Osciloskop preko zvučne kartice

U ovoj temi ću opisati rad sa softverom naziva "Soundcard Oscilloscope". Naravno radi se o softveru koji emulira rad osciloskopa na računalu. Mjereni signal se dovodi preko audio ulaza na zvučnoj kartici te prikazuje na zaslonu računala u ovisnosti o vremenu.

Ovo je iznošenje mojih vlastitih iskustava, nikakav vodič. Krivo ili nestručno korištenje ovog softvera će uzrokovati hardversku štetu na računalu. Ukoliko koristite ovaj softver koristite ga ne vlastitu odgovornost.

Program je napravljen u LabVIEW-u. Ukratko LabVIEW je grafičko programsko okružje. Idealno za stvaranje softvera koji radi sa prikupljanjem,obradom i generiranjem analognih ili digitalnih signala. Primjere i konkretnu primjenu u praksi možete proguglati.

Kao što sam na početku rekao mjerni signal se dovodi preko audio ulaza na zvučnoj kartici. To može biti mikrofonski ulaz(MicIn), linijski ulaz(LineIn) ili optički ulaz. Mikrofonski ulaz nije preporučljivo koristiti jer tada mjereni signal prolazi kroz razne filtre koji trebaju blokirati šum kada se koristi mikrofon. Stoga sam koristio linijski ulaz kao što se vidi na prvoj slici.

Softver se isto tako može koristiti kao generator signala. Za to se koristi izlaz zvučnika na zvučnoj kartici. Podešavanje je isto kao i za ulaz. Prikaz je na drugoj slici. Važno je isključiti sve efekte koji utječu na boju tona(BassBost...).

Treća i četvrta slika prikazuju generator signala(stavio sam da generira 1kHz sin) i njegov grafički prikaz.

Peta slika prikazuje spektralni prikaz sinusnog signala od 1kHz, dok šesta slika prikazuje prijenosnu karakteristiku sustava. Kako sam zvučnički izlaz direktno spojio na linijski ulaz (loopback) prijenosna karakterisitka je ravna crta.

Neke važne stvari za napomenuti:

-Maksimalni ulazni napon na linijskom ulazu je 2Vpp ili oko 1.5Vrms. Sve preko toga može spaliti zvučnu karticu. Ako je ulazni napon veći od te granice dolazi do rezanja amplitude ulaznog signala (eng. clipping). Primjer je na sedmoj slici. Rješenje je korištenje naponskog djelila.

-Program je podešen da A/D pretvorbu radi sa 44.1kHz frekvencijom i 16bitnom rezolucijom(slika 8). Prema Nyquistovom kriteriju maksimalna frekvencija koju možemo pravilno prikazati je 22kHz. Tako da sve signale frekvencije veće od 22kHz bit će greška u prikazu.

-Linijski ulaz interno u sebi ima u seriju spojen kondenzator. Kondenzator blokira svaki istosmjerni napon. Ako mjereni signal ima DC komponentu kondenzator će ju blokirati.

-samo napomena (jer početnici često ne razlikuju MAX.. i posljedice). Spomenuti MAX je dvostruki od (karikirano) normalnog Maxa kao safe zona.

-std je 0,7V na linijskim ulazima, predpojačalo normalizira do potrebnog nivoa (recimo da je ok 0,5-1,0 sredina 0,7). Iznad tog je moguć kliping i pregaranje. Pogotovo zato jer predpojačalo normalizira, pa se pojačavanja ulaznog signala npr od 1-2 možda ni ne primjete dok ne crkne ulaz.

-mic in ima daleko višu osjetljivost, ugl dolazi do klipinga. Filteri su stvar drivera (uključeni-isključeni). Da, bolje preko lineina..

kao btw, tema zvuči kao da se od audio kartice nekim 'čudom' napravi osciloskop, zapravo oscilator je srce zvuka, ovo je samo obrnuta funkcija umjesto proizvodnje zvuka, prikazuje ulazni signal. Jednak odnos kao elektro motor-generator, teh. ista stvar, samo obrnuta funkcija. Stvar je samo softwarea koji to nudi korisniku. Danas je to npr na svakom smartphoneu moguće (npr guitar tuning..)... 'nekad je to bilo kao startrekovski trikoder'. Možda je za većinu upravo to bolji način (app na mobaču), jer previše juzera zapravo ne razumiju (i ne trebaju) ovakve stvari, ali obično naprave štetu.

- Ovo je više kao napomena, da se u projekt ne upuštaju 'baš svi', + tvoj žuti disclaimer..

Zaboravio sam napraviti nešto jako važno. Kalibrirati osciloskop. Problem je što zvučna kartica nezna koliki je napon ulaznog signala, zna samo kako izgleda(valni oblik) i njregovu frekvenciju. Zato je prije mjerenja važno umjeriti osciloskop. Ako vidite kotačić za podašavanje amplitude kraj sebe nema nikakvu mjernu jedinici dok kotačić za podešavanje vremenske baze ima - sekunde.

Postupak:

-Na generatoru funkcija generirati sinusni valni oblik frekvencije 50Hz. Amplituda nije važna, samo da nema rezanja.

-Voltmetrom izmjeriti RMS vrijednost izlaznog napona. Jeftini voltmetri su dizanjirani da mjere izmjenične vrijednosti od 50-60Hz(frekvencija mreže). Za veće frekvecije će dati pogrešan mjerni rezultat.

-Izračunati maksimalnu vrijednost -- efektivna(izmjerena)*√2

-Generirani signal dovesti na osciloskop.

-Zatim je potrebno podesiti opciju "Calibratio of amplitude" pod "Settings" (Slika 1.) tako da signal na osciloskopu ima maksimalnu vrijednost jednaku izmjerenoj(Slika 2.).

@Father_Dougal

Točno. Dobro zapažanje :)

@mbaksa

Što misliš pod sonde?

Pretpostavljam da misliš na ovo što je prikazano na trećoj slici. Otpornici R1 i R2 dijele ulazni napon. Ako R1=R2, Napon na R1=Ulazni/2 i napon na R2=Ulazni/2.

Izlazni napon tako ovisi o omjeru R1 i R2 --- UR2/UR1=R2/R1. Ako je R1=9kΩ i R2=1kΩ, na R1 je 90% ulaznog napona, a na R2 10% ulaznog napona.

Ako je ulazni napon cca. 5V ja bi to spustio za 60 puta i stavio da je otpornik sa kojeg mjerim napon 10kΩ.

Za žice sam koristio obični audio kabel te 3,5mm audio konektore i krokodilke kao priključnice. Javljaju se male smetnje kada se dotaknu konektori, ali ništa ekstremno.

Dodatno kao mjera opreza može se koristiti neka eksterna USB zvučna samo za osciloskop. Nađe se na ebay-u za 1$.