サウンドカードに四角い波を出力する方法
https://stackoverflow.com/questions/4186735
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10-10-2019 - |
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サウンドカードにデジタル（正方形）信号を作成したいと思います。私が高周波数を生成する場合、それはうまく機能します。ただし、サウンドカードにDCを出力できないため、低周波数の場合、結果のデジタルビットはすべて0にフェードします。
これは、SoundCards High Passが私の四角い波に行うことです。http://www.electronics-tutorials.ws/filter/fil39.gif
信号の数学的機能は何ですか。それは、ハイパスを通過すると正方形になるでしょうか？
理想的には、ソリューションはgnuplotで実証されています。
解決
サウンドカードは、波形の低周波数を切り取るため、渡るものでそれらをある程度ブーストする必要があります。
正方形の波には多くの周波数が含まれています（参照してください ここのフーリエシリーズのセクション）。修正された四角波を生成する最も簡単な方法は、フーリエシリーズを合計して、低周波数成分の振幅を強化して、サウンドカードのハイパスフィルターを補正することです。
各低周波数コンポーネントをどれだけ増やすかを計算するには、まず、さまざまな周波数の正弦波を出力することにより、サウンドカードのハイパスフィルターの応答を測定する必要があります。 r(f) 入力の振幅への出力の振幅の。次に、各周波数コンポーネントの振幅を乗算することにより、四角波出力の近似を生成できます f Square Wave Forierシリーズで 1/r(f) （「逆フィルター」）。
サウンドカードのハイパスフィルターも信号の位相を調整する可能性があります。この場合、ハイパスを次のようにモデル化する方が良いかもしれません RCフィルター, 、（これはおそらくサウンドカードがフィルタリングを行う方法です）、そしてそれからの振幅と位相の両方の応答を反転させます。
他のヒント
以前の回答のいくつかは、それがハイパスフィルター（サウンドカードの出力のACカップリングコンデンサ）であることが正しく指摘されています。
このフィルターをソフトウェアから完全に打ち負かす方法はありませんか、それともそこにはありませんか？下の周波数で低振幅の正方形の波で暮らすことができれば、次のようなものを送信することでそれらを近似できます 三角波. 。一時的な分析の観点から、ここでの動作理論は、結合コンデンサが排出されている（DCブロック）として、そのバイアス電圧を増加させて、その放電でしばらく四角い波のプラトーを維持することです。もちろん、最終的にPCMヘッドルームを使い果たし（電圧を無期限に増やすことはできません）、この点で24ビットカードは16ビットのカードよりも優れています。これを考えるためのもう1つのより抽象的な方法は、RCフィルターが 差別化要因, 、したがって、正方形の波の平らなピークを取得するには、入力の三角形の波の平らな斜面を与える必要があります。しかし、これは理想的な動作です。
概念の迅速な証明として、1KOHM負荷の1UFカップリングキャップを通過するときに60Hz±1Vの三角形信号がなるものを次に示します。 ±200mVの平方波に近似します
ここでは、負荷のインピーダンス/抵抗がかなり重要であることに注意してください。たとえば、100OHMに下げると、出力振幅は劇的に減少します。これは、これらのデバイスが1kohmよりもはるかに低いインピーダンスを持っているため、カップリングキャップがスピーカー/ヘッドフォンのDCをブロックする方法です。
今日少し後でもう少し時間を見つけることができれば、単純な三角形の波の代わりにより良い形の刺激を備えたより良いシミュレーションを追加しますが、平均的なWebベースのサーキットシミュレーターソフトウェアからそれを取得することはできません...
運が良ければ、メーカーがコーナーを切断しているため、カップリングキャップを設置しなかった0.99ドルのUSBサウンドカードの1つを入手できます。 https://www.youtube.com/watch?v=4gnrzwfp7re
間違いなく、正方形の波の適切な近似値を取得することはできません。 Sound Hardwareは意図的にLate Rateが制限されており、意図した周波数範囲を超えて落下または立ち上がりエッジを生成することはできません。
すべてのnサンプル（+max、-max）を交互に行うことにより、ひどく変形した四角波に近似できます。
無限の帯域幅があるため、実際に真の平方波を生成することはできません。ただし、四角い波の合理的な近似を生成できますが、たとえば10 Hzと1 kHzの間の周波数で（10 Hz未満でサウンドカードなどのアナログ部分に問題がある可能性があり、1 kHzを超えると、近似はますます不正確になります。 、比較的少数のハーモニクスしか再現できないため）。
TP波形を生成するサンプル値は、16ビットPCMストリームの場合、+/-の値、たとえばフルスケールの間だけになります。周波数は、これらのサンプルの期間によって決定されます。たとえば、44.1 kHzのサンプルレートの場合、-32767の100個のサンプル、+32767の100個のサンプル、IE期間= 200サンプルがある場合、四角波の基本周波数は44.1 kHz / 200 = 220 Hzになります。
