Spectrum Lab - звуковой анализатор спектра с дисплеем типа "Водопад" (далее по тексту - дисплей) работающий в режиме реального времени.

На данный момент - это наиболее мощный и сложный звуковой инструмент в руках как радиолюбителя, так и студента, ученого и человека увлеченного акустикой и звуковой техникой. Программа постоянно обновляется и можно надеяться на дальнейшее развитие этого интересного проекта.

Этот проект берет начало с тех времен, когда компьютеры работали под управлением операционной системы DOS. Ранее она представляла простую программу на основе быстрого преобразования Фурье (FFT), но сейчас это специализированный звуковой анализатор, фильтр, преобразователь частоты, фильтр мешающих сигналов, цифровой магнитофон и др..

(Снимок экрана с рабочим окном программы)

Основные особенности

• Программа непосредственно работает со входными сигналами звукового устройства, но посредством "звукового драйвера" можно организовать интерфейс с любым АЦП (аналого-цифровой преобразователь), в том числе и с АЦП имеющимся в микроконтроллерах PIC с последовательным интерфейсом. Плагин для звуковой программы Winamp позволяет проводить анализ звуковых потоков из сети интернет.
  SpectrumLab прямо поддерживает работу с SDR радиоприемными устройствами - SDR-IQ и SDR-14 (by RFSpace, Inc) и системой PERSEUS (by Microtelecom s.r.l.)
• Демодулированные сигналы обычно выводятся в звуковую плату, а еще через специальный модуль ввода вывода Audio-I/O DLL, организуется взаимодействие с внешними плагинами программы Winamp/
• Выбираемая и настраиваемая цветовая палитра дисплея "падаюий водопад" позволяет настривать цвета, яркость и контрастность в любом режиме работы.
• Частотный диапазон может быть настроен в процессе работы, а "старая часть дисплея" будет автоматически перерисована без остановки звукового анализа.
• Специальный режим дисплея для "Radio Direction Finder" с цветовой кодировкой азимутального дисплея (DF6NM Wideband Direction Finder). В настоящее время дополнен до трех режекторных фильтров для уменьшения шумов и помех с определенных направлений.
• Наличие специального "сегментированного" дисплея для длительного наблюдения за относительно узкополосными диапазонами.
• Поддержка приемников прямого преобразования с квадратурными выходами подключаемыми к стерео разъемам звукового устройства.
• Наличие узкополосных фильтров с возможностью сдвига и инвертирования принимаемых частот
• Дисплей типа "Водопад" с изменяемым положением (сверху - снизу, справа - слева)
• Вычисление пиковых уровней сигнала, частоты, уровня шума, эффективных значений чувствительности.
• Сохранение звуковых данных в файлах с возможностью последующего анализа из файлов
• Периодическая работа или работа по расписанию, например сохранение экранных снимков
• Выбор частоты дискретизации от 8000 до 44100 Гц (или 48000, 96000 и может быть до 192000 Гц в зависимости от возможностей входного звукового устройства)
• При работе со стандартным разрешением входного звукового устройства в 16 бит достижим динамический диапазон входных сигналов около 90 дб.
• 24-битный режим работы возможен с некоторыми звуковыми устройствами, например Audigy 2 ZS.
• Разрешение по частоте находится в субмиллигерцовом диапазоне частот и ограничивается стабильностью опорного генератора звукового устройства.
• Выход преобразователя частоты (FFT выход) буферизован во времени для возможности наблюдения за длительно изменяющимися сигналами (процессами) с функцией "прокрутки назад во времени" в то время как продолжается анализ текущих сигналов.
• Наличие дополнительных софт-сигнал генераторов с настройкой формы волны, частоты и модуляции, наличие дополнительного генератора шума.
• Наличие звуковых фильтров как заданных, так и программируемых пользователем вплоть до 128 порядка.
• Режекторные фильтры для подавления сигналов помех от электросетей с частотами 50 или 60 Гц (США) и их гармоник. Данная технология базируется на алгоритме Paul Nicholson's и если Вам это интересно посмотрите подробнее информацию связанную с приемом природных радиосигналов Notes on Domestic VLF Reception
• Наличие конвертера частоты со сдвигом вниз (до 17,2 кГц) с настройкой звуковых тонов (например 650 Гц) в режиме реального времени). Эта особенность может быть использована в софт приемниках длинных волн (soft-VLF-RX). Другие демодуляторы сигналов можно найти в DSP опициях.
• Встроенные декодеры цифровых сигналов - эталонов времени длинноволновых передатчиков MSF(60kHz), HBG(75kHz), DCF77 (77.5kHz) обладающих высокой точностью. К сожалению нет декодера Российского стандарта радиостанции РБУ 66,666 кГц.
• Наличие модуляторов и декодеров некоторых экспериментальных видов модуляции подобных PSK31, BPSK, QPSK, FSK, MSK (прием и передача символьной информации в малом окне терминала).
• Наличие DLL interface позволяет использовать программу Spectrum Lab для работы с еще не используемыми (не разработанными) видами модуляции.
• Наличие быстрого дисплея типа "Водопад" с разрешение до 200 линий в секунду с подключением телеграфного декодера способного работать даже на больших скоростях
• Экспорт различных функций (текстовая информация для обработки в программе Exel). Brian (CT1DRP) использует экспортные функции для создания спектрограм и графиков сигналов в диапазоне 136 кГц.
• Встроенный HTTP сервер позволяет написать простой пользовательский интерфейс для SpecLab в формате HTML (ограничено использованием в LAN)
• Связь с другими приложениями через простой интерфейс передачи сообщений (message-based system) который также позволяет использовать SpecLab для связи с программой RDF calculator (вычисление значений и отношений + графопостроитель)

(снимок экрана программы с компонентами)

SpecLab является настоящей "лабораторией" на компьютере и не такой простой в использовании, как программа ARGO (by I2PHD and IK2CZL).

Примеры использования SpecLab

Прием сигналов радиомаяка DI2AG (июль 2005)

Spectrum Lab можно использовать для наблюдения за сигналами экспериментального средневолнового радиомаяка на частоте 440 кГц (по состоянию на июль 2005 г.) в южной части Германии - позывной DI2AG. По состоянию на 2007 год изменена частота маяка на 505 кГц, и его сигналы можно принимать во многих странах. Много информации можно посмотреть здесь: Beschreibung des Einsatzes von Spectrum Lab als Bakenlogger für DI2AG. (на немецком языке)

Hellschreiber режимы в Spectrum Lab (ноябрь 2004)

Эти специальные узкополосные режимы передачи информации в Spectrum Lab активизируются в "цифровом терминале" названном Chirped Hell (щебечущий) основанном на идеях Markus, DF6NM. Мы их используем для работы в радиолюбительском диапазоне 136 кГц, так как сам выделенный участок частот очень мал (один телефонный канал). Особые свойства Markus' Chirped Hell режима модуляции в том, что появляется возможность передавать символы и даже небольшие картинки в условиях жестких частотных ограничений. Предъявлются высокие требования по линейности тракта передатчика. Картинки с текстом и графикой принимаются на дисплее "водопад" с режимом QRSS-3.

Прием сигналов LowFER радиомаяков

В статье Lyle Koehler, KØLR, описывается простой SDR приемник с совместным использованием со SpecLab.  Этот приемник с успехом используется для приема сигналов североамериканских LowFER радиомаяков. Описана практическая работа с программой SpecLab.

G7IZU Монитор ионосферы

На сайте Andy G7IZU мониторируются Метеорные потоки, Авроральные Спорадические отражения радиосигналов от слоя E ионосферы и Солнечные Вспышки в реальном времени. Данная информация используется в большинстве радиолюбительских рефлекторах посвященных работе на диапазоне 50 МГц.

VE2AZX о точном измерении частоты

Jacques, VE2AZX, описывает здесь как Spectrum Lab можно использовать для точного измерения частоты в миллигерцовом диапазоне. На сайте VE2AZX это описано лучше, чем в системе помощи самой программы SpecLab.

Преобразователь ультразвуковых сигналов

Если у Вас имеется подходящая звуковая  карта, то вы можете использовать SpecLab для приема ультразуковых сигналов эхолокации издавамыми летучими мышами в режиме реального времени (непосредственное восприятие на звуковых частотах слышимых человеком). В программе имеется специальная вкладка в быстрых установках - "Bat Converter". Для работы необходима звуковая плата с частотой диспретицации 96 кГц и выше и ПК с процессором не ниже 1,7 ГГц. SpecLab кроме преобразования сигналов еще показывает спектрограмму (с высоким временным разрешением, но малым разрешением по частоте). Производится преобразование ультразвуковых (УЗ) сигналов на звуковые частоты, в этом режиме также доступны режекторные фильтры для мешающих сигналов. На последнем этапе преобразования сигналы фильтруются, задействуется цифровая АРУ (автоматический контроль усиления).

В эксперименте я использовал миниатюрный (чип) электретный микрофон + звуковая плата  - 96 кГц, 16 бит, моно. Данные могут быть предварительно записаны, а затем преобразованы, или непосредственно восприниматься в режиме реального времени. Посмотреть пример записи ультразвуковых сигналов или на авторской страничке.

FFT внешние программные фильтры

FFT- встроенные фильтры в Spectrum Lab уже очень удобные, но в то же время возможно подключение внешних программных фильтров - "filter plugin". Эти фильтры имеют вид специальных библиотек (DLL) ОС windows, которые подключаются из панели управления фильтра. Многие плагины написаны на языке C / C++. Вы можете скачать плагины в архиве. Рассматривайте это как эксперимент, так как DLL интерфейс еще развивается!