Компьютеризированные демонстрационные эксперименты по механике. Нагорский Н.М - 38 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

МГУ | Москва

Составители: 

Рубрика: 

38
ющие с различных устройств. Настройка вх ода произво дится с по мощью любог о
микшера Windows; это мож ет быть, например, вх о дящая в состав операционной
системы стандартная программа «Р егулятор громкости», к оторая позволяет регу-
лиров ат ь громкость и уровень за писи, а также устанавлива ть различные устройства
в ка честве исто чника зв ук а для записи. В частности, если установить в ка честве
таког о источника устройство «Mixed Output», то на вход «Спектрографа» б удет по-
ступать тако й же зв уковой пот ок, как ой идет с выхода звуковой карты. Это позволя-
ет получа ть и обрабатывать данные, со держащиеся в различных звук овых файлах.
Спектральный анализ звуковых сигналов производится с помощью быст-
рого преобразования Фурье (БПФ) с прореживанием во времени. Это позволя-
ет проводить демонстрации по акустике в реальном масшта бе времени, полу-
чая высокое спектральное разрешение (~10 Гц при работе в диапазоне от 20 Гц
до 4000 Гц). Высокая точность получения спектра обеспечивается использова-
нием при БПФ достаточно большого отрезка времени (~0,25 с при частоте дис-
кретизации 8 кГц) и применением Гауссовой функции оконного сглаживания.
В «Спектрограф» встроен проигрыватель зв уковых файлов, к оторый позво-
ляет проводить все стандартные манипу ляции со звуковыми данными – запус-
кать и останавливать воспроизведение, производить перемо тк у. При показе де-
монстраций на монитор о дновременно выводятся спектр анализиру емого сигна-
ла и его осциллограмма, а также, если это необходимо, «фигуры Лиссажу», полу-
чаемые в рез ультате откладывания вдоль к оор дина тных осей мгновенных значе-
ний звуковых сигналов, поступающих с разных каналов звук овой карты. Для удоб-
ства пок аза в программе предусмотрена возмо жность масштабирования выводи-
мых графических данных. Также имеется кнопк а приостановки в оспроизведения
зв ука; при эт ом на мониторе отображаю тся спек тр и осциллограмма сигнала, за-
фиксиров анные в момент нажатия кнопки. Это позв о ляет лучше рассмотреть гра-
фики и дать соо тветствующие по яснения. Программ а также позво ляет сохранять
получаемые таким образо м на экране графики в файл, что дает возможность при
дефиците лекционног о времени заблаговременно, перед началом лекции, полу-
чать осциллограммы и спектры выбранных для показа сигналов, за п оминать их,
после чего демонстрировать на лекции как «настоящие» осциллограммы и спек-
тры, сопровождаемые звуком, так и полученные рисунки.
5.2. Демонстрация осциллограмм и спектров звуков гаммы
Демонстрируются осциллограммы и спектры звуков гаммы, извлекаемых
из всевозможных музыкальных инструментов. Музыкальный инструмент для
проигрывания гаммы выбирается из списка, содержащего более 100 различных
наименований, скорость проигрывания может регулироваться. Для синтеза зву-
ков программа создает файл в формате MIDI, соответствующий выбранному
инструменту и темпу проигрывания гаммы.
MIDI – это междунаро дный стандар т команд для синтеза зв ук а, т.е. в файле
MIDI хранятся не сами звуковые данные, а команды, управляющие их синтезом.
Фактически MIDI представляет собой запись музыкальных нот, по которым ком-
ющие с различных устройств. Настройка входа производится с помощью любого
микшера Windows; это может быть, например, входящая в состав операционной
системы стандартная программа «Регулятор громкости», которая позволяет регу-
лировать громкость и уровень записи, а также устанавливать различные устройства
в качестве источника звука для записи. В частности, если установить в качестве
такого источника устройство «Mixed Output», то на вход «Спектрографа» будет по-
ступать такой же звуковой поток, какой идет с выхода звуковой карты. Это позволя-
ет получать и обрабатывать данные, содержащиеся в различных звуковых файлах.
      Спектральный анализ звуковых сигналов производится с помощью быст-
рого преобразования Фурье (БПФ) с прореживанием во времени. Это позволя-
ет проводить демонстрации по акустике в реальном масштабе времени, полу-
чая высокое спектральное разрешение (~10 Гц при работе в диапазоне от 20 Гц
до 4000 Гц). Высокая точность получения спектра обеспечивается использова-
нием при БПФ достаточно большого отрезка времени (~0,25 с при частоте дис-
кретизации 8 кГц) и применением Гауссовой функции оконного сглаживания.
      В «Спектрограф» встроен проигрыватель звуковых файлов, который позво-
ляет проводить все стандартные манипуляции со звуковыми данными – запус-
кать и останавливать воспроизведение, производить перемотку. При показе де-
монстраций на монитор одновременно выводятся спектр анализируемого сигна-
ла и его осциллограмма, а также, если это необходимо, «фигуры Лиссажу», полу-
чаемые в результате откладывания вдоль координатных осей мгновенных значе-
ний звуковых сигналов, поступающих с разных каналов звуковой карты. Для удоб-
ства показа в программе предусмотрена возможность масштабирования выводи-
мых графических данных. Также имеется кнопка приостановки воспроизведения
звука; при этом на мониторе отображаются спектр и осциллограмма сигнала, за-
фиксированные в момент нажатия кнопки. Это позволяет лучше рассмотреть гра-
фики и дать соответствующие пояснения. Программа также позволяет сохранять
получаемые таким образом на экране графики в файл, что дает возможность при
дефиците лекционного времени заблаговременно, перед началом лекции, полу-
чать осциллограммы и спектры выбранных для показа сигналов, запоминать их,
после чего демонстрировать на лекции как «настоящие» осциллограммы и спек-
тры, сопровождаемые звуком, так и полученные рисунки.
       5.2. Демонстрация осциллограмм и спектров звуков гаммы
     Демонстрируются осциллограммы и спектры звуков гаммы, извлекаемых
из всевозможных музыкальных инструментов. Музыкальный инструмент для
проигрывания гаммы выбирается из списка, содержащего более 100 различных
наименований, скорость проигрывания может регулироваться. Для синтеза зву-
ков программа создает файл в формате MIDI, соответствующий выбранному
инструменту и темпу проигрывания гаммы.
     MIDI – это международный стандарт команд для синтеза звука, т.е. в файле
MIDI хранятся не сами звуковые данные, а команды, управляющие их синтезом.
Фактически MIDI представляет собой запись музыкальных нот, по которым ком-

                                       38

Страницы