Сучасна вимірювальна апаратура давно зрослася з цифровими і процесорними засобами управління і обробки інформації. Стрілочні покажчики вже стають нонсенсом навіть у дешевих побутових приладах. Аналітичне обладнання усе частіше підключається до звичайних ПК через спеціальні плати-адаптери. Таким чином, використовуються інтерфейси і можливості програм додатків, які можна модернізувати і нарощувати без заміни основних вимірювальних блоків, плюс обчислювальна потужність настільного комп'ютера. </

Крім того, і розширення можливостей звичайного комп'ютера можливо за рахунок різноманітних програмно-апаратних засобів,-спеціальних плат розширення, що містять вимірювальні АЦП (аналого-цифровий перетворювач) і ЦАП (цифро-аналоговий перетворювач). І комп'ютер дуже легко перетворюється в аналітичний прилад, наприклад, – спектроаналізатор, осцилограф, частотомір …, як і в багато чого другое.Подобние кошти для модернізації комп'ютерів випускаються багатьма фірмами. Однак ціна та вузьконаправлена ??специфіка не роблять це обладнання поширеним в наших умовах.

Але навіщо далеко ходити? Виявляється, простий ПК у своїй конструкції вже містить засоби, які з деякими обмеженнями здатні перетворити його в той же осцилограф, спектроаналізатор, частотомір або генератор імпульсів. Погодьтеся, вже чимало. До того ж робляться всі ці перетворення тільки за допомогою спеціальних програм, які до того ж абсолютно безкоштовні і кожен бажаючий може їх скачатьв Інтернеті.

Ви, напевно, задастеся логічним питанням – як же у вимірах можна обійтися без АЦП і ЦАП? Ніяк не можна. Але ж і те й інше є майже в кожному комп'ютері, правда, називається по іншому – Звукова карта. А чому не АЦП / ЦАП, скажіть, будь ласка? Це вже давно зрозуміли ті, хто написав для неї масу програм, які не мають ніякого відношення до відтворення музики. Адже звичайна звукова плата ПК здатна сприймати і перетворювати сигнал складної форми в межах звукової частоти і амплітудою до 2В в цифрову форму з входу LINE-IN або ж з мікрофону. Можливо, і зворотне перетворення, – На вихід LINE-OUT (Speakers). Таким чином, ви можете працювати з будь-яким сигналом до 20 кГц, а то й вище, залежно від звукової плати. Максимальна межа рівня вхідної напруги 0,5-2 У теж не складає проблеми, – примітивний дільник напруги на резисторах збирається і калібрується за 15 хвилин. Ось на таких-то нехитрих принципах і будуються програмне забезпечення: осцилографи, Осцилоскопи, спектроаналізатори, частотоміри і, нарешті, генератори імпульсів всілякої форми. Такі програми емулюють на екрані комп'ютера роботу звичних для нас приладів, природно зі своєю специфікою і в межах частотного діапазону вашої звукової плати.

Як це працює? Для користувача все виглядає дуже просто. Запускаємо програму, у більшості випадків таке ПЗ не потрібно навіть інсталювати. На екрані монітора з'являється зображення осцилографа: з характерним для цих приладів екраном з координатною сіткою, тут же і панель управління з кнопками, движками і регуляторами, теж часто копіюють вигляд і форму таких з справжніх – апаратних осцилографів. Крім того, у програмних осцилографах можуть бути присутніми додаткові можливості, як, наприклад, можливість збереження досліджуваного спектра в пам'яті, плавне і автоматичне масштабування зображення сигналу і т.д. Але, звичайно ж, є і свої недоліки.

Як підключитися до звукової карти? Тут немає нічого складного – до гнізда LINE-IN, за допомогою відповідного штекера. Типова звукова плата має на панельці всього три гнізда: LINE-IN, MIC, LINE-OUT (Speakers), відповідно лінійний вхід, мікрофон, вихід для колонок або навушників. Конструкція всіх гнізд однакова, відповідно і штекери для всіх йдуть одні й ті ж. Програма осцилограф буде працювати і відображати спектр і в тому разі якщо знімається звуковий сигнал за допомогою мікрофону, підключеного до свого входу. Більше того, більшість програмних осцилографів, спектроаналізаторів і частотомеров нормально функціонують, якщо в цей же час на вихід звукової плати LINE-OUT виводиться якийсь інший сигнал за допомогою іншої програми, нехай навіть музика. Таким чином, на одному і тому ж комп'ютері можна задавати сигнал, скажімо з допомогою програми генератора, і тут же його контролювати осцилографом чи аналізатором спектру.

При підключенні сигналу до звукової плати слід дотримуватися деяких заходів, не допускаючи перевищення амплітуди вище 2 В, що чревато наслідками, такими як виходом устройстваіз ладу. Хоча для коректних вимірювань рівень сигналу повинен бути набагато нижче від максимально допустимого значення, що так само визначається типом звукової карти. Наприклад, при використанні популярної недорогий плати на чіпі Yamaha 724 нормально сприймається сигнал з амплітудою не вище 0,5 В, при перевищенні цього значення піки сигналу на осцилографі ПК виглядають обрізаними (рис.1). Тому для узгодження подається сигналу з входом звукової карти потрібно зібрати простий дільник напруги (рис.2).


Рис. 1.


Рис. 2.

Резистори підбираються так, щоб опір R3 було нижче вхідного опір вашої звукової карти, воно може становити значення порядку 20 ком. Подстроечним резистором напруга на вході виставляється на потрібному рівні, стабілітрони підбираються на напруги менее2 В, скажімо КС119А – 1,9 В. У випадку перевищення напруги сигналу на вході звукової карти (на резисторі R3) вище норми, спрацює захист – Почнеться пробою стабілітронів і напруга не підніметься вище 1,9 В. Можна використовувати й інші типи стабілітронів на напругу 1-1.8 В, але ставити їх слід обов'язково, інакше ви ризикуєте своїм звуковим входом. Розводка штекера для звукової плати показана на (рис.3).


Рис. 3.

Так як звукова карта не є повноцінним АЦП, то вимірювати що подається на нього амплітуду вхідного сигналу цей пристрій на апаратному рівні не в змозі. Тим більше що сигнал спочатку проходить через дільник напруги на резисторах, до того ж ще потрібно враховувати внутрішній опір звукової плати, яке досить низько, як для повноцінного вольтметра. Однак шкали деяких програм-осцилографів мають типову градуювання «вольт / справ», а так само засоби для калібрування рівня сигналу, щоб хоч якось підлаштувати шкалу на панелі під дійсне значення напруги. Природно, так як розумний рівень вхідного сигналу становить десь 0,5 В, калібрування програми можлива тільки у зв'язці з калібруванням зовнішнього дільника напруги з допомогою будівельних резистора. Таким чином, якщо ми знаємо амплітуду подається на вхід сигналу, то використовуючи регулювання за допомогою стандартного мікшера Windows, внутрішніх настройок програми-осцилографа і налаштування дільника напруги, шкалу можна відкалібрувати так щоб вона відповідала справжнім значенням амплітуди сигналу в подальшому, хоча тут навряд чи варто сподіватися на високу точність.

Рис. 16.

При використанні цього генератора у мене виникли сумніви щодо відповідності значень встановленої на табло частоти частоті реально виведеного сигналу, принаймні, в області ближче до низьких частотах. Взяти генератор можна в розділі програм на тому ж сайті (http://www.radiofan.gaw.ru/, 117 Кб).

Що ж, незважаючи на уявну простоту подібного забезпечення, практично жодна з представлених програм-генераторів не повторює іншу, кожна з них відрізняється якимись своїми особливостями. Чи не слід забувати, що це все-таки безкоштовне програмне забезпечення. У своєму різноманітті ці програми надають досить широкий вибір можливостей обмежених лише відносно невеликим частотним діапазоном звукової плати ПК.

Наостанок хочу лише висловити одне застереження. Сучасні материнські плати в більшості своїй мають інтегрований звук і, відповідно, всі три звукові роз'єми на борту. Це реалізується шляхом установки окремої звукової мікросхеми, але частіше відразу на рівні чіпсета – головної мікросхеми материнської плати. Якість звуку при такій реалізації досить посередня, тому користувачі все ж намагаються встановити на своїх ПК повноцінну звукову плату. У випадку з окремою звуковою платою можливі невдалі експерименти з подачею напруги на звуковий вхід, хіба мало що може трапитися, можуть закінчитися лише виходом з ладу щодо недорогого пристрою і втратою звуку в ПК. При аварійній ситуації з вбудованим на материнській платі звуком, ви ризикуєте зіпсувати найбільш дорогу і значиму частину комп'ютера.

Вдалих експериментів.

Від редакції. Для більш якісної роботи осцилографа, аналізатора і генератора на недорогих сучасних звукових картах слід намагатися задавати частоту дискретизації в 48 кГц (а не 44,1), оскільки саме вона є внутрішньою частотою сучасних AC'97-кодеків і використовується для подальшої передачі даних. Це дозволить уникнути можливих спотворень від передискретизації, як, наприклад, на малюнку www.ferra.ru/pubimages/12488.gif (пояснення див, наприклад, у статті www.ferra.ru/online/multimedia/8633).