Ανάπτυξη Συστήματος Καταγραφής Σημάτων Ήχου

 
see the original item page
in the repository's web site and access all digital files if the item*
share




2016 (EN)
Ανάπτυξη Συστήματος Καταγραφής Σημάτων Ήχου

Παπασταύρου, Γεώργιος-Ναπολέων

Στην πτυχιακή μας εργασία υλοποιήσαμε ένα κύκλωμα δειγματοληψίας ήχου. Χρησιμοποιήσαμε ένα μικρόφωνο για τη μετατροπή του ήχου σε τάση, μία αντίσταση για την πόλωση του μικροφώνου, έναν μικροελεγκτή για την μετατροπή της αναλογικής τιμής της τάσης σε ψηφιακή, αλλά και μία κάρτα μνήμης SD για την αποθήκευση της πληροφορίας. Όλο το σύστημα μας είναι φορητό, χρησιμοποιούμε μία μπαταρία για την τροφοδοσία του κυκλώματος, πράγμα που κάνει το σύστημα μας πολύ πιο εύχρηστο. Το μικρόφωνο μετατρέπει τα ηχητικά κύματα σε τάση, ο μικροελεγκτής παίρνει δείγματα με συχνότητα 62.5kHz από τα άκρα του μικροφώνου και τα μετατρέπει σε ψηφιακές τιμές, σε δυαδική δηλαδή μορφή. Αυτές τις μετρούμενες τιμές που πείρε ο μικροελεγκτής τις στέλνει σε μία κάρτα μνήμης SD για να αποθηκευτούν. Η ταχύτητα επικοινωνίας μεταξύ μικροελεγκτή και κάρτας SD είναι στα 4MHz και γίνεται σειριακά με το πρωτόκολλο επικοινωνίας SPI (Serial Peripheral Interface). Έτσι αφού τελειώσουμε με τη δειγματοληψία μας και περαστούν τα δείγματα στη μνήμη, τοποθετούμε την κάρτα SD στον υπολογιστή για την προβολή και ανάλυση των δεδομένων μας. Μέσα από ένα πρόγραμμα που χρησιμοποιεί ένα απλό disk viewer μπορούμε να δούμε τα δείγματα που καταγράψαμε στην κάρτα σε δυαδική μορφή. Θέλοντας να επεξεργαστούμε αυτήν την πληροφορία πρέπει να μετατρέψουμε τα δεδομένα μας από δυαδική στην καθιερωμένη δεκαδική. Έτσι συνθέσαμε ένα πρόγραμμα σε γλώσσα C++ όπου θα διαβάζει την κάρτα μνήμης, θα μετατρέπει τα δείγματα σε δεκαδική μορφή αλλά και θα τα τοποθετεί το ένα κάτω από το άλλο δημιουργώντας έτσι έναν πίνακα στήλη σε μορφή αρχείου .txt. Έχοντας τα μετρούμενα δείγματα σε δεκαδική μορφή και σε ένα πίνακα στήλη μπορούμε πολύ εύκολα να τα επεξεργαστούμε. Χρησιμοποιώντας την επιστημονική πλατφόρμα Matlab και εισάγοντας το αρχείο .txt που περιέχει τα δείγματα μας, απεικονίζουμε τις κυματομορφές που καταγράψαμε με το μικρόφωνο, αφού ο ήχος είναι κύμα που ταξιδεύει στο χώρο. Για τη σύνθεση των συχνοτικών φασμάτων χρησιμοποιούμε τους μετασχηματισμούς Fourier και συγκεκριμένα τον αλγόριθμο FFT (Fast Fourier Transform) με σκοπό τη μεταφορά των δειγμάτων μας από το πεδίο του χρόνου στο πεδίο των συχνοτήτων. Εν κατακλείδι κατασκευάσαμε έναν data logger, με τον οποίο μπορούμε να παίρνουμε δείγματα ήχου από διάφορες πηγές και να τα επεξεργαζόμαστε σύμφωνα με τον τρόπο που επιθυμούμε. Εμείς επιλέξαμε να καταγράφουμε το συχνοτικό φάσμα, με αποτέλεσμα να κατατάσσουμε τις διάφορες μετρούμενες πηγές στο ανάλογο εύρος συχνοτήτων που παρατηρούμε από τα FFT διαγράμματα.
In our thesis we implemented a sound sampling circuit. We used a microphone for converting sound into voltage, a resistor to bias the microphone, a microcontroller to convert the voltage to a digital value and a SD memory card for storing the samples. Our entire system is portable, as we use a battery to power the circuit, which makes our system much more practical. The microphone converts the sound waves into voltage, the microcontroller takes samples at a frequency of 62.5 kHz from the microphone and converts them into digital values, in binary form. These samples are stored, by the microcontroller, to the SD memory card. The communication speed between the microcontroller and the SD card is at 4MHz and is serial, using the SPI communication protocol (Serial Peripheral Interface). We programmed the microcontroller in order to activate the Analog to Digital converter with the parameters we needed and configured the SPI interface for communication with the SD card. We used C language to program the microcontroller. After recording is done and the samples are stored in the SD card, we connect the SD card to the computer to view and analyze our data. Through a program that uses a raw disk data viewer, we can see the samples recorded in the card in binary form. Wanting to process this information, we must convert our data from binary to decimal form. So we wrote a program in C++ language which reads the memory card, it converts the samples in decimal form and places them one below the other, thus creating a table column in .txt file format. Having the measured samples in decimal form, in a table column, makes it easy to further process them. Using the scientific platform Matlab and importing the .txt file containing our samples, we plot the waveform recorded by the microphone. To produce the frequency spectrum we use Fourier transformations, specifically the FFT (Fourier Fast Transform) algorithm to transform our samples from the time domain to the frequency domain. To summarize, we created a data logger, with which we can get sound samples from various sources and process them according our needs. We chose to analyze the frequency spectrum because it gives us the ability to identify identical sounds by analyzing the FFT diagrams for similarities. We could create an entire database with our recordings, so we could recognize sounds from the spectrum we observe. For example we could recognize a speaker we recorded already by comparing the frequency range of his voice with our recordings.

info:eu-repo/semantics/bachelorThesis
Graduate Thesis / Πτυχιακή Εργασία

Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης (EL)
Aristotle University of Thessaloniki (EN)

Greek

2016
2016-10-18T08:59:28Z


Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Σχολή Θετικών Επιστημών, Τμήμα Φυσικής

This record is part of 'IKEE', the Institutional Repository of Aristotle University of Thessaloniki's Library and Information Centre found at http://ikee.lib.auth.gr. Unless otherwise stated above, the record metadata were created by and belong to Aristotle University of Thessaloniki Library, Greece and are made available to the public under Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Unless otherwise stated in the record, the content and copyright of files and fulltext documents belong to their respective authors. Out-of-copyright content that was digitized, converted, processed, modified, etc by AUTh Library, is made available to the public under Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). You are kindly requested to make a reference to AUTh Library and the URL of the record containing the resource whenever you make use of this material.
info:eu-repo/semantics/openAccess



*Institutions are responsible for keeping their URLs functional (digital file, item page in repository site)