Audiospektrumanalyse: PC Software vs Hardware Spectrum Analyzer

Ich muss eine Audiospektrumanalyse durchführen (im Grunde genommen eine Maschine anhören und feststellen, ob sie richtig kalibriert ist).

Ich werde den Ton, den es macht, mit einem Mikrofon aufnehmen (es klingt anders, wenn es richtig kalibriert ist als wenn es nicht kalibriert ist) und dann das Audiospektrum betrachten, mit Plänen, automatisch festzustellen, ob ein Gerät richtig eingerichtet ist (derzeit) , ein menschlicher Bediener hört auf die Maschine und erledigt diese Aufgabe manuell).

In einem ersten Schritt muss dies nicht in Echtzeit erfolgen, dh ich mache nur Aufzeichnungen des Geräts (einmal richtig eingerichtet, einmal nicht) und vergleiche die Audiospektren.

Meine Frage ist: Brauche ich neben dem Mikrofon einen Hardware-Spektrumanalysator oder reicht PC-Software dafür aus (FFT kann natürlich auch auf einem Computer durchgeführt werden ...). Insbesondere, weil ich zunächst keine Echtzeitanalyse benötige.

Ich frage hauptsächlich, weil es den Anschein hat, dass Spektrumanalysatoren ziemlich viel kosten, und ich möchte ein solches Gerät nicht kaufen, wenn ich es nicht wirklich brauche.

Der entscheidende Faktor zwischen einem eigenständigen Analysegerät oder einer Soundkarte sind die Frequenzen, an denen Sie interessiert sind.

Ich werde den Ton, den er macht, mit einem Mikrofon aufnehmen (er klingt anders, wenn er richtig kalibriert ist als wenn er nicht ist).

Wenn der Unterschied hörbar ist, bedeutet dies, dass die zu messenden Frequenzen unter 20 kHz liegen, was bedeutet, dass Audiogeräte funktionieren. Dies sind gute Nachrichten, da sie leicht verfügbar und billig sind.

Verwenden Sie dazu keinen HF-Spektrumanalysator! Erstens müssen Sie nicht für zusätzliche Bandbreite bezahlen, die Sie nicht benötigen, und zweitens haben sie niedrigere Bandbreitenbeschränkungen, die möglicherweise nicht zu Ihnen passen. Es ist auch keine spezielle Ausrüstung erforderlich.

Eine Soundkarte (oder Audioeingangsbuchse) auf einem PC, Tablet oder Telefon sollte einwandfrei funktionieren. Wenn Sie Rauschprobleme haben, ist der wahrscheinlichste Schuldige ein billiger Mikrofonvorverstärker in Ihrer Hardware. Ziehen Sie also einen externen Vorverstärker oder ein Mikrofon mit integriertem Vorverstärker in Betracht. Versuchen Sie zuerst die billigste Lösung!

Ihr Problem wird höchstwahrscheinlich sein, wie Sie ein gutes Signal erhalten , was bedeutet, dass Sie das richtige Mikrofon / Sensor, Vorverstärker und die richtige Technik auswählen.

Wenn der Ton in der Luft ist, funktioniert ein Mikrofon. Wenn Sie jedoch an Vibrationen interessiert sind (z. B. um ein Lager zu überprüfen), nimmt ein Piezo-Wandler oder Beschleunigungsmesser, der am Chassis der Maschine angebracht ist, Vibrationen viel besser auf, während Luftgeräusche ignoriert werden. Warum nicht ein Gitarren-Piezo-Tonabnehmer? Oder vielleicht ein Richtmikrofon. Oder zwei Mikrofone und nimm den Unterschied zwischen den Signalen. Eine gute Erfassung ist wichtig, ein sauberes Signal ist viel einfacher zu verarbeiten.

Überlegen Sie sich also, woher der Ton kommt, den Sie aufnehmen möchten, woher das Geräusch kommt, das Sie ignorieren möchten, und entscheiden Sie, welchen Sensor Sie benötigen.

Es gibt mehrere nette Softwarepakete, mit denen FFT in Echtzeit auf einem PC angezeigt werden kann. Probieren Sie beispielsweise Visual Analyzer (kostenlos) aus. Wenn Sie Unterschiede im Spektrum feststellen, können Sie ein bisschen Software schreiben, um das Signal zu erfassen, es per FFT zu erfassen und das relevante Material automatisch zu erkennen. Ich würde dafür Python + Scipy verwenden, da es leistungsstarke und bequeme Signalverarbeitungswerkzeuge hat. Oder nutzen Sie eine Gitarren-Tuning-App, wie Henry sagt.

Ich würde aus mehreren Gründen persönlich empfehlen, einen PC zu verwenden.

Aus finanzieller Sicht besteht kein teurer Hardware-Analysator mit erweiterter Bandbreite, wenn derzeit genügend Informationen vorhanden sind, um Probleme mit einem geschulten Ohr zu identifizieren. Die meisten Mikrofone messen ohnehin nur 20 Hz - 20 kHz. Sie können wahrscheinlich ein bescheidenes Interface / Preamp-Setup mit einem Mikrofon kaufen oder sich einfach ein USB-Mikrofon zulegen, das der Einfachheit halber die gesamte eingebaute Hardware enthält.

Wenn Sie Erfahrung in der angewandten Signalverarbeitung haben, können Sie sogar eine Python / MATLAB / etc. Schreiben. Skript, das diesen gesamten Prozess automatisieren würde. Diese Option wäre mit einem Hardware-Analysator nicht möglich.

Nur als Nebeneffekt, wenn Sie mit Audiomessungen noch nicht vertraut sind: Der Schlüssel liegt darin, sich auf die Wiederholbarkeit zu konzentrieren. Holen Sie sich eine gute Messung einer korrekt kalibrierten Maschine und stellen Sie sicher, dass Sie das genaue Verfahren notiert haben, damit es aufgrund von Änderungen im Setup keine Unterschiede in der FFT gibt. Die Raumakustik kann hier eine Rolle spielen. Wenn Sie das Mikrofon jedoch nahe genug platzieren, sollten Sie in der Lage sein, den direkten Schall ausreichend zu isolieren. Möglicherweise möchten Sie auch ein Richtmikrofon auswählen, um diese Aufgabe zu vereinfachen (Cardiod / Supercardiod / Shotgun ).

Heutzutage ist jede Audioeingangshardware vollkommen akzeptabel. Sogar der Soundkarteneingang Ihres PCs ist normalerweise in Ordnung. Wenn Sie ein paar zehn Dollar für eine "richtige" Audioeingangsbox ausgeben, ist dies garantiert. Die Mikrofoneingangsschaltung und die ADCs sind seit mindestens einem Jahrzehnt kein begrenzender Faktor für Audio, und jeder PC kann dies in ein Frequenzdiagramm umwandeln.

Das Mikrofon ist jedoch kritisch ! Jedes Mikrofon ist anders. Wenn Sie möchten, dass Ihre Kalibrierung überhaupt etwas wert ist, benötigen Sie ein richtig gestaltetes Messmikrofon. Alle anderen Mikrofone sind so konzipiert, dass ihre Reaktion nichtlinear ist, unabhängig davon, ob sie für das Ohr angenehm sind, eine polare Reaktion erzeugen oder andere Eigenschaften aufweisen. Ein Messmikrofon ist so konzipiert, dass es das bestmögliche omnidirektionale Profil mit der geringstmöglichen Farbgebung für diesen Klang aufweist.

Sie müssen nicht teuer sein. Wenn Sie nur "gut genug" wollen, ist ein Behringer ECM8000 oder ähnliches vollkommen ausreichend. Wenn Ihre Kunden ordnungsgemäß rückverfolgbare Kalibrierungen wünschen, benötigen Sie möglicherweise etwas Besseres wie einen Beyer MM-1 mit einem werkseitig gelieferten Kalibrierungsprofil. Gehen Sie nicht davon aus, dass Sie einfach ein beliebiges Mikrofon hineinwerfen können, damit es richtig funktioniert.

(Bearbeiten: Messmikrofone sind immer Kondensator- / Kondensatormikrofone mit kleiner Membran. Dies bedeutet, dass Ihre Audioeingangshardware Phantomspeisung liefern muss. Stellen Sie sicher, dass Sie dies überprüft haben.)

Vergessen Sie auch nicht die Mikrofonhalterung. Das Mikrofon kann ziemlich gut omnidirektional sein, die Ausrüstung jedoch möglicherweise nicht, je nachdem, wie das Geräusch aus den Löchern in der Maschine austritt und welche Teile auf welche Weise mitschwingen. Sie müssen das Mikrofon jedes Mal an derselben Stelle relativ zur Maschine montieren. Außerdem muss der Ständer keine Geräusche / Vibrationen von der Maschine auf das Mikrofon übertragen. Ein guter Ständer (z. B. eine Rycote Lyre) kann mehr kosten als das Mikrofon.

Ein PC kann eine Spektrumanalyse des aufgenommenen Tons durchführen. Ein Hardware-Spektrumanalysator kann bessere Arbeit leisten - es hängt also davon ab, wie gut die Analyse sein muss. Der PC wird wahrscheinlich aus mehreren Gründen in Ordnung sein:

• Sie versuchen nur, so gut oder ein bisschen besser zu sein als eine Person, die zuhört und urteilt. Der PC ist weitaus besser als ein menschliches Ohr, wenn es darum geht, einen Klang quantitativ zu bewerten

• Ein Großteil der Kosten eines guten Spektrumanalysators ist die Fähigkeit, mit hohen Frequenzen zu arbeiten, die über denen liegen, die wir hören können. Wenn Sie im Audiobereich bleiben, brauchen Sie das nicht.

Also würde ich es mit einem PC versuchen. Holen Sie sich auch ein anständiges Mikrofon. Und nur wenn das nicht funktioniert, ziehen Sie einen Spektrumanalysator in Betracht.

Ein PC (das Hauptgerät) verfügt neben viel Schaltlogik über mehrere Schaltnetzteile. Diese tragen sowohl zu leitenden als auch zu abgestrahlten Störungen bei.

Während ein eigenständiger oder DSO-basierter Spektrumanalysator so konstruiert ist, dass er eine geringe Selbstinterferenz und eine hervorragende Abschirmung aufweist, um das Aufnehmen von externen Quellen zu verhindern. Im Allgemeinen haben sie also eine überlegene Leistung.

Wenn Sie Geld sparen und dennoch eine angemessene Leistung erzielen möchten, schauen Sie sich ein USB-DSO mit höherer Auflösung und leiserem ADC an. Sie haben möglicherweise eine bessere Leistung als Karten, die in einen der PCIe-Steckplätze eingesteckt sind

Ich habe Visual Analyzer mit einem Sony-Handmikrofon für 10 US-Dollar verwendet, das an die Soundkarte meines Laptops angeschlossen ist. Es hat mir dabei geholfen, festzustellen, ob das Brummen eines Röhrenverstärkers mit der Stromleitung zusammenhängt - einige bei 60 Hz, mehr bei 120 ha und 180 Hz. Schwer herauszufiltern, aber minimierbar, indem mit dem Spannungspegel der Heizelemente einiger Röhren gespielt wird.

Keine Ahnung, ob es mit Win10 funktioniert. Ich glaube, ich hatte Win Vista auf einem älteren Laptop, als ich es benutzte. http://www.sillanumsoft.org/