в виде динамика в правом нижнем углу) и выбрать пункт «Устройства воспроизведения».
Перед Вами появится окно, показанное на фото ниже в верхней половине фото.

В данном окне будут перечислены имеющиеся на ПК устройства для воспроизведения звука с доступными в данный момент аудиовыходами.
На данном этапе нам необходимо назначить одно из устройств воспроизведения устройством по умолчанию. Именно это устройство будет в дальнейшем использовано при работе измерительного комплекса.
Различные звуковые карты комплектуются различным набором входных и выходных аудиовходов и аудиовыходов, соответственно вариантов может быть несколько, но в любом случае, в качестве аудиовыхода для воспроизведения необходимо выбирать выход с наилучшими параметрами по полосе пропускания, уровню нелинейных искажений, соотношению сигнал/шум и максимальной развиваемой на выходе амплитудой сигнала.

Данные технические характеристики можно обычно посмотреть на официальном сайте производителя звуковой карты (либо материнской платы, если звуковая карта встроенная). В моём случае это выход на динамики.

На звуковой карте Asus ROG Xonar Phoebus имеется отдельный выход на наушники, который имеет примерно схожие характеристики по соотношению сигнал/шум, а так же уровню нелинейных искажений, но развивает на выходе значительно более низкое максимальное напряжение.
Для назначения устройства воспроизведения по умолчанию необходимо щёлкнуть по нему правой кнопкой мыши и выбрать пункт «Использовать по умолчанию», затем щёлкнуть повторно правой кнопкой мыши и выбрать пункт «Использовать устройство связи по умолчанию». После этого выбранное устройство будет назначено в операционной системе как устройство воспроизведения по умолчанию для всех применений (пункт 1).
После назначения устройства воспроизведения по умолчанию необходимо настроить некоторые его параметры. Для этого нужно щёлкнуть по выбранному устройству вновь правой кнопкой мыши, выбрать пункт «Свойства», после чего в открывшемся окне перейти на вкладку «Дополнительно». Вы увидите окно, показанное в нижней половине фото слева.
На данной вкладке в выпадающем меню необходимо выбрать максимальную поддерживаемую частоту дискретизации выбранного устройства воспроизведения и разрядность ЦАП. В моём случае это 24 бит, 192 000 Гц (пункт 2).
В некоторых версиях ПО так же есть дополнительная вкладка со звуковыми эффектами и фильтрами, которые возможно применить к выводимому аудиоустройством звуку. В этом случае для выбранного аудиоустройства необходимо дополнительно отключить все звуковые эффекты и фильтры. На этом настройку устройств воспроизведения можно считать законченной.
Переходим к настройке устройств записи. Алгоритм настройки устройств записи полностью аналогичен алгоритму настройки устройств воспроизведения, поэтому подробного его описывать не будем. Меню настроек устройств записи открывается аналогично меню устройств воспроизведения. Внешний вид окон для настройки устройств записи для моей звуковой карты и ОС показан на фото ниже (справа, пункты 3 и 4).

Как известно, в комплекте поставки ПО к звуковым картам различных производителей обычно поставляется дополнительное фирменное программное обеспечение для гибкой настройки параметров звуковой карты. Если Вы используете данное программное обеспечение в режиме автозапуска (т.е. оно стартует автоматически при загрузке операционной системы), то дополнительно необходимо проконтролировать соответствие установленных в системе настроек для устройств по умолчанию и настроек в данном программном обеспечении. Обычно синхронизация настроек происходит автоматически, но не всегда корректно.
Таким образом в поставляемом к звуковой карте дополнительном программном обеспечении необходимо проконтролировать и при необходимости установить в качестве устройств записи и воспроизведения те же самые устройства, что были установлены по умолчанию в операционной системе.
Все настройки операционной системы и дополнительного программного обеспечения должны быть идентичны (т.е. выставлены одинаковые частоты дискретизации, разрядность ЦАП и АЦП, а так же отключены все звуковые эффекты и фильтры, эквалайзер выставлен на «0»).

Внешний вид окна настроек дополнительного ПО, поставляемого в комплекте к моей звуковой карте представлен на фото далее (пункты 5-8).

На этом настройку операционной системы можно считать законченной. Перейдём к предварительной настройке самого программного обеспечения Visual Analysrer.

Как уже было отмечено выше, после установки ПО на Ваш ПК на рабочем столе будет создано 2 ярлыка. Запустите версию ПО Visual Analyser, соответствующую версии вашей операционной системы.
После запуска ПО можно приступать к его настройке. Для этого в верхней части окна необходимо войти в меню «Setting» (вторая слева кнопка) и в появившемся окне перейти на вкладку «Device». Перед Вами появится окно настройки используемого для работы оборудования. Данное окно настроек показано на фото ниже.

В левой части данного окна необходимо выбрать устройство ввода (Input device). В данном поле в выпадающем списке выбирается то же самое устройство, что было выбрано в операционной системе как устройство записи по умолчанию (пункт 9).
В правой же части окна аналогично выбирается устройство вывода (Output device). В данном поле выбирается выбранное по умолчанию в системе устройство воспроизведения (пункт 10).
После выбора устройств ввода и вывода необходимо нажать кнопку «Detect with oversampling» (пункт 11) — программное обеспечение Visual Analyser своими силами протестирует выбранное оборудование и его поддерживаемые режимы появятся ниже под строками с выбранным оборудованием (Supported Formats).
На данном этапе необходимо обратить внимание на максимальную поддерживаемую оборудованием частоту дискретизации и разрядность АЦП/ЦАП – они нам ещё пригодятся в дальнейшем (а лучше записать/сделать скан экрана).
Если же после нажатия кнопки «Detect with oversampling» процедура тестирования оборудования не прошла необходимо нажать кнопку «Detect standard» (пункт 11). В этом случае выбранное оборудование будет протестировано средствами операционной системы, а поддерживаемые режимы будут так же выведены таблицей ниже под строками с выбранным оборудованием (Supported Formats).

После выбора оборудования и тестирования его возможностей переходим к дальнейшим настройкам ПО. Для этого необходимо перейти на вкладку «Main», представленную на фото ниже (слева). В верхней левой части окна (пункт 12) нам необходимо выбрать частоту дискретизации (Frequency sampling) и размер преобразования Фурье (FFT size).
В качестве частоты дискретизации необходимо выбрать максимальную поддерживаемую частоту, полученную в результате тестирования оборудования на предыдущей вкладке.

Теоритический максимум полосы пропускания измерительного комплекса не может лежать выше половины частоты дискретизации, согласно теореме Котельникова [5]. К этому ограничению мы ещё вернёмся на этапе тестирования технических возможностей измерительного комплекса.
Размер преобразования Фурье выбирается из практического соотношения между точностью построения спектра и скоростью вычисления преобразования Фурье.
Чем больше размер преобразования Фурье – тем точнее и подробнее спектр, но тем медленнее его расчёт и выше нагрузка на центральный процессор ПК. Оптимальное соотношение выбирается исходя из возможностей центрального процессора, установленного в ПК. В большинстве случаев вполне достаточно размера равного 8192-16384 для получения необходимой точности. Я обычно использую размер преобразования Фурье равный 32768 [6, 7].

После выбора частоты дискретизации и размера преобразования Фурье необходимо для подтверждения настроек нажать кнопку «Confirm» (Подтвердить, пункт 12).
Следующим этапом настройки ПО является выбор количества используемых каналов (Number of Channels). Так как в дальнейшем после настройки комплекса будет произведено практическое тестирование его возможностей выставим режим работы Stereo (Стерео, пункт 13).

На следующем этапе настройки необходимо настроить разрядность работы АЦП (bit deph, пункт 14). На данном этапе данные настройки разрядности можно оставить по умолчанию т.е. 16 бит. Более подробно о выборе разрядности мы поговорим при рассмотрении окончательной настройки измерительного комплекса.
Для более точного и достоверного построения спектра при расчете и выводе его на экран, а так же устранения эффекта размытия спектра (и некоторых других нежелательных эффектов) используются так называемые оконные функции. Каждая оконная функция обладает присущими ей достоинствами и недостатками [4, 8]. Я рекомендую использовать Вам оптимизированное окно Блэкмана (пункт 15).
Итак, вот и пришла пора приступить к следующему этапу настройки Visual Analyser — настройки внешнего вида измерительного комплекса. Для этого необходимо перейти на вкладку «Spectrum», показанную на фото справа чуть выше.
В правой части представленного окна необходимо выбрать тип (линейный/логарифмический) и шаг масштабов по осям (пункт 16). Тем кто часто пользуется измерительными приборами скорее всего удобнее будет использовать логарифмический масштаб по осям (Log Y axis, Log X axis) т.к. он позволяет отобразить на экране измерительного прибора достаточно большие интервалы. Аналогичная ситуация обстоит и с шагом координатной сетки – стандартный шаг (Step) во многих измерительных приборах (по умолчанию) принят равным 10 дБ.
Так же на данной вкладке необходимо дополнительно включить отображение спектра в реальном времени (FFT enabled) и информацию об уровне выбранной гармоники (info) в окне отображения спектра (пункт 17).

Чуть ниже под данными настройками расположены настройки отображения полосы частот на спектре сигнала (Freq. Range). Доступно 2 варианта задания полосы частот – автоматический режим (Automatic) и ручной (для которого необходимо задать верхнюю и нижнюю границы в герцах). Я рекомендую использовать Вам ручной режим. Для его активации необходимо снять галочку в поле Automatic после чего станут доступны поля для ввода верхней (Upper) и нижней (Lower) граничной частоты (пункт 18).
В качестве верхней граничной частоты отображаемой полосы частот необходимо задать максимальную поддерживаемую частоту дискретизации, (которую мы определили ранее на вкладке «Device» ранее) делённую пополам (в соответствии с теоремой Котельникова). Для моего случая эта частота равна 48 000 Гц. В качестве нижней граничной частоты целесообразно выбрать частоту равную 5 Гц т.к. многие звуковые карты имеют встроенный полосовой фильтр и отсекают полосу частот как сверху так и снизу. Об этом мы так же подробно поговорим при тестировании технических возможностей измерительного комплекса и его окончательной настройке (пункт 18).
Если Вы используете небольшие значения размера преобразования Фурье (FFT size), то выводимый в реальном времени на экран спектр может достаточно сильно «мельтешить» перед глазами. Для избавления от подобного эффекта можно применить усреднение к выводимым в реальном времени данным. Для этого необходимо из выпадающего списка в правой части окна выбрать необходимую величину усреднения (AVARAGE real time). В большинстве случаев достаточно усреднения по 5-10 результатам вычисления спектра (пункт 19).

При выборе усреднения стоит помнить, что выбор слишком больших значений увеличивает время вывода спектра на экран, что при точной настройке тестируемого устройства может быть не совсем удобно т.к. изменения изображения спектра будут сильно отставать от фактического изменения режима работы тестируемого/настраиваемого устройства. Я же использовать усреднение в реальном времени не буду т.к. мной использован достаточно большой размер преобразования Фурье.
Немного ниже под настройками усреднения расположены настройки отображения дополнительных характеристик исследуемого сигнала (Distorsion) – коэффициента нелинейных искажений (THD) и суммы коэффициента нелинейных искажений и шумов (THD+N). Рекомендую включить отображение коэффициента нелинейных искажений (THD) сразу, поставив соответствующую галочку т.к. контроль данного параметра необходим практически всегда (пункт 20).

Для дальнейшей настройки измерительного комплекса необходимо перейти на вкладку «THD», показанную на фото справа выше. В правой части окна расположены настройки усреднения спектра при вычислении (Average for THD computation) и метода вычисления спектра (THD computation). Под методом вычисления спектра подразумевается выбор между коэффициентом нелинейных искажений (THD-F) и коэффициентом гармонических искажений (THD-R). На данном этапе я рекомендую оставить данные настройки по умолчанию (пункт 21).
На этом этапе предварительную настройку измерительного комплекса можно считать практически законченной. Нам осталось настроить только параметры встроенного генератора сигналов. Для этого в верхней части основного окна программы необходимо нажать на кнопку «Wawe» (четвёртая слева), после чего перед Вами появится окно, показанное на фото слева ниже.

В верхней и нижней части данного окна расположены настройки левого (Left (A) channel) и правого (Right (B) channel) каналов встроенного генератора сигналов. Единственное что необходимо сделать на данном этапе – активировать работу обоих каналов, установив соответствующие галочки в поля Enable (пункты 22, 24).
Между настройками основных параметров каналов располагаются дополнительные настройки. Нас интересует только одна – блокировка (Interlock) раздельного управления частотными параметрами каналов генератора. При активации данного пункта изменение параметров генератора в одном канале приводит к настройке аналогичных параметров в другом. Нам это свойство ещё пригодится при тестировании параметров измерительного комплекса, поэтому активируйте данный пункт сразу (пункт 23).
Последняя необходимая нам настройка находится в правой части этого же окна. Если Вы уже догадались, то это тоже блокировка (Interlock), но блокировка уровней напряжения на выходе каналов встроенного генератора (пункт 25). После установки соответствующей галочки предварительную настройку измерительного комплекса на базе ПК можно считать законченной.
Теперь смело можно сохранить все выполненные настройки. Для этого необходимо вновь вернуться в меню настроек программы (Setting) и в правой части появившегося окна нажать кнопку «Save Config» (Сохранить конфигурацию) . Все произведённые Вами настройки будут сохранены в файл по умолчанию. Вы так же можете сохранить настройки в отдельный файл, нажав кнопку «Save As» (Сохранить как), после чего Вам будет предложено ввести имя файла настроек и путь сохранения, после чего настройки будут сохранены.
В следующей части данной статьи мы поговорим с Вами о тестировании технических возможностей измерительного комплекса на базе ПК, а так же окончательной настройке комплекса.
На этом на сегодня все, с уважением, Андрей Савченко.