Разработка анализатора спектра речи
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНРИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТЕ
ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
КАФЕДРА ОРТЗИ
КУРСОВАЯ РАБОТА ПО ПРЕДМЕТУ: СЕТИ И СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ
Тема: Разработка анализатора спектра речи.
Выполнил:
студент группы БИ-4-2
Зыков Антон В.
Проверил:
Проф. Сурков Д.М.
___________________
(Дата, подпись)
Москва 2006
Содержание.
АНАЛИЗ СПЕКТРА СИГНАЛОВ
1 Общие сведения..................................................................................................
2 Измерение спектральной плотности импульсных напряжений………..
3 Спектр речи…………………………………………………………………….
4 Распределение формантных частот…………………………………………
5Спектральный анализ…………………………………………………………
6 Дискретное преобразование Фурье…………………………………………
7 Разборчивость речи……………………………………………………………
8 Разборчивость и ее мера………………………………………………………
9 Блок-схема анализатора спектра…………………………………………….
10 Схема анализатора спектра мощности……………………………………..
11 Чем анализировать спектр..............................................................................
12 Литература.
АНАЛИЗ СПЕКТРА СИГНАЛОВ
Общие сведения
Основная задача экспериментального анализа спектра сигналов— определение амплитуд и частот его гармонических составляющих. Кроме того, в системах связи анализ спектра сигнала необходим для выявления паразитной модуляции; при помощи панорамных анализаторов спектра можно найти детерминированную помеху, наблюдать спектр многочастотных сигналов в групповых и линейных трактах систем уплотнения. Особенностью методов измерений спектра является необходимость определения большого числа гармонических составляющих, которое' при исследовании непериодических сигналов стремится к бесконечности. При этом линейчатый спектр вырождается в сплошной.
Спектральная функция- сигнала f (t) определяется известным выражением
В реальных условиях функция S(iω) измеряется в течение конечного времени Т, поэтому измеряемый спектр в общем случае является функцией не только частоты, но и времени измерения:
Функция ST(iω) называется текущим спектром сигнала. Она имеет большое значение при разработке методики измерения, в частности для определения времени измерения.
Текущий спектр ST(iω) связан с функцией спектральной плотности мощности G(ω) следующим соотношением:
Для конечного интервала времени измерения Т получим так называемый статистический или энергетический спектр
Gт (ω) = |ST(iω) |2/π*T:
Измерение спектральной плотности импульсных напряжений
• Спектральная плотность импульсных напряжений измеряется с помощью анализаторов гармоник и спектра. Анализаторы гармоник предназначаются для измерения амплитуд и частот отдельных гармонических составляющих периодических несинусоидальных сигналов, когда спектр исследуемого сигнала имеет линейчатый характер и. относительный интервал между соседними составляющими .достаточно велик по сравнению с полосой расфильтровки. В зависимости от способа выделения гармоник различают анализаторы 'гармоник с резонансными и избирательными контурами и гетеродинпые. Наиболее широкое распространение получили гетеродинные анализаторы, принцип работы которых аналогичен принципу работы селективных вольтметров или избирательных измерителей уровня. Гетеродинные анализаторы отличаются тщательно отградуированной шкалой гетеродина, обеспечивающей заданную погрешность определения частоты измеряемой гармонии, обычно - ±(10-6 ÷10-3) , и высокой, избирательностью.
Анализаторы спектра предназначаются для визуального наблюдения спектра исследуемых сигналов. Эти приборы различаются поспособу проведения анализа — последовательного, одновременного и смешанного действия; по схемному решению —одноканальные и-многоканальные; по типу индикаторного устройства осциллографические и с самописцем; по диапазону частот — низкочастотные, высокочастотные, сверхвысокочастотные, широкодиапазонные} по способу предварительной обработки исследуемых сигналов — с непосредственным введением сигнала, с предварительной записью сигнала на магнитной ленте, со сжатием сигнала во времени,
с накоплением сигнала по амплитуде, с использованием дисперсионных линий задержки. Чаще других при измерениях пользуются анализаторами с последовательным и одновременным анализом.
Анализаторы спектра с последовательным анализом. Анализаторы последовательного действия содержат или перестраивающийся фильтр (рис. 6.34а) или перестраивающийся гетеродин (рис. 1.1б). В первом случае исследуемое напряжение через входное устройство поступает на перестраивающийся узкополосный фильтр, настройка которого изменяется, проходя после-
Рис. 1.1. Структурные схемы анализатора спектра последовательного действия: а) с перестраивающимся фильтром, б) с гетеродином
довательно весь исследуемый спектр частот. Выходное напряжение фильтра после детектирования фиксируется регистрирующим устройством, чаще всего самописцем. В качестве перестраивающихся фильтров обычно применяются двойные Т-образные LС-мосты включенные в - цепь отрицательной обратной связи усилителя (рис. 1.2). Добротность такого фильтра определяется выражением Q = [(1+K)/2]QRC (QRC ≈ 0,5 — добротность двойного Т-образного LС-моста; К — коэффициент усиления усилителя без отрицательной обратной связи).
Относительная ширина полосы пропускания фильтра 2∆f/f = 1/Q. ,
Рис. 1.2. Схема перестраивающегося фильтра Рис. 1.2. К определению функции спектральной плотно
Перестойка частоты f фильтра осуществляется плавным изменением ёмкостей конденсаторов и сопротивлений резисторов. Часто. для этой цели используется двигатель, который одновременно перемещает ленту самописца. На выходе фильтра получаются составляющие спектра (f—∆f)÷(f+∆f), которые по мере изменения -резонансной частоты/ фильтра будут проходить рабочий диапазон измеряемого спектра (рис. 6.36). В результате детектирования в квадратичном детекторе выходное напряжение перестраивающегося фильтра преобразуется в видеоимпульс, напряжение которого пропорционально средней мощности Р∆ соответствующего участка спектра в полосе частот 2∆ƒ; усреднение производится в магнито-электрическом приборе самописца:
Если полоса 2∆ω достаточно узка, чтобы спектральную плотность мощности GT(ω) можно было полагать в ней постоянной, справедливо равенство
или /.
Значение 2∆ƒ определяется разрешающей способностью анализатора, равной минимальному расстоянию по оси частот между двумя составляющими спектра, при которой можно выделить отдельные 'линии спектра и измерить с заданной погрешностью их
уровни.
В СВЧ. диапазоне в качестве перестраивающихся фильтров используются высокодобротные резонаторы, обычно перестраиваемые вручную. Основным недостатком подобных приборов является сравнительно низкая разрешающая способность из-за невысокой добротности фильтров.
Анализаторы с перестраивающимися гетеродинами (см. рис.1.1б) позволяют получить высокую разрешающую способность'
за счет применения высокодобротных резонаторов, обычно кварцевых фильтров, настроенных на постоянную промежуточную частоту /то, выбираемую достаточно низкой; поэтому применяется двойное и даже тройное преобразование частоты.
Принцип работы подобных анализаторов нетрудно уяснить, рассматривая их обобщенную структурную схему (см. рис. 1.16).Пусть гетеродин имеет диапазон рабочих частот от tг.мин до tгмакс, резонатор и усилитель промежуточной частоты УПЧ настроены на частоту fпр и необходимо определить спектральную мощность входного сигнала на частотах гармонических составляющих ƒ1,ƒ2,…..ƒv,….. ƒn.
По мере перестройки частоты гетеродина -разность между его текущей частотой /г< и частотой v-й составляющей спектра в некоторый момент окажется равной fпр±∆f; при этом получится следующее соотношение частот гетеродина и v-й гармоники:
(1.4)
После квадратичного детектора сигнал поступает на регистрирующее устройство, показания которого пропорциональны Р∆v • В качестве примера анализатора с гетеродинным преобразованием 'рассмотрим структурную схему панорамного анализатора,(рис.1.4а).
