Academic literature on the topic 'Частотний аналіз звукових сигналів'

Приведены результаты экспериментальных и теоретических исследований по распространению и приему в подводных звуковых каналах широкополосных импульсных сигналов на основе псевдослучайных последовательностей. Анализ экспериментально полученных импульсных характеристик указывает на наличие предпосылок для повышения помехоустойчивости приема навигационных и командных сигналов, а также увеличения дальности действия при неизменной мощности излучения. Цель специально выполненных экспериментальных работ заключалась в получении исходных данных для повышения эффективности навигационных систем дальнего радиуса действия путем оптимизации характеристик излучаемых сигналов. Исследованы особенности формирования импульсных откликов при приеме сигналов с различной частотной полосой и длительностью символов, а также динамика структуры откликов при смещениях глубины приёмного гидрофона относительно оси подводных звуковых каналов. На основе лучевых представлений осуществлена физическая интерпретация полученных экспериментальных результатов для практического применения в решении актуальных задач гидроакустики и океанологии.

Костистые рыбы известны как экспериментальные модели для изучения физиологических и патофизиологических процессов, в частности связанных с работой сердца. Методы, позволяющие производить анализ частотных характеристик сердечного ритма в течение длительного периода времени, нуждаются в учёте особенностей поведенческих реакций рыб, способных повлиять на результаты эксперимента. Целью работы было изучить воздействие простейшей тестовой нагрузки (звуковой раздражитель) на частотные параметры сердечной деятельности, фиксируемые волоконно-оптическим методом. Объект исследования — взрослые особи Scorpaena porcus длиной 12–15 см, массой 80–120 г. В ходе экспериментов каждую скорпену содержали в отдельном аквариуме с морской водой размером 400×400×350 мм с постоянной температурой (21 ± 0,5) °C и регулируемым содержанием кислорода (5,5–6,7 мг·л−1, нормоксия). Регистрацию частоты сердечных сокращений (ЧСС) производили инвазивным волоконно-оптическим методом, суть которого состоит в передаче излучения инфракрасного полупроводникового лазера фотоплетизмографа по тонкому волоконно-оптическому кабелю к перикардиальной мембране сердца и в последующей фиксации отражённого от сокращающегося миокарда сигнала в фотоприёмнике. При имплантации световодов фотоплетизмографа рыбу наркотизировали путём помещения в раствор анестетика (уретан, 2,4 г·л−1 морской воды). В своде оперкулярной полости над областью условной проекции сердца производили минимальное рассечение выстилающего эпителия, через которое подлежащие ткани последовательно разъединяли тупым методом до достижения перикардиальной мембраны, не прорывая её. Через образовавшийся в тканях просвет к поверхности перикардиальной мембраны вводили два датчика световодов. В дальнейшем свободно плавающие скорпены принимали участие в эксперименте спустя одни сутки после хирургического вмешательства. Дополнительно нами было оценено функциональное состояние животных путём визуальной фиксации дыхательной активности по количеству движений оперкулярных крышек в минуту. При изучении влияния тестовых нагрузок на корректность регистрации ЧСС у скорпены был выявлен феномен кратковременного полного подавления сердечной деятельности, проявлявшийся при предъявлении звуковых стимулов (реакция настороженности, «замирание»). Длительность остановки сердечных сокращений составляла 31–50 с., она сопровождалась прекращением движения оперкулярных крышек (остановка дыхания, апноэ). При восстановлении сердечной деятельности отмечали два типа физиологических реакций. Для восстановительной реакции первого типа характерно одновременное увеличение ЧСС в 1,5 раза и амплитуды сигнала фотоплетизмографа в 2 раза. Второй тип восстановительной реакции сопровождался увеличением ЧСС на 22 % (p < 0,05) на фоне снижения амплитуды сигнала датчиков фотоплетизмографа на 28 % (p < 0,05); в пределах 120 с. ЧСС скорпены возвращалась к исходным показателям. Предполагается, что в основе кратковременной задержки сердечной деятельности скорпены лежит явление кардиореспираторного сопряжения и синхронизации. Поведенческая реакция в виде подавления генерации сердечной и одновременно дыхательной активности обеспечивает отсутствие акустических и электрических сигналов, демаскирующих местоположение хищника-засадчика, и способствует выживанию скорпен.

Робота присвячена важливій темі теорії рядів – темі “Перетворення Фур’є”, яка широко використовується в багатьох сферах, зокрема у радіотехніці в процесі цифрової обробки сигналів. Достатньо відмітити техніку розділення і фільтрації сигналів в радіотехніці та створення сучасних цифрових аналізаторів спектру, у тому числі реального часу. Розклавши прийнятий сигнал на різні частотні складові, ми можемо вияснити, як виник сигнал, по якому шляху він слідує або, якому зовнішньому впливу він підлягав. Тобто можна провести спектральний аналіз і отримати інформацію для з’ясування походження сигналу. Спектральний аналіз - це один із методів обробки сигналів, який дозволяє характеризувати частотний склад сигналу. Математичною основою спектрального аналізу є перетворення Фур’є, яке пов’язує часовий сигнал з його представленням в частотній області. В основі перетворення Фур’є лежить проста, але дуже результативна ідея – довільну періодичну функцію можна представити сумою окремих гармонічних складових. Великі і в той же час доступні можливості проведення спектрального аналізу сигналів, який ґрунтується на перетвореннях Фур’є, відкриває матрична система комп’ютерної математики Matlab. Система Matlab у всьому світі визнана як універсальний інструмент в технології спектроскопії і спектрометрії. Дякуючи великій бібліотеці функцій, зручному інтерфейсу, вона швидко завоювала симпатії у нових користувачів: інженерів-проектувальників та розробників нових пристроїв, студентів, аспірантів, науковців, фізиків та математиків. Система пристосована до будь-якої галузі науки й техніки, містить засоби, які особливо зручні для електро- і радіотехнічних обчислень (операції з комплексними числами, матрицями, векторами й поліномами, обробка даних, аналіз сигналів і цифрова фільтрація). У роботі розглянуто алгоритм, що реалізує перетворення Фур’є для періодичних функцій, проведено аналіз функціональних можливостей Matlab для генерації ів. Крім того, створено програмний код в системі Matlab з використанням спеціального середовища візуального програмування GUIDE, який дозволяє: генерувати основні сигнали і радіосигнали, що часто використовуються, демонструвати спектри сигналів, аналізувати зміну періоду сигналу (при збільшенні періоду ширина приросту частот між спектральними лініями збільшується і навпаки), генерувати довільний сигнал з шумом і без нього та аналізувати оцінку їх спектральної густини.

Исследовали зависимость частоты звукового сигнала 14 видов сусликов (род Spermophilus) Евразии от длины тела. Регрессионный анализ общей выборки показал низкий коэффициент детерминации (R2 = 26%), так как в одних и тех же размерных классах общая выборка оказалась неоднородной по значению частоты сигнала. Разделение общей выборки на две группы по частоте сигнала выявило две статистически значимые модели (уравнения регрессии) зависимости частоты сигнала от размеров тела животного с высоким коэффициентом детерминации (R2 = 73 и 94% против 26% для общей выборки). Таким образом, задача о корреляции между размерами тела животных и частотой издаваемых ими звуков не имеет однозначного решения.

Проведено аналіз можливості застосування інтерпретовано об'єктно‑орієнтованої мови програмування при обробці масивів аудіоданих як цифрового способу представлення звукових сигналів. Продемонстровано принцип використання з зазначеною метою мови програмування високого рівня зі строгою динамічною типізацією Python. Визначено особливості застосування у даній галузі таких модулів (python‑бібліотек)як: NumPy, SciPy та Matplotlib. Наведено методи обробки та модифікації масивів аудіоданих з метою їх подальшого застосування у мультимедійних комп’ютерних мережах. Побудовано математичну модель обробки аудіо-даних, ефективність якої перевірено на базі відповідних програмнихалгоритмів. Показано можливість вирішення актуальних задач та дослідження теоретичних аспектів проблему області обробки аудіо-даних шляхом використання інтерпретовано об'єктно‑орієнтованої мови програмування і спеціалізованих бібліотек з відкритим кодом.

Предметом вивчення в статті є багаточастотні (БЧ) радіолокаційні станції (РЛС) виявлення маловисотних цілей над морем в умовах перешкод. Метою є підвищення ефективності БЧ систем виявлення цілей в умовах перешкод. Завдання: аналіз БЧ сигналів при послідовному формуванні їх складових з використанням аналітичних виразів для довільного БЧ сигналу; математичне моделювання двовимірних кореляційних функцій для різних фазочастотних кодів МЧ сигналу; розробити рекомендації по застосуванню в РЛС виявлення маловисотних цілей. Використовуваними методами є: методи статистичної радіотехніки, теорії вірогідності і математичної статистики. Отримані наступні результати. Отримані частотно-часова діаграма, амплітудно-частотний спектр (АЧС), двомірна кореляційна функція невизначеності, а також нормовані автокореляційна (АКФ) і частотнокореляційна (ЧКФ) функції для різних фазочастотних кодів БЧ сигналу. Проаналізовані смуга когерентності, тривалість головної пелюстки і рівень бічних пелюсток АКФ імпульсного БЧ сигналу із складовими без внутрішньої модуляції та імпульсного БЧ сигналу з лінійночастотномодульованими складовими з різними кодами по частоті і фазі, а також різною шириною спектру дискрет і різним їх рознесенням по частоті. Висновки. Проведений порівняльний аналіз основних видів послідовних БЧ сигналів дозволяє сформулювати рекомендації відносно їх застосування в РЛС виявлення маловисотних цілей в різних умовах перешкодової обстановки. А саме, послідовні БЧ з суцільним АЧС доцільніше використовувати для підвищення характеристик виявлення маловисотних цілей в радіолокаційному каналі (РЛК) над морем у флуктуаційних перешкодах, а сигнали огинаюча та АЧС яких не суцільні доцільніше використовувати в умовах навмисних нестаціонарних в часі і нерівномірних по частоті перешкодах. Послідовні БЧ сигнали з прямокутною огинаючою та АЧС, що складається з АЧС частотних складових, які перетинаються, доцільніше використовувати для підвищення характеристик виявлення маловисотних цілей над морем в РЛК з модулюючими перешкодами.

Актуальність теми дослідження. Установлено, що запровадження дієвих вібродіагностичних заходів із вчасного виявлення відмов вузлів тягової зубчастої передачі електропоїздів є актуальним завданням. Постановка проблеми. Вібродіагностування механічних вузлів електропоїздів вважається ефективною процедурою, яка здатна виділяти імпульсні складові, які періодично повторюються відповідно до обертання пошкоджених частин зубчастого зачеплення або підшипників. Основною проблемою є розробка ефективних методів з усунення завад і встановлення ознак технічного стану підшипників кочення й редукторів. Аналіз останніх досліджень і публікацій. Останніми роками розрахунок величини ексцесу посів провідне місце у виділенні слабких періодичних імпульсів, однак нечіткі рекомендації з підвищення точності цих розрахунків потребували удосконалення, що спричинило появу методу спектрального ексцесу, заснованого на залученні фільтрів для відновлення сигналів, що носять випадковий характер і заповнені високим рівнем адитивного стаціонарного шуму. Виділення недосліджених частин загальної проблеми. Недостатньо досліджено виявлення підшипникової складової вібрації і вплив на неї редукторної складової у високочастотному діапазоні. Постановка завдання. Метою статті є визначення інформативної частотної смуги збудження підшипникової вібрації за допомогою методу спектрального ексцесу. Виклад основного матеріалу. У статті за допомогою спектрального ексцесу обирається найкраща ширина вікна процедури віконного перетворення Фур’є, що дозволяє виявити найбільший рівень спектрального ексцесу й відшукати відповідний частотний діапазон. Висновки відповідно до статті. Завдяки фільтру Вінера вдалося виявити широкосмугові структури вібрації тягової зубчатої передачі електропоїзда й зафіксувати частотну смугу з добре вираженою резонансною складовою підшипникової вібрації.

В кваліфікаційній роботі досліджено стиснення звукових сигналів субсмуговим методом, з застосуванням КІХ-фільтрів для зменшення обсягу даних. Програми для стиснення звукових сигналів, написані в програмному середовищі MATLAB.
In the qualification work, the compression of sound signals by the subband method was studied, with the use of FIR filters to reduce the amount of data. Audio compression programs written in the MATLAB software environment.
ВСТУП 7 РОЗДІ 1. АНАЛІТИЧНА ЧАСТИНА 9 1.1 Алгоритми і методи стиснення звукових сигналів 9 1.2 Фільтрація на основі КІХ-фільтрів 11 1.3 Субсмугове перетворення на основі використання банків КІХ-фільтрів 16 1.4 Висновки до розділу 1 21 РОЗДІЛ 2. ОСНОВНА ЧАСТИНА 22 2.1. Розрахунок вектора субсмугового перетворення відрізка мовного сигналу на основі КІХ-фільтрів 22 2.2. Субсмугове перетворення із стисненням 26 2.6. Висновки до розділу 2 32 РОЗДІЛ 3. НАУКОВО-ДОСЛІДНА ЧАСТИНА 33 3.1. Частотний аналіз відновлених звукових сигналів 33 3.2. Оцінка похибки відновлення, коефіцієнта стиснення і якості відтворення сигналів 37 3.3. Висновки до розділу 3 40 РОЗДІЛ 4. ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ 42 4.1. Охорона праці 42 4.2. Безпека в надзвичайних ситуаціях 45 4.3. Висновки до розділу 4 47 ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ 48 ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 50 Додаток А. Лістинг алгоритму стиснення мовного сигналу 52 Додаток Б. Лістинг другого способу алгоритму стиснення звукових сигналів 54

Об'єкт дослідження – адаптивні цифрові слухові апарати. Мета магістерської роботи – дослідження можливих методів проектування цифрових слухових апаратів, розробка методики проектування цифрового адаптивних слухових апаратів, вироблення рекомендацій із застосування алгоритмічного й технічного забезпечення. Методи дослідження – методи аналого-цифрового перетворення, методи обробки цифрових сигналів, методи структурного синтезу. Побудовано модель звукового сигналу. Виконано частотний аналіз звукових сигналів, на основі якого зроблений вибір смуг розподілу спектра мовного сигналу й запропонований алгоритм усунення надлишковості мовного сигналу для обробки в слуховому апарату при збереженні розбірливості мови. Розроблено загальну методику проектування цифрового адаптивного слухового апарата. Розроблено схему електричну принципову компресора мовних сигналів та конструкцію друкованої плати. Результати роботи дозволяють формалізувати процес проектування адаптивних цифрових слухових апаратів. Можуть використатися на підприємствах, що займаються розробкою слухових апаратів. Research object are adaptive digital hearing devices. The purpose of master's degree work is research of possible methods of designing of digital hearing devices, development of method of designing of digital adaptive hearing devices, making of recommendations on application of the algorithmic and technical providing. Research methods are the methods of analog-digital transformation, methods of the digital signal processing, methods of structural synthesis. The model of sound signal is built. The frequency analysis of sounds signals, on the basis of which the choice of bands of division of vocal signal’s spectrum is made and the algorithm of removal of surplus of vocal signal is offered for treatment in a hearing device at saving of legibility of speech, is . The method of designing of digital adaptive hearing device is developed. The parameters of analog-digital transformation are chosen. Recommendations are offered on construction of charts of compander. Job performances allow to formalize the process of designing of adaptive digital hearing devices. Can be used on enterprises that engaged in development hearing devices.

Науковий керівник – доц. Лещинська І.О.
In the modern world the human resource – is the most valuable resource that we have. In order to keep the progress’ pace we need to use this resource effectively and avoid wasting it for the work that can be done automatically. With the development of technology we’ve got new ways to automatize manual work, but we don’t use it to automatize monitoring work. If we find a way to replace human observers with artificial intelligence, we will get an opportunity to release human resources for more complicated intellectual activities.