Википедија

Spektrogram

Spektrogram je vizuelni prikaz spektra frekvencija u zvuk ili drugi signal koji varira vremenom ili nekom drugom promenljivom. Spektrogrami se ponekad nazivaju spektralni vodopadi ili glasovni tragovi.

Tipični spektogram od izgovorenih reči „devetnaesti vek“. Niže frekvencije su gušće jer je muški glas. Legenda sa desne strane pokazuje da se intenzitet boje povećava sa gustinom.

Spektrogrami se mogu koristiti za identifikaciju izgovorene reči fonetski, kao i za analizu različitih doziva životinja. Oni se intenzivno koriste u razvoju muzike, radara, sonara, obrade govora[1] i seizmologije, itd.

Instrument koji generiše spektrogram naziva se spektrograf. Izlazni uzroci pokazuju na blok frekvencija koje idu po vertikalnoj osi, a vreme ide po horizontalnoj osi.

Spektogram stvarnog snimanja ove violine. Obratite pažnju na harmoniku koja se javlja na celom broju multiplikatora fundamentalne frekvencije. Obratite pažnju na četrnaest žrebova na luku i vizuelne razlike u tonovima.

Format uredi

 
3D površina dela spektograma iz muzičkog dela.

Zajednički format je grafikon sa dve geometrijske dimenzije; horizontalna osa predstavlja vreme ili rpm, a vertikalna osa je frekvencija; treća dimenzija ukazuje na amplitudu određene frekvencije u određenom trenutku koji predstavlja intenzitet i boju svake tačke na slici.

Postoje mnoge varijacije formata: ponekad se horizontalne i vertikalne ose seku, tako da vreme teče gore i dole; ponekad je amplituda predstavljena kao visina 3D površine umesto boje ili intenziteta. Ose frekvencije i amplitude može biti linearna ili logaritamska, u zavisnosti od toga za šta se graf koristi. Audio će obično biti predstavljen sa logaritamskom osom amplitude (verovatno u decibelima dB), a frekvencija će biti linearna da bi naglasila harmonične odnose. Logaritamska će naglasiti muzičke, tonske odnose.

Generacija uredi

 
Spektogram muškog glasa koji kaže „ta ta ta“.
 
Spektogram FM signala. U ovom slučaju, frekvencija je modulisana sinusoidalno frekvencija protiv profila vremena

Spektrogram se obično pravi na dva načina: približiti skladište filtera koje proizilazi iz niza bendpes filtera (to je bio jedini način pre pojave moderne digitalne obrade signala), ili izračunate iz vremena signala pomoću FFT. Ove dve metode, zapravo, čine dve različite distribucije vreme – frekvencija, ali su ekvivalentni pod nekim uslovima.

Metod bendpes filtera obično koristi analognu obradu da podeli ulazni signal u frekvencijske opsege; veličina izlaza svakog filtera kontroliše konvertor koji snima spektrogram kao sliku na papiru[2].

Kreiranje spektrograma pomoću FFT je digitalni proces. Digitalni uzorkovani podaci, u vremenskom domenu, su podeljeni na delove koji se obično preklapaju. Transformisane Furije izračunavaju veličinu frekvencijskog spektra za svaki deo. Svaki deo onda odgovara vertikalnim linijama na slici; merenje opsega nije srazmerno frekvenciji u određenom momentu vremena. Spektar ili vremenski zaplet su onda „rame-uz-rame“ u formiranju slike ili trodimenzionalne površine[3], ili se neznatno preklapaju na više načina.

Spektrogram signala s (t) može se izračunati kao kvadrat opseg STFT signala s (t), kao što sledi:[4]

 

Aplikacije uredi

 
Spektograf glasova delfina; cvrkuti, klikovi i usklađivanje su vidljivi kada se invertuje Vs, vertikalne linije i horizontalne brazde respektivno
Velika Senica : pesma
 
Spektogram pesme Velike Senice
  • Rani analogni spektogrami su primenjeni u širokom dometu oblasti, uključujući proučavanje poziva ptica (kao što su Velike Senice), uz sadašnje istraživanje nastavlja koristeći najsavremeniju digitalnu opremu[5] i primenjuje se na sve zvuke životinja. Savremena upotreba digitalnog spektrograma je posebno korisna za proučavanje modulacija frekvencije (FM) u životinjskim dozivima. Konkretno, prepoznatljive karakteristike FM cvrkuta i socijalne harmonizacije su predstavljene spektrogramom.
  • Spektrogrami su korisni u pružanju pomoći u prevazilaženju nedostataka govora i govornoj obuci za deo populacije koja je duboko gluva][6].
  • Studije fonetike i sinteze govora su često olakšane korišćenjem spektrograma[7][8].
  • Kada obrnemo proces produkcije spektrograma, moguće je stvoriti signal čiji je spektrogram proizvoljna slika. Ova tehnika može da se koristi za skrivanje slike u komadu zvuka i zaposleno je više elektronski muzičkih umetnika[9]. Videti takođe Steganografi.
  • Neka moderna muzika se kreira pomoću spektrograma kao srednji medij; menja intenzitet različitih frekvencija tokom vremena ili čak stvara nove, povlačeći ih, a zatim inverzno transformišući. Vidi Audio vremenske skale – modifikacije visine tona i Faza Vokoder.
  • Spektrogrami mogu da se koriste za analizu rezultata koji prolazi test signal kroz procesor signala, kao što su filteri radi provere njegove performanse[10].
  • Spektrogrami visoke rezolucije se koriste u razvoju RF i mikrotalasnih sistema[11].
  • Spektrogrami se sada koriste za prikazivanje S – parametara koji su izmereni vektorskim mrežnim analizatorima[12].
  • US Geološki Anketa sada pruža u realnom vremenu spektrograma ekrane od seizmičkih stanica

[13].

Ograničenja i resinteza uredi

Iz formule iznad, izgleda da spektrogram ne sadrži informacije o tačnoj fazi signala koji predstavlja. Iz tog razloga, nije moguće da se okrene proces i generiše kopija originalnog signala iz spektrograma, mada u situacijama gde je tačna početna faza nevažna, moguće je generisati korisnu približnost originalnog signala. Analiza i Resinteza Zvučnog Spektrograma[14] je primer računarskog programa koji pokušava da to uradi. Obrazac reprodukcije je bio rani sintisajzer govora, dizajniran u Haskins Laboratorijama u kasnim 1940-im, koji konvertuju slike akustičnih šablona govora (spektrograma) nazad u zvuk.

U stvari, postoje neke fazne informacije u spektrogramu, ali se pojavljuju u drugom obliku, kao kašnjenje (ili grupno kašnjenje) koje je duplo veće od trenutnih frekvencija; eksperiment koji objašnjava ova dva koncepta je opisan u [15]. Veličina i oblik anliziranog prozora može da varira. Manji (kraći) prozor će proizvesti tačnije rezultate u vremenu na račun preciznosti predstavljanja frekvencije. Veći (duži) prozor će obezbediti preciznije predstavljanje frekvencija na račun preciznosti u vremenskom predstavljanju.

Vidi još uredi

Reference uredi

  1. ^ JL Flanagan, Speech Analysis, Synthesis and Perception, Springer- Verlag, New York, 1972
  2. ^ Illustration of an electro-mechanical spectrograph
  3. ^ „Spectrogram definition”. Arhivirano iz originala 14. 06. 2009. g. Pristupljeno 04. 06. 2014. 
  4. ^ STFT spectrogram details
  5. ^ Bird Songs and Spectrograms of Southern Tuscany
  6. ^ A wearable tactile sensory aid for profoundly deaf children[mrtva veza]
  7. ^ „Spectrogram Reading”. Arhivirano iz originala 27. 04. 1999. g. Pristupljeno 04. 06. 2014. 
  8. ^ Praat - doing phonetics by computer
  9. ^ Several sound spectrogram examples, including the one by Aphex Twin
  10. ^ Example of using spectrograms to check filter responses
  11. ^ „High definition spectrograms of common RF signals”. Arhivirano iz originala 10. 08. 2012. g. Pristupljeno 04. 06. 2014. 
  12. ^ „Spectrograms for vector network analyzers”. Arhivirano iz originala 10. 08. 2012. g. Pristupljeno 04. 06. 2014. 
  13. ^ Real-time spectrogram displays from seismic stations
  14. ^ The ARSS
  15. ^ Boashash, B. (1992). „Estimating and interpreting the instantaneous frequency of a signal. I. Fundamentals”. Proceedings of the IEEE. 80 (4): 520—538. doi:10.1109/5.135376. 

Spoljašnje veze uredi

 
Spektrogram na Vikimedijinoj ostavi.
 
Potražite Spektrogram u Vikirečniku, slobodnom rečniku.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Спектрограм&oldid=27010634”