Для проведения лабораторной работы по акустике и звуковому вещанию необходимо использовать определенно программно-аппаратное обеспечение: линейка микрофонов, генератор синусоидального сигнала, звуковой динамик, осциллограф. Стояла задача минимизировать количество оборудования и время, затрачиваемое на подключение приборов и подготовку студии к лабораторной работе.
Ключевые слова: генератор, осциллограф, микрофон, анализ звука, лабораторная работа
Лабораторная работа подразумевает подключение сразу три довольно крупных устройства:
- Линейка микрофонов (рисунок 1) — штатив с коробом, включающим в себя 4 микрофона, которые соединены в горизонтальной плоскости. С помощью кнопок на верхней части короба осуществляется включение и выключение необходимых микрофонов. Питание осуществляется от сети 220 В. Звуковой кабель, объединяющий микрофоны и несущий сигнал на осциллограф, имеет разъем BNC (коаксиальный радиочастотный разъем).
Рис. 1. Реализация линейки микрофонов
- Генератор, используемый в данной работе необходим для создания синусоидального сигнала определенной частоты и уровня. Имеет довольно большие размеры и немалый вес (рисунок 2), что усложняет перенос данного устройства в необходимое место.
Рис. 2. Генератор сигналов
- Звуковой динамик — требуется для преобразования электромагнитного сигнала с генератора в звуковой сигнал.
- Осциллограф необходим для анализа сигнала, который создается генератором и воспроизводится колонкой. Используется для определения уровня сигнала в зависимости от направленности линейки микрофонов и различных вариаций подключений микрофонов (1-ый и 4-ый, 2-ой и 3-ий, все четыре активны). Так же, как и генератор имеет довольно крупные размеры (рисунок 3), что осложняет его перенос и подключение.
Рис. 3. Осциллограф
Для упрощения исполнения лабораторной работы было принято решение реализовать генератор и осциллограф с помощью звуковой карты ноутбука. Данное устройство имеет компактные размеры, что позволяет его с легкостью переносить и устанавливать в любом удобном месте. Также удалось освободить генератор и осциллограф для использования их в других лабораторных работах. На компьютере с помощью среды разработки LabVIEW удалось реализовать программу, позволяющую генерировать сигнал необходимой частоты, а управление частотой осуществляется в удобном интерфейсе пользователя (рисунок 4).
Рис. 4. Реализация интерфейса пользователя приложения «Генератор»
Графический код программы «Генератор» написанный на LabVIEW преведен на рисунке 5.
Рис. 5. Реализация приложения «Генератор» в среде программирования LabVIEW
Для улучшения качества передачи звукового сигнала лучше использовать внешний динамик (колонку), а не встроенные динамики ноутбука. Кабель, который раньше имел разъем BNC теперь заменен кабелем со стандартным разъемом 3.5 mm (TRC). Теперь гораздо проще, в случае повреждения кабеля, заменить его, т. к. кабели с разъемами 3.5 mm mini-jack более распространены в настоящее время и их легче найти. Также можно использовать качественные звуковые кабели для уменьшения влияния фидерного тракта.
Далее я приведу пример приложения «Осциллограф», которое было также написано на LabVIEW. Оно позволяет отслеживать характеристики звукового сигнала, снимаемого с линейки микрофонов, как в реальном времени, так и обрабатывать сигнал, сохраненный в памяти программы. На рисунке 6 изображен интерфейс пользователя приложения «Осциллограф».
Рис. 6. Реализация интерфейса пользовтеля приложения «Осциллограф»
Сверху мы видим график звукового сигнала в памяти устройства, снизу изображен график сигнала в реальном времени. Практическую реализацию приложения «Осциллограф» в графической среде разработки LabVIEW можно увидеть на рисунке 7.
Рис. 7. Приложение «Осциллограф» в среде разработке LabVIEW
Таким образом удалось полностью заменить генератор и осциллограф для исследования звуковых сигналов в некоторых лабораторных работах по акустике. Упрощение работы с осциллографом и генератором, написанными на LabVIEW, позволяют уделять больше времени на исследование звукового сигнала, а не тратить его на перенос, установку, и подключение устаревших осциллографов и генераторов. Также данные приложения, в случае необходимости, позволяют автоматизировать процесс измерения характеристик звукового сигнала. Но в данной статье этот код не приводится, т. к. задача лабораторной работы состоит в том, чтобы выработать у студентов навыки измерения характеристик направленности антенны, состоящей из n-микрофонов, позволить им получить практические навыки измерения параметров антенны. Полная автоматизация измерения в данном случае не требовалась.
