WYKORZYSTANIE ZAKŁÓCEŃ QUASISTACJONARNYCH W CELU REDUKCJI NIERÓWNOMIERNOŚCI PRZESUWU TAŚMY W NAGRANIACH DŹWIĘKU NA NOŚNIKACH MAGNETYCZNYCH

Podobne dokumenty
ALGORYTM REDUKCJI ZAKŁÓCEŃ QUASISTACJONARNYCH W ZABYTKOWYCH NAGRANIACH DŹWIĘKU

ALGORYTM IDENTYFIKACJI SKŁADOWYCH SINUSOIDALNYCH ZŁOŻONEGO SYGNAŁU NA PODSTAWIE JEGO LOSOWO POBRANYCH PRÓBEK

Algorytm redukcji szumów w nagraniach dźwiękowych z wykorzystaniem podziału sygnału na składowe harmoniczne i stochastyczne

INTELIGENTNY ALGORYTM KLASYFIKACJI NAGRAŃ ARCHIWALNYCH

PREZENTACJA MODULACJI AM W PROGRAMIE MATHCAD

WPŁYW ADDYTYWNYCH ZAKŁÓCEŃ TYPU SINUSOIDALNEGO SYGNAŁÓW WEJŚCIOWYCH REGULATORÓW PI W UKŁADZIE FOC Z SILNIKIEM INDUKCYJNYM NA PRĘDKOŚĆ OBROTOWĄ

CYFROWE PRZTWARZANIE SYGNAŁÓW (Zastosowanie transformacji Fouriera)

Symulacja sygnału czujnika z wyjściem częstotliwościowym w stanach dynamicznych

FFT i dyskretny splot. Aplikacje w DSP

PL B1. Sposób i układ pomiaru całkowitego współczynnika odkształcenia THD sygnałów elektrycznych w systemach zasilających

Dr hab. inż. Przemysław Dymarski Warszawa, r. Instytut Telekomunikacji Politechnika Warszawska

Uśrednianie napięć zakłóconych

Podstawy Przetwarzania Sygnałów

(1.1) gdzie: - f = f 2 f 1 - bezwzględna szerokość pasma, f śr = (f 2 + f 1 )/2 częstotliwość środkowa.

f = 2 śr MODULACJE

Przygotowali: Bartosz Szatan IIa Paweł Tokarczyk IIa

2. STRUKTURA RADIOFONICZNYCH SYGNAŁÓW CYFROWYCH

Filtry cyfrowe procesory sygnałowe

Algorytmy detekcji częstotliwości podstawowej

Synchronizacja dźwięku i obrazu

Ćwiczenie: "Mierniki cyfrowe"

TERAZ O SYGNAŁACH. Przebieg i widmo Zniekształcenia sygnałów okresowych Miary sygnałów Zasady cyfryzacji sygnałów analogowych

Kompresja dźwięku w standardzie MPEG-1

Generowanie sygnałów na DSP

BADANIA MODELOWE OGNIW PALIWOWYCH TYPU PEM

8. Analiza widmowa metodą szybkiej transformaty Fouriera (FFT)

Politechnika Łódzka. Instytut Systemów Inżynierii Elektrycznej

4.3 Wyznaczanie prędkości dźwięku w powietrzu metodą fali biegnącej(f2)

ANALIZA HARMONICZNA DŹWIĘKU SKŁADANIE DRGAŃ AKUSTYCZNYCH DUDNIENIA.

Transformata Fouriera

Ćwiczenie 3,4. Analiza widmowa sygnałów czasowych: sinus, trójkąt, prostokąt, szum biały i szum różowy

Autorzy: Tomasz Sokół Patryk Pawlos Klasa: IIa

LABORATORIUM POMIARY W AKUSTYCE. ĆWICZENIE NR 4 Pomiar współczynników pochłaniania i odbicia dźwięku oraz impedancji akustycznej metodą fali stojącej

Synchronizacja dźwięku i obrazu. Opracował: dr inż. Piotr Suchomski

ZESTAW BEZPRZEWODOWYCH CZUJNIKÓW MAGNETYCZNYCH DO DETEKCJI I IDENTYFIKACJI POJAZDÓW FERROMAGNETYCZNYCH

1. Modulacja analogowa, 2. Modulacja cyfrowa

POMIARY WYBRANYCH PARAMETRÓW TORU FONICZNEGO W PROCESORACH AUDIO

Badanie właściwości tłumienia zakłóceń woltomierza z przetwornikiem A/C z dwukrotnym całkowaniem

Dźwięk podstawowe wiadomości technik informatyk

POMIAR PRĘDKOŚCI DŹWIĘKU METODĄ REZONANSU I METODĄ SKŁADANIA DRGAŃ WZAJEMNIE PROSTOPADŁYCH

Imię i nazwisko (e mail): Rok: 2018/2019 Grupa: Ćw. 5: Pomiar parametrów sygnałów napięciowych Zaliczenie: Podpis prowadzącego: Uwagi:

MODEL SYMULACYJNY ENERGOELEKTRONICZNEGO ZASILACZA AWARYJNEGO UPS O STRUKTURZE TYPU VFI

Teoria sterowania - studia niestacjonarne AiR 2 stopień

Wykład FIZYKA I. 11. Fale mechaniczne. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Laboratorium EAM. Instrukcja obsługi programu Dopp Meter ver. 1.0

DYSKRETNA TRANSFORMACJA FOURIERA

BADANIA SYMULACYJNE PROSTOWNIKA PÓŁSTEROWANEGO

Rozdział 1 PODSTAWOWE POJĘCIA I DEFINICJE

9. Dyskretna transformata Fouriera algorytm FFT

MODULACJA. Definicje podstawowe, cel i przyczyny stosowania modulacji, rodzaje modulacji. dr inż. Janusz Dudczyk

CYFROWE PRZETWARZANIE SYGNAŁU PRZETWORNIKA OBROTOWO-IMPULSOWEGO

Podstawy transmisji sygnałów

b n y k n T s Filtr cyfrowy opisuje się również za pomocą splotu dyskretnego przedstawionego poniżej:

Teoria systemów i sygnałów Kierunek AiR, sem. 5 2wE + 1l

Rodzaje fal. 1. Fale mechaniczne. 2. Fale elektromagnetyczne. 3. Fale materii. dyfrakcja elektronów

Instrukcja do laboratorium z Fizyki Budowli. Temat laboratorium: CZĘSTOTLIWOŚĆ

DEKOMPOZYCJA HIERARCHICZNEJ STRUKTURY SZTUCZNEJ SIECI NEURONOWEJ I ALGORYTM KOORDYNACJI

Wydział Elektryczny Katedra Telekomunikacji i Aparatury Elektronicznej

Badanie widma fali akustycznej

Wydział Elektryczny Katedra Telekomunikacji i Aparatury Elektronicznej

APLIKACJA NAPISANA W ŚRODOWISKU LABVIEW SŁUŻĄCA DO WYZNACZANIA WSPÓŁCZYNNIKA UZWOJENIA MASZYNY INDUKCYJNEJ

Szereg i transformata Fouriera

Andrzej Leśnicki Laboratorium CPS Ćwiczenie 9 1/5 ĆWICZENIE 9. Kwantowanie sygnałów

ANALIZA WŁAŚCIWOŚCI FILTRU PARAMETRYCZNEGO I RZĘDU

Laboratorium Przetwarzania Sygnałów

Akwizycja i przetwarzanie sygnałów cyfrowych

dr inż. Artur Zieliński Katedra Elektrochemii, Korozji i Inżynierii Materiałowej Wydział Chemiczny PG pokój 311

BADANIE ELEKTRYCZNEGO OBWODU REZONANSOWEGO RLC

Spis treści. 1. Cyfrowy zapis i synteza dźwięku Schemat blokowy i zadania karty dźwiękowej UTK. Karty dźwiękowe. 1

RUCH HARMONICZNY. sin. (r.j.o) sin

Metodyka i system dopasowania protez słuchu w oparciu o badanie percepcji sygnału mowy w szumie

KONCEPCJA BUDOWY MIKROFONU LASEROWEGO

Magnetofon USB ION Audio Tape2PC

2. Próbkowanie Sygnały okresowe (16). Trygonometryczny szereg Fouriera (17). Częstotliwość Nyquista (20).

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

SPRZĘTOWA REALIZACJA FILTRÓW CYFROWYCH TYPU SOI

POLITECHNIKA OPOLSKA

ZAGADNIENIA STANÓW DYNAMICZNYCH TRÓJFAZOWYCH SILNIKÓW INDUKCYJNYCH W WYBRANYCH NIESYMETRYCZNYCH UKŁADACH POŁĄCZEŃ

DYSKRETNE PRZEKSZTAŁCENIE FOURIERA C.D.

uzyskany w wyniku próbkowania okresowego przebiegu czasowego x(t) ze stałym czasem próbkowania t takim, że T = t N 1 t

IMPLEMENTATION OF THE SPECTRUM ANALYZER ON MICROCONTROLLER WITH ARM7 CORE IMPLEMENTACJA ANALIZATORA WIDMA NA MIKROKONTROLERZE Z RDZENIEM ARM7

Detekcja zespołów QRS w sygnale elektrokardiograficznym

ANALIZA WPŁYWU NIESYMETRII NAPIĘCIA SIECI NA OBCIĄŻALNOŚĆ TRÓJFAZOWYCH SILNIKÓW INDUKCYJNYCH

Systemy multimedialne. Instrukcja 5 Edytor audio Audacity

SYMULACJA ZAKŁÓCEŃ W UKŁADACH AUTOMATYKI UTWORZONYCH ZA POMOCĄ OBWODÓW ELEKTRYCZNYCH W PROGRAMACH MATHCAD I PSPICE

Wpływ nieliniowości elementów układu pomiarowego na błąd pomiaru impedancji

Ćwiczenie 3. Właściwości przekształcenia Fouriera

Drgania w obwodzie LC. Autorzy: Zbigniew Kąkol Kamil Kutorasiński

DETEKCJA AMPLITUDY SYGNAŁU DRGAŃ KONSTRUKCJI TRANSFORMATORÓW ENERGETYCZNYCH

Temat ćwiczenia. Analiza częstotliwościowa

OKREŚLENIE WPŁYWU WYŁĄCZANIA CYLINDRÓW SILNIKA ZI NA ZMIANY SYGNAŁU WIBROAKUSTYCZNEGO SILNIKA

LABORATORIUM ELEKTROTECHNIKI POMIAR PRZESUNIĘCIA FAZOWEGO

Teoria Sygnałów. III rok Informatyki Stosowanej. Wykład 8

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

Zespół Szkół Technicznych im. J. i J. Śniadeckich w Grudziądzu

WPŁYW GRUBOŚCI EKRANU NA CAŁKOWITE POLE MAGNETYCZNE DWUPRZEWODOWEGO BIFILARNEGO TORU WIELKOPRĄDOWEGO. CZĘŚĆ II EKRAN I OBSZAR WEWNĘTRZNY EKRANU

Zakres wymaganych wiadomości do testów z przedmiotu Metrologia. Wprowadzenie do obsługi multimetrów analogowych i cyfrowych

Analiza sygnałów biologicznych

10. Demodulatory synchroniczne z fazową pętlą sprzężenia zwrotnego

BADANIE SZEREGOWEGO OBWODU REZONANSOWEGO RLC

Transkrypt:

POZNAN UNIVE RSITY OF TE CHNOLOGY ACADE MIC JOURNALS No 80 Electrical Engineering 014 Piotr KARDASZ* WYKORZYSTANIE ZAKŁÓCEŃ QUASISTACJONARNYCH W CELU REDUKCJI NIERÓWNOMIERNOŚCI PRZESUWU TAŚMY W NAGRANIACH DŹWIĘKU NA NOŚNIKACH MAGNETYCZNYCH Stare nagrania dźwięku na taśmach magnetycznych charakteryzują się zakłóceniami spowodowanymi nierównomiernością przesuwu taśmy oraz jej mechanicznymi odkształceniami. W celu ich redukcji można wykorzystać zawsze obecne w takich nagraniach zakłócenia quasistacjonarne, takie jak przydźwięk sieciowy. Artykuł przedstawia algorytm, wykorzystujący wahania częstotliwości tych zakłóceń w celu oszacowania nierównomierności przesuwu taśmy i redukcji spowodowanych tym zniekształceń. Przy użyciu sygnału testowego zostało zbadane zachowanie się proponowanego algorytmu i jakość redukcji zakłóceń. Zostały również zarysowane kierunki dalszych badań nad udoskonaleniem i wykorzystaniem opracowanego algorytmu. SŁOWA KLUCZOWE: redukcja zakłóceń, analiza sygnału, zapis magnetyczny 1. WPROWADZENIE Szeroko stosowany do niedawna analogowy zapis magnetyczny dźwięku charakteryzuje się małą odpornością na zniekształcenia stosowanych w tym celu nośników. Taśmy magnetyczne, wykonywane z cienkiej folii z tworzyw sztucznych, powleczone lakierem magnetycznym, których całkowita grubość wraz z warstwą lakieru może wynosić zaledwie 9 µm [1] są mało odporne na rozciąganie. Rozciąganie to nigdy nie jest równomierne i dlatego nagranie, odtwarzane ze zużytego nośnika, charakteryzuje się drżeniem i kołysaniem częstotliwości. Inną przyczyną kołysania dźwięku jest nierównomierność prędkości przesuwu taśmy. Nagrania, często cenne dla ich właścicieli i na ogół niepowtarzalne, stanowiące dla nich pamiątki z czasów, które minęły, były zapisywane często na złej jakości sprzęcie, którego nierównomierność prędkości przesuwu taśmy przekraczała znacznie 1%. Spotykane są także nagrania sprzed lat dokonane z płyt analogowych [], w których otwór nie jest położony dokładnie centralnie w stosunku do ścieżki zapisu. Nagranie dokonane z takiego nośnika również będzie się charakteryzowało kołysaniem dźwięku. * Politechnika Białostocka.

110 Piotr Kardasz Łączne działanie wszystkich wspomnianych przyczyn powoduje nieregularne i bardzo przykre dla ucha zaburzenia dźwięku [3]. Ponieważ dokładne przyczyny i wielkości odchyleń nie są możliwe do ustalenia, redukcja tych zniekształceń nie jest zadaniem banalnym. Popularne programy do obróbki sygnałów dźwiękowych, zarówno bezpłatne jak i komercyjne, nie dysponują możliwościami redukcji takich zniekształceń. Istnieje jednak możliwość detekcji i pomiaru opisanych nierównomierności. Związana jest ona z występowaniem w nagraniach dokonywanych niskiej jakości sprzętem, zakłóceń quasistacjonarnych, takich jak przydźwięk sieci zasilającej. Przydźwięk taki, który podczas zapisu miał stałą częstotliwość równą 50 Hz, podlega tym samym zniekształceniom, co sygnał użyteczny. Jeśli możliwy byłby pomiar chwilowej częstotliwości tego sygnału, można by na tej podstawie skorygować sygnał użyteczny tak, aby wyeliminować jego kołysanie. Możliwe jest również wykorzystanie innych stałych częstotliwości zakłócających, które mogły zapisać się wraz z sygnałem użytecznym. Jedną z częściej spotykanych jest częstotliwość odchylania poziomego telewizji analogowej równa 1565 Hz, która nagrywa się wraz z sygnałem dźwiękowym z telewizora, albo stanowi zakłócenie generowane przez stojący w pobliżu magnetofonu odbiornik. W tej sytuacji istnieje możliwość opracowania algorytmu, który mógłby redukować kołysanie i drżenie dźwięku zapisanego na taśmie magnetycznej wykorzystując do tego celu obecne w zapisie zakłócenia quasistacjonarne.. CEL I ZAKRES PRZEPROWADZONYCH BADAŃ Celem przeprowadzonych badań było zaprojektowanie, implementacja i przetestowanie działania algorytmu redukcji nierównomierności przesuwu taśmy z wykorzystaniem zakłóceń quasistacjonarnych, takich jak przydźwięk sieciowy lub częstotliwość odchylania poziomego telewizji. Powinien on dokonywać identyfikacji częstotliwości tych zakłóceń i na tej podstawie skorygować nagranie poprzez jego przepróbkowanie ze zmienną częstotliwością. Algorytm taki został opracowany na bazie algorytmu identyfikacji składowych sinusoidalnych sygnału [4], a następnie przetestowany przy użyciu kilku sygnałów testowych. Oceniona została jakość działania algorytmu oraz możliwości jego implementacji i dalszego udoskonalania 3. PODSTAWY TEORETYCZNE Stosowana najczęściej metoda analizy sygnału, polegająca na analizie widmowej przy użyciu transformaty Fouriera [5] jest zbyt mało dokładna w przypadku, gdy badane jest widmo w zakresie niskich częstotliwości na podstawie niewielkiej liczby próbek. W celu identyfikacji amplitudy i

Wykorzystanie zakłóceń quasistacjonarnych w celu redukcji nierównomierności 111 częstotliwości zakłóceń quasistacjonarnych może jednak zostać wykorzystana funkcja: f ( a ) / b 0 b sin ( bt ) sin( t ) sin( at )dt Dla b dążącego do zera funkcja ta posiada maksimum niewłaściwe o wartości π/4 w punkcie a = 1 (rys. 1): (1) Rys. 1. Niewłaściwe maksimum funkcji (1) dla a = 1 i b ϵ <0,01,1> Jeśli więc wymnoży się badany sygnał S(t) zawierający zakłócenie o pulsacji ω przez funkcję okna: f o b sin ( bt ) () a następnie przez sygnały testowe o postaci: St ( t) sin( tt) (3) gdzie pulsacje testowe ω t są zbliżone do oczekiwanej pulsacji zakłócenia ω, po czym scałkuje się wyniki tych mnożeń w czasie od 0 do π/b, otrzyma się maksimum tej całki dla ω = ω o. Powyższe rozważania dotyczą przypadku, gdy sygnał zakłócający jest sygnałem sinusoidalnym nieprzesuniętym w fazie w stosunku do sygnału testowego. Warunek ten nie jest w ogólnym przypadku spełniony. Można jednak wykorzystać ortogonalność funkcji sin(ωt) i cos(ωt) i dokonać mnożeń przez sygnały testowe: S ( t) sin( t) (4) po czym obliczyć amplitudę: S sin cos ( t) cos( t) (5) cos A A sin A (6) i poszukiwać maksimum amplitudy w funkcji pulsacji testującej ω t. Pozwala to na zidentyfikowanie częstotliwości zakłóceń. Zakładając, że w czasie nagrywania

11 Piotr Kardasz częstotliwość ta była stała i znana (np. częstotliwość przydźwięku sieciowego 50 Hz), można ocenić odchylenie prędkości przesuwu nośnika od standardowej i skorygować związane z tym zniekształcenia. W przypadku cyfrowej obróbki sygnału jego postać dyskretna wynosi: S ( t) S ( nt ) (7) i wzór (1) przyjmie postać: 1 N sin ( nt ) sin( nt ) sin( ant ) (8) N n 0 N W tej postaci może on zostać wykorzystany w celu opracowania algorytmu detekcji częstotliwości zakłóceń quasistacjonarnych i na tej podstawie korekcji wahań prędkości przesuwu nośnika magnetycznego lub zniekształceń sygnału spowodowanych rozciągnięciem nośnika. 4. DZIAŁANIE ALGORYTMU Opracowany program pobiera z pliku N = 4096 próbek sygnału S(nT), co przy częstotliwości próbkowania 44100 Hz odpowiada 9,9 ms. Sygnał ten jest wstępnie mnożony przez funkcję okna: n f o ( n) sin ( ) (9) 4096 a następnie przez sygnały testowe o częstotliwościach zmieniających się w zakresie od 48,5 Hz do 51,5 Hz co 0,1 Hz. Użyte zostały sygnały testowe o postaci: F sin( fnt ) (10) sin Fcos cos( fnt ) (11) Algorytm oblicza wartość funkcji: N N A 1 1 sin f 0 ( n) S ( nt ) Fsin ( ant ), Acos f 0 ( n) S ( nt ) Fcos ( ant ) (1) N n 0 N n 0 dla sygnałów testowych (10), (11) po czym odnajduje wartości maksymalne A sin i A cos dla każdej z częstotliwości i na tej podstawie estymuje częstotliwość sygnału zakłócającego. Jego amplituda, faza i kształt nie są istotne dla dalszej pracy algorytmu. Otrzymuje się w ten sposób wartości częstotliwości zakłóceń dla chwil równych m 9.9 ms., gdzie m jest kolejnym numerem pobranego ciągu próbek. Dla chwil pośrednich procedura przeprowadza aproksymację liniową. 5. PRZEBIEG BADAŃ Opracowany algorytm został przetestowany za pomocą przygotowanego w tym celu sygnału testowego. Składa się on z próbki muzyki, zakłóconej przebiegiem sinusoidalnym o częstotliwości 50 Hz i poziomie -1 db. Sygnał ten został następnie przetworzony tak, aby zasymulować odchylenia prędkości przesuwu

Wykorzystanie zakłóceń quasistacjonarnych w celu redukcji nierównomierności 113 taśmy o 1,6% od prędkości standardowej. Czas trwania sygnału testowego wynosił 0 sekund, zaś okres symulowanych zmian prędkości przesuwu nośnika wynosił sekundy. Tak otrzymany sygnał testowy poddano działaniu opracowanego algorytmu. Uzyskane estymaty odchylenia prędkości przesuwu nośnika zostały porównane z oryginalnym sygnałem sterującym (rys. ). Rys.. Porównanie estymaty odchylenia prędkości przesuwu nośnika (gruba linia) z rzeczywistym odchyleniem (cienka linia) 6. OCENA WYNIKÓW I KIERUNKI DALSZYCH BADAŃ Opracowany algorytm potrafi zidentyfikować częstotliwość sygnału zakłócającego i dzięki jego obecności pozwala na znaczną redukcję zniekształceń pochodzących od nierównomierności przesuwu taśmy magnetycznej lub rozciągnięcia nośnika. Można jednak zauważyć niedoskonałości jego działania, wynikające z przyjętego sposobu aproksymacji (liniowa) i błędów oszacowania częstotliwości sygnału zakłócającego. Aby poprawić pracę algorytmu, można zastosować aproksymację wielomianową, a także uwzględnić fakt, że amplituda i częstotliwość zakłóceń quasistacjonarnych zmieniają się stosunkowo powoli, a zatem szybkie zmiany tych wartości powinny zostać przez algorytm odrzucone. Opracowany algorytm został przetestowany za pomocą przygotowanego wstępnie sygnału o stosunkowo wysokim poziomie przydźwięku (-1 db). Po wprowadzeniu wyżej wspomnianych poprawek, algorytm zostanie przetestowany na rzeczywistych próbkach nagrań ze starych taśm magnetycznych, co pozwoli ocenić jego przydatność do zastosowań praktycznych. Publikację sfinansowano w ramach pracy własnej W/WE/8/013

114 Piotr Kardasz LITERATURA [1] Iwanicka B., Koprowski E., Kasety magnetofonowe i magnetowidowe, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 1988. [] Vademecum techniki audio-video zapisywanie i odtwarzanie dźwięku. Praca zbiorowa pod red. Z. Dackiewicz, WNT, Warszawa 1991. [3] Lindsay P. H., Norman D. A., Procesy przetwarzania informacji u człowieka, PWN, Warszawa 1991. [4] Kardasz P., Algorytm identyfikacji składowych sinusoidalnych złożonego sygnału na podstawie jego losowo pobranych próbek. Poznan University of Technology Academic Journals, Electrical Engineering, nr 76 (013), s. 197-03. [5] Zieliński T. P., Cyfrowe przetwarzanie sygnałów, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 005. THE USE OF QUASI STATIONARY NOISES FOR TAPE FEED FLUCTUATION REDUCTION IN MAGNETIC MEDIA RECORDINGS Old audio recordings on magnetic tape are characterized by distortions caused by its mechanical deformations and non-uniformity of the tape feed. In order to reduce these distortions the ever-present quasi stationary noise, such as 50 Hz hum, can be used. The article presents an algorithm that uses this noise fluctuation to estimate the non-uniformity of the tape feed and to reduce the distortions caused by that non-uniformity. The behavior of the proposed algorithm and the quality of non-uniformity tape feed distortions reduction was examined. The directions for further research and refinement of the developed algorithm were outlined.