Программа Spectrum Laboratory
Серьёзные аудиофилы, уделяющие должное внимание измерениям, хорошо знакомы с программой SpectraLAB фирмы Sound Technology, являющейся одной из самых продвинутых программных спектроанализаторов на основе звуковой карты ПК (оцифровка аналогового сигнала выполняется звуковой картой ПК, а преобразование из временной области в частотную выполняет ЦП ПК по алгоритму быстрого преобразования Фурье - FFT). К сожалению, эта удачная программа давно не обновлялась, и, кроме того, не бесплатна.
К нашему большому удовлетворению один из энтузиастов радиолюбительской связи Вольфганг Бушер DL4YHF разработал аналогичную программу, которую назвал Spectrum Laboratory (Spectrum Lab). Она абсолютно бесплатна, относительно компактна, но по функциональности во многом даже превосходит SpectraLAB. Инсталлятор последней рабочей и бета версии (объёмом чуть больше 2 МБ) доступен по адресу dl4yhf.ssl7.com/speclab/ и с зеркала www.qsl.net/dl4yhf/spectra1.html.
Кроме имеющейся и в SpectraLAB возможности представления исследуемого сигнала во временной области виртуальным осциллографом и в частотной области спектроанализатором (стандартное двухмерное представление по осям спектральная плотность / частота и трехмерное с дополнительной осью времени) или спектро-графом-«водопадом» (частота / время + изображение спектральной плотности цветом; минимальный временной шаг спектрографа составляет беспрецедентно малую миллисекунду, что позволяет эффективно анализировать акустические процессы), а также генерации тест-сигналов типа синусоиды, меандра, треугольного, свип-тона, белого и розового шума, Spectrum Lab позволяет генерировать тест-сигналы с амплитудной и частотной модуляцией, причем в качестве модулирующего сигнала можно выбрать как стандартный, так и описываемый формулой пользователя или коротким (до 1024 точек) аудиофайлом.
Программа умеет работать со всеми современными звуковыми картами разрядностью до 24 бит и частотой дискретизации до 192 кГц, причём точность измерений гарантируется калибровкой не только коэффициента усиления, но даже частоты дискретизации звуковой карты. А «заточенные» под связистов и радиолюбителей возможности Spectrum Lab просто уникальны - сразу видно, что программу разрабатывал настоящий энтузиаст.
Специально для радистов предусмотрен DF6NM's Wideband Direction Finder with Colour Encoded Spectrogram Display - цветной круговой индикатор направлений на радиомаяки, вычисляющий азимут посредством сравнения сигналов с двух антенн, развернутых в пространстве по отношению друг к другу. Входной сигнал для анализа можно получать не только через звуковую карту ПК, но и сразу в цифровом виде с выхода программного аудиоплеера Winamp (без промежуточного преобразования в файл), т.е. обеспечена работа с любыми цифровыми аудиоформатами, понятными для Winamp (wav, mp3, wma, aac и т.д.), а также потоковыми файлами фонограмм, закачиваемыми из интернета.
Встроенный в Spectrum Lab HTTP-сервер позволяет как управлять функциями с удаленного компьютера средствами HTML+javascript, так и отправлять/ принимать данные/результаты анализа через интернет или локальную сеть.
Специальный интерфейс Audio Utility (http:// www.qsl.net/dl4yhf/snd_utH.html) способен принимать сигнал и с любого другого внешнего АЦП, например, со встроенного в микроконтроллер PIC (http://www.qsl.net/dl4yhf/soundutl/ serpicad.htm) через последовательный интерфейс последнего.
Связисты тоже могут быть довольны - предусмотрена не только возможность приема и декодирования сигналов цифровых видов связи, таких как PSK31, BPSK, QPSK, FSK, multi-tone HELL, MSK, но и специальный сверхбыстрый режим спектрографа, позволяющий визуализировать телеграфный сигнал Slow CW (QRSS, DFCW, CASTLE). Связь трансивера с ПК через СОМ-порт позволяет сконфигурировать автоматическое переключение Spectrum Lab в режиме передачи к выходу модулятора передатчика. Режимы декодеров MSF (60 кГц), HBG (75 кГц) и DCF77 (77,5 кГц) предназначены для автосинхронизации часов вашего ПК с временным кодом (сигналами точного времени) упомянутых длинноволновых передатчиков (для этой процедуры вам понадобится длинноволновый радиоприемник). При подключении левого и правого линейных входов полнодуплексной звуковой карты к квадратурным I и Q выходам приемника прямого преобразования специальный режим DC receivers Image Cancelling позволяет в режиме реального времени компенсировать помехи зеркального канала. Настройки FFT позволяют выполнять в реальном времени сдвиг спектра входного сигнала, например, с ультразвука 17,2 кГц в слышимый звуковой диапазон 650 Гц (специальная настройка «Bat converter» переносит вниз спектр и позволяет услышать «локаторы» летучих мышей), а режим Frequency Offset Detector компенсирует уход частоты длинноволнового или KB приемника.
Возможности синтезируемых программой фильтров (полосовых, режекторных, ФНЧ, ФВЧ, фильтров пользователя с произвольной задаваемой графически АЧХ) характеризуются их предельным порядком 128 (!), нереализуемым обычными аналоговыми способами. От множества предустановок синтезируемых фильтров просто захватывает дух. Например, усовершенствованный адаптивный антифоновый режекторный фильтр сетевых помех (50 Гц или 60 Гц и их гармоник) Advanced hum filter с целью минимизации побочного воздействия на полезный звуковой сигнал синтезируется настолько узкополосным, что полоса подавления становится уже допуска на сетевую частоту, и фильтр приходится делать следящим за частотой помехи. В этом ему помогает спектроанализатор, непрерывно следящий по любому из двух алгоритмов (V1.1 или V1.2, предложенных Полем Никольсоном http:// www.abelian.demon.co.uk/humfilt/) за мгновенной частотой сетевой помехи в заданной частотной окрестности (по умолчанию ±0.5% от 50 или 60 Гц) с заданными периодичностью (по умолчанию 0,5 с) и предельной скоростью изменения. Сохранение данных анализа возможно как в текстовый, так и в графический (bmp/jpg) файл, причем как однократно вручную, так и автоматически по заданному расписанию или с заданной периодичностью, а также при выполнении заданного условия.
Полное описание возможностей программы Spectrum Lab выходит за рамки этой статьи, но уже упомянутого достаточно, чтобы ощутить её уникальность и полезность для радиолюбителей. Вместо точки в конце обзора Spectrum Lab упомянем еще один пункт меню - Spectrum Lab Components, где автор в виде эквивалентной блок-схемы изображает «железный» эквивалент программных блоков, выделяя зеленым цветом задействованные в конкретном режиме узлы схемы, серым - «отключенные», а красным - блоки, параметры которых заданы некорректно или режимы не соответствуют предельно допустимым (например, перегружен по уровню микшер звуковой карты). Двойным щелчком мышки по тому или иному блоку вызываются меню, определяющие параметры этого блока.