Högupplöst spektrumanalysator för ljud i realtid

En FFT-spektrumanalysator har två oberoende frekvensaxlar, plus en tredje axel i tiden. De är lätta att blanda ihop, och de gör olika saker.

Frekvensupplösning (binbredd) är hur fint analysatorn kan skilja två närliggande frekvenser åt. Den är lika med samplingsfrekvensen delad med FFT-storleken. Det är på den här axeln som antalet bins gör verklig nytta: fler bins vid samma samplingsfrekvens ger en smalare bin, som skiljer åt partialtoner som annars skulle smälta ihop till en enda topp. Antalet bins ensamt är inte upplösningen. Upplösningen beror alltid också på samplingsfrekvensen.

Frekvensomfång (högsta mätbara frekvens) är den högsta frekvens som analysatorn över huvud taget kan visa. Det är Nyquistgränsen, halva samplingsfrekvensen. Den styrs enbart av samplingsfrekvensen, och antalet bins har ingenting med den att göra. I praktiken begränsas omfånget dessutom av mikrofonen, som oftast är den verkliga gränsen (se nedan).

Tidsupplösning är den tredje axeln: hur ofta spektrumet uppdateras och hur långt analysfönster FFT:n tittar på. Frekvensupplösning och tidsupplösning vägs mot varandra (smalare bins kräver ett längre tidsfönster), så VoceVista har båda som oberoende inställningar så att du kan välja den balans som passar uppgiften.

Sammanfattat: antalet bins tillsammans med samplingsfrekvensen bestämmer upplösningen, samplingsfrekvensen ensam bestämmer omfånget, och analysfönstret avgör hur upplösningen fördelas mot tiden. Vid Pro-utgåvans maximum på omkring en miljon bins blir upplösning och omfång så här vid vanliga samplingsfrekvenser:

Med samplingsfrekvensen fast på 44,1 kHz (den vanliga frekvensen för röstanalys och ljud i CD-kvalitet) är binbredden så här för varje tillgänglig FFT-storlek. Storlekar upp till 8 192 punkter (8 k punkter, 2¹³) finns i alla utgåvor, medan storlekar från 16 384 punkter (16 k punkter, 2¹⁴) upp till 1 048 576 punkter (1 M punkter, 2²⁰) kräver Pro-utgåvan.

En kommentar om omfånget. Det är mikrofonen, inte analysatorn, som sätter den verkliga övre gränsen. Vanliga mikrofoner faller av runt 20 kHz, vilket gott och väl täcks av en samplingsfrekvens på 44,1 eller 48 kHz. Professionella mätmikrofoner når upp till ungefär 30 eller 50 kHz. Allt därutöver kräver instrumentering av laboratorieklass eller ultraljudsgivare. Så även om programvaran utan problem kör på 192 kHz med rätt ljudkort, är det oftast mikrofonen som sätter gränsen först. För konkreta förslag i olika prisklasser, se våra mikrofonrekommendationer.

En kommentar om upplösningen. Som jämförelse är standardinställningen för sånganalys 8 192 punkter (8 k punkter, 2¹³) vid 44,1 kHz, vilket också är maximum i VoceVista Basic och VoceVista Video. Det ger cirka 5,4 Hz per bin, gott och väl tillräckligt för röstpedagogik där deltonerna ligger 100 Hz eller mer från varandra, men inte tillräckligt för att skilja åt de tätt liggande inharmoniska partialtonerna hos skålar och gongar i deras låga register. Vid samma samplingsfrekvens ger Pro-utgåvans 1 048 576 punkter (1 M punkter, 2²⁰) cirka 0,042 Hz per bin: 128 gånger finare.

Dynamiskt omfång, skillnaden mellan de starkaste och svagaste signaler som analysatorn kan skilja åt, har flera aspekter som läggs på varandra längs ljudkedjan. VoceVista spelar internt in med upp till 32 bitars flyttal, vilket är så brett att inspelningssteget i sig inte innebär någon praktisk begränsning, och importerade FLAC-filer stöds i 24 och 32 bitar (nominellt 144 dB och mer). På analyssidan har själva FFT:n i praktiken ett användbart dynamiskt omfång på cirka 100 dB, som bestäms av fönsterfunktionens sidlobsdämpning. De 12 valbara fönstren i specifikationstabellen gör en avvägning mellan detta dynamiska omfång och huvudlobens bredd. Med livesignaler nås gränsen oftast långt innan något av detta spelar in: ett bra ljudkort ger 100 till 120 dB dynamiskt omfång, och mikrofonen plus rumsbruset äter vanligtvis upp ytterligare 20 dB. Det totala dynamiska omfång du ser är alltså det minsta av dessa steg, och i praktiken är det hårdvaran som sätter taket, inte analysatorn.