Finalmente il desiderio di poter ottenere con un comune PC le prestazioni fornite dai costosissimi analizzatori FFT real-time viene realizzato con una soluzione che, oltre ad offrire la facilità dell'ambiente operativo di Windows 95,98,NT,Windows 2000, ME, XP, consente il supporto sia delle attuali più diffuse schede audio a 8/16 Bit sia della nuova generazione di schede di acquisizione con conversione a 18/20/24 Bit (o sup).

Queste nuove soluzioni per l'analisi dinamica dei segnali consentono la realizzazione di sistemi di misura ed analisi, totalmente innovativi e basati su una semplicità di impiego fin'ora irraggiungibile.

I settori di applicazione dove un analisi dinamica del segnale costituisce la base per la definizione della qualità del prodotto e per lo studio necessario al suo miglioramento spaziano dal campo dell'elettroacustica, a quello delle misure del rumore o delle vibrazioni, al settore automobilistico ed aeronautico, quello medico, biomedico ed audiologico, analisi della voce, didattica per scuole ed istituti universitari, al settore della telefonia e delle radio e televisioni pubbliche e private, oltre a quello dei sistemi di controllo qualità in linea di produzione.

Se si considera che un livello di rumore o di vibrazione inferiore sono caratteristiche di un macchinario di migliore qualità, si comprende facilmente come un analisi dinamica del segnale possa costituire lo strumento di indagine più adeguato per il raggiungimento di questi obiettivi.

SOFTWARE STUDIATO COME SOLUZIONE INTEGRATA. Il software è stato studiato per offrire una soluzione completa ai vari problemi specifici dell'analisi dinamica dei segnali. Una serie di finestre grafiche definibili consente di visualizzare a canale singolo o bicanale spettri FFT in real-time ad alta risoluzione o spettri in 1/1, 1/3, 1/12 d'ottava. Un versatile generatore di funzioni fornisce ogni tipo di segnale necessario per l'eccitazione dei dispositivi in prova. I modi di funzionamento in real-time oppure in registrazione o in post-elaborazione consentono di poter impiegare tutte le varie funzioni di analisi e di edit del segnale, con la massima comodità e versatilità. Ogni acquisizione, così come il risultato di ogni elaborazione, può essere riascoltata anche contemporaneamente al processo di analisi. Nel modo bicanale sono previste le misure di funzione di trasferimento, parte reale e complessa, coerenza, crosspettro, trasformata inversa IFFT e trasformata di Hilbert. Sono previsti filtraggi digitali passa banda o reiezione di banda oltre alle pesature per acustica: (A), (B) e (C). Tutte le misure possono essere visualizzate anche in forma numerica ed esportate in file .WAV, binario o ASCII. La stampa grafica è comprensiva della descrizione completa e personalizzata di ogni analisi.

PROGETTATO PER IL FUTURO.

La potenzialità delle funzioni di analisi contenute nel software, aumenta con l'incremento della velocità di elaborazione del processore del PC, mantenendosi totalmente indipendente dai DSP montati su molte schede di acquisizione; per esempio, la velocità di real-time raddoppia utilizzando la versione compilata a 32 Bit, operativa su calcolatori provvisti di Windows 95/NT, Power PC e Power Mac. Una architettura specifica consente di poter aggiungere al pacchetto software base vari moduli di estensione per funzioni di elaborazione, previste per il prossimo futuro. Per le applicazioni più sofisticate, è previsto a breve scadenza la possibilità di lavorare con schede di acquisizione a 24 Bit e quindi con una dinamica di oltre 140 dB, su entrambi I canali.

MODALITA' OPERATIVE

Real-Time: Acquisizione continua con analisi e visualizzazione.

Registrazione: Registrazione diretta su disco del segnale file .Wav con analisi e riascolto

Post-Processo: Analisi ed elaborazione del segnale registrato sul disco.

Generatore: Sorgente di segnale sinusoidale a scansione, ad impulso, rumore bianco/rosa multitoni oppure segnale arbitrario definibile.

FUNZIONI DI ANALISI ed ELABORAZIONE

FFT: Analisi a banda stretta, grafici di ampiezza verso frequenza con assi lineari o logaritmici, zoom grafico, sovrapposizione di più grafici, indicazione numerica real-time del valore globale o armoniche, decimazione della frequenza di campionamento e rifiltraggio digitale, finestre temporali definibili, funzioni di trigger, medie lineari o esponenziali, funzione di trasferimento reale / complessa, IFFT, crosspettro, analisi a bande di ottava, picco massimo, trasformata di Hilbert, integrazione inversa di Schroeder, rapporto segnale / disturbo, potenza totale, ecc.,ecc..

SPETTRI: Analisi spettrale real-time bicanale con visualizzazione diretta del valore globale e finestra multi-cursori, analisi a bande di ottave ad alta risoluzione da 1/1 a 1/12 d'ottava per impieghi specifici nelle indagini di rumore. Tabelle numeriche livelli / frequenza, spettri sovrapponibili, cursori fissi posizionabili.

FASE: Visualizzazione della risposta in fase verso frequenza, differenza in fase tra canali (L/R, L-R, R-L) fase della funzione di trasferimento.

GRAFICA 3-D: Grafica tridimensionale real-time delle analisi spettrali nel tempo per una visualizzazione dinamica ampiezza-frequenza-tempo, di segnali velocemente variabili.

SPETTROGRAMMI: Rappresentazione grafica real-time delle analisi frequenza-tempo, con indicazione cromatica (256 colori) delle ampiezze ed aggiornamento continuo nel tempo del grafico (srolling)

SERIE TEMPORALE: Visualizzazione oscillografica real-time ampiezza-tempo del segnale d'ingresso digitalizzato. Possibilità di inviluppo nel tempo con scalatura in dB delle ampiezze (Hilbert). Selezione mono, stereo o L-R per suono 'surround' e/o applicazioni in studi di registrazione audio/video. Memorizzazione diretta su disco in formato .WAV. Filtraggio passa alto/basso, passa-banda, reiezione di banda, e funzione di riascolto.

ELABORAZIONE: Spettri a banda stretta FFT con dimensione di calcolo selezionabile da 32 a 65536 campioni. Analisi a bande di ottava in 1/1, 1/3, 1/6, 1/12 d'ottava. PSD densità di potenza spettrale, THD distorsione armonica totale, IMD distorsione di intermodulazione.

GENERATORE: Sinusoidale, triangolare, quadra con scansione su gamma in frequenza selezionabile e tempi di scansione definibili. Segnali di rumore bianco e rosa, ad impulsi, multitoni, di intermodulazione, segnale da file '.WAV' in uscita come generatore.

DDE: Possibilità di scambio dinamico dei dati di analisi tra diversi programmi mediante funzione di Dynamic Data Exchange. Importazione / esportazione dati in formato binario oppure ASCII.

CARATTERISTICHE COMUNI PER IL SOFTWARE: SPECTRA-PLUS , SPECTRA-PRO, SPECTRA-LAB.

• Realizzato per lavorare con qualunque scheda audio con A/D converter a 8, 16 Bit o superiori.
• Ottimizzato per Windows 95,98,NT,Windows 2000, ME, XP
  Ogni visualizzazione può essere zoomata, riscalata, aggiornata dinamicamente e titolata.
• Letture dirette mediante click con il mouse sui grafici. Attivazione di finestre specifiche per la visualizzazione dei dati numerici.
• Funzioni di postelaborazione, con menù attivato direttamente mediante click sul tasto destro del mouse.
• Facile impiego di ogni funzione; individuata da icone esplicative e da menù guidati con indicazione in chiaro di ogni variabile.
• Facilmente installabile. Non è necessario essere degli esperti nell'acquisizione dati o nell'analisi dei segnali e neppure esperti in programmazione.
• Nella sua immediatezza e facilità d'uso risulta un insuperabile strumento per l'apprendimento e la didattica delle tecniche di analisi numerica dei segnali.
• Modulare nella sua architettura base, consente l'inserimento di varie funzioni in relazione ai costi o alle specifiche esigenze di analisi dell'utente. Ogni estensione delle capacità di analisi viene facilmente attivata mediante opportuno codice.
• Il migliore compromesso tra prestazioni e costi, con un rapporto migliore da 5 a 20 volte rispetto ogni altra soluzione basata su strumentazione dedicata.
• Una soluzione adatta per le più generiche funzioni di analisi dinamica del segnale. Ideale in ogni tipo di applicazione industriale, di ricerca e di didattica.

SPECTRA-PLUS

• Risoluzione max. 4096 punti FFT.
• Real-time FFT bicanale.
• Velocità: 26mS. per 1024 linee FFT con un PC 486DX/25.
• Frequenza di real-time superiore ai 20KHz con un 486DX/33.
• Decimazione frequenza di campionamento fino a 20:1.
• Visualizzazione in 1/3 d'ottava.
• Analisi a banda stretta e su una decade in 1/3 d'ottava.
• Supporto schede acquisizione con A/D a 8 o 16 Bit.
• Gamma dinamica convertitore A/D fino a -96 dB.
• Calcolo con parole di 16 Bit: (dinamica > 90 dB)
• Architettura blocchi a codice fisso.
• Software solo aggiornabile, non espandibile.
• Sovrapposizione grafica per un solo singolo spettro.
• Cursori assoluti o relativi (differenza).
• Finestre temporali: rettangolare, Hanning Hamming, Bartlett, Blackman, Kaiser, Parzen, Triangular.
• Analisi distorsione, picco in frequenza ed in ampiezza.
• Generatore di segnale incluso ma separato dall'analisi.
• Segnali generati: toni fissi, scansione sinusoidale, onda quadra e dente di sega, impulsi e rumore bianco / rosa.
• Compensazione microfonica identica per i due canali.
• Memorizzazione e richiamo dei file di configurazione.
• Filtri digitali (A), (B), (C) per ponderazione acustica in frequenza.
• Importazione / esportazione file binari e ASCII.
• Memorizzazione file dati numerici.
• Funzioni di trigger con pre e post-trigger.
• Scalatura asse X tipo lin / log ed ad ottave.
• Modi canale singolo, doppio, differenza canali.
• Visualizzazioni tempo, frequenza, ottave, spettrogramma, tridimensionale.
• Intestazione cliente e annotazione delle misure in stampa.
• Supporto completo della Clipboard.
• Funzione di Trasferimento parte reale.
• Media mobile di tipo esponenziale.
• Memorizzazione picco massimo.
• Funzioni di: taglia, cuci, muovi, filtra e riascolta.

SPECTRA-PRO

• Risoluzione max. 8192 punti FFT espandibile a 16384.
• Real-time FFT bicanale.
• Velocità: 13mS. per 1024 linee FFT con un PC 486DX/25.
• Frequenza di real-time superiore ai 20KHz con un 486DX/25.
• Decimazione frequenza di campionamento fino a 30:1.
• Visualizzazione in 1/1 e 1/3 d'ottava.
• Analisi a banda stretta e su due decadi in 1/1e 1/3 d'ottava.
• Supporto schede acquisizione con A/D a 8, 16 e 20 Bit.
• Gamma dinamica convertitore A/D fino a -120 dB.
• Calcolo con parole di 20 Bit: (dinamica > 115 dB)
• Architettura blocchi a codice asincrono.
• Software espandibile fino a 15 moduli aggiuntivi.
• Sovrapposizione grafica per due spettri.
• Cursori assoluti, relativi (differenza)e su armoniche.

  TUTTO COME NELLA VERSIONE SPECTRA-PLUS CON AGGIUNTA DI:

• Generatore di segnale integrato con controllo livelli.
• Segnale di riferimento a 1 KHz.
• Rilievo del segnale di overload e protezione del processore.
• PSD Power Spectral Density normalizzazione su banda di 1 Hz.
• Compensazione microfonica indipendente per i due canali.
• Merge: unione di due file mono in un file stereo. Decimazione: creazione di un nuovo file con campionamento più lento. Delete: rimozione di un file .WAV dal disco.
• Ritardo tra canali impostabile.
• Funzione di Trasferimento (reale / complessa); crosspettro; coerenza.
• Regolazione del guadagno, funzione di 'Mute'.
• Tasto destro del mouse: visualizzazione dati numerici della serie temporale; copia dati dello spettrogramma nella clipboard in formato testo; nuovo menù per impostazione rapida delle scale grafiche; facile impostazione / eliminazione di tutti i markers.
• Interscambio dinamico dei dati per il controllo remoto dell'analizzatore e del generatore tramite programmi in modalità DDE.
• Media mobile esponenziale e lineare.
• 6 diversi markers definibili ed etichettabili.
• Supporto completo della stampa a colori.

SPECTRA-LAB

• Risoluzione max. 16384 punti FFT espandibile a 65536.
• Real-time FFT bicanale.
• Velocità: 13mS. per 1024 linee FFT con un PC 486DX/25.
• Frequenza di real-time superiore ai 20KHz con un 486DX/25.
• Decimazione frequenza di campionamento fino a 50:1.
• Visualizzazione in 1/1 e 1/3 d'ottava; espandibile a 1/6, 1/9, 1/12.
• Analisi a banda stretta e su cinque decadi in 1/1e 1/3 d'ottava.
• Supporto schede acquisizione con A/D a 8, 16, 20 e 24 Bit.
• Gamma dinamica convertitore A/D fino a -144 dB.
• Calcolo con parole di 32 Bit: (dinamica > 190 dB)
• Architettura blocchi a codice asincrono.
• Software espandibile fino a 32 moduli aggiuntivi.
• Sovrapposizione grafica per quattro spettri ognuno etichettabile.
• Cursori assoluti, relativi (differenza)e su armoniche.
• TUTTO COME NELLA VERSIONE SPECTRA-PRO CON AGGIUNTA DI:
• Aggiunta dalla finestra temporale Flat-Top.
• Generatore multitoni, onda triangolare, file .WAV con segnale definibile dall'operatore.
• Miglioramento delle funzioni di analisi della distorsione armonica con finestre specifiche ed indicazione dinamica dei valori di THD, THD+N, IMD, SNR, picco in frequenza, picco in ampiezza, livello di potenza totale.
• Tasto destro del mouse: per funzioni di elaborazione speciali. Serie temporale: calcolo e visualizzazione spettro medio, tridimensionale, spettrogramma, potenza totale; trasformata di Hilbert; integrazione inversa di Schroeder.
• Dallo spettro calcolo della trasformata inversa IFFT.
• Scalatura dello spettro in fase e visualizzazione tabella numerica.
• Tridimensionale: visualizza la serie temporale della sola porzione selezionata dall'operatore, calcola lo spettro medio e / o lo spettrogramma, riscala il grafico tridimensionale.
• Spettrogramma: visualizza la serie temporale della sola porzione selezionata dall'operatore, calcola lo spettro medio e / o il grafico tridimensionale, riscala lo spettrogramma.
• Migliore gestione in fase di stampa per le annotazioni di commento delle misure.

ESEMPI DI ANALISI STANDARD FORNITE DAL SOFTWARE SPECTRA PLUS-PRO-LAB

Segnale campionato nel tempo.


Inviluppo del segnale nel tempo con scalatura delle ampiezze in dB. Livello / tempo.


Analisi spettrale FFT a 4096 linee spettrali. Spurie a -100 dB


Misura della risposta in fase verso frequenza.


Analisi in 1/12 d'ottava.


Analisi del rumore in 1/3 d'ottava.


Spettrogramma con scala dei grigi o scala a 256 colori.



Rappresentazione tridimensionale dell'analisi in frequenza nel tempo

DOCUMENTI E LETTURE:

Acoustic Signatures of Birds, Bats, Bells, and Bearings by Richard L. Smith (452Kb *.PDF)

Typical Time Based Vocalizations from the Top 20 Birds (155Kb *.PDF)

Alberto Armani:      

aarmani@spectra.it