Анализатор спектра звуковых частот на основе FFT и Arduino

Анализатор спектра – это измерительное оборудование, которое для проведения анализа спектра использует быстрое преобразование Фурье (FFT - Fast Fourier Transform). Осуществление анализа Фурье возможно в случаях, когда непрерывный временной интервал может быть преобразован в непрерывный частотный интервал, в котором будет содержаться информация об амплитудах и фазах частотных компонентов.

Внешний вид анализатора спектра звуковых частот на основе Arduino

Представленный в данной статье анализатор спектра звуковых частот построен на основе платы Arduino. Устройство состоит из сравнительно небольшого числа компонентов.

Необходимые компоненты

  1. Плата Arduino Nano (купить на AliExpress).
  2. ЖК дисплей с разрешением 128х64 пикселов (ST7920 128x64 LCD) (купить на AliExpress).
  3. Резистор 10 кОм (2 шт.) (купить на AliExpress).
  4. Однооборотный потенциометр 10 кОм (single-turn potentiometer) (купить на AliExpress).
  5. Конденсатор 1 мкФ (купить на AliExpress).

Если вы раньше не работали с графическим дисплеем, используемом в данном проекте, то на нашем сайте вы можете прочитать статью про подключение графического ЖК дисплея ST7920 к плате Arduino.

Работа схемы

Схема анализатора спектра звуковых частот на основе платы Arduino представлена на следующем рисунке.

Схема анализатора спектра звуковых частот на основе ArduinoАудио сигнал в данной схеме подается на аналоговый контакт A0 платы Arduino, смещение рабочей (средней точки) на этом контакте обеспечивается с помощью потенциометра 10 кОм. Таким образом, рабочую точку можно регулировать от 0 до +5V. Также на входе схемы можно установить потенциометр для управления амплитудой входного сигнала.

Код программы использует библиотеку "fix_fft", которая предназначена для анализа спектра сигналов с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ).

Собранную конструкцию проекта мы упаковали в удобную коробку. Данный анализатор спектра нельзя назвать профессиональным инструментом поскольку он имеет низкое разрешение и частотный диапазон, но для образовательных целей он подойдет отлично.

Исходный код программы (скетча)

Видео, демонстрирующее работу анализатора спектра

На видео представлен анализ нескольких различных видов сигналов с помощью спроектированного анализатора спектра.

При синусоидальном входном сигнале несущую хорошо видно и если частота входного сигнала изменяется, то положение несущей на экране анализатора также смещается.

При подаче на вход сигнала прямоугольных импульсов на экране анализатора хорошо виден основной сигнал, а также три нечетные гармоники - x3, x5 & x7.

Спектр последовательности прямоугольных импульсов

Если же мы подадим на вход анализатора аудио сигнал, то мы увидим на экране его спектр.

Спектр аудио сигнала

Источник статьи

(Проголосуй первым!)
Загрузка...
2 743 просмотров

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *