Difference between revisions of "Signály"

From RoboWiki
Jump to: navigation, search
(→‎Harmonické signály)
 
(18 intermediate revisions by the same user not shown)
Line 1: Line 1:
−
{{mfile|signaly.m|signaly.m}}
+
Budeme sa zaoberať nasledovnými typmi signálov:
 +
* umelé,   
 +
* prírodné, 
 +
* audio,   
 +
* video.   
 +
 
 +
=== Umelé testovacie signály ===
 +
 
 +
Na testovanie sa používajú umelé signály
 +
* impulz
 +
* skok
 +
* harmonický signál
 +
* šum
 +
 
 +
<gallery>
 +
Image:SignalPulse.png|Impulz
 +
Image:SignalStep.png|Skok
 +
Image:ToneA4.png|Sínus
 +
Image:SignalNoise.png|Šum
 +
</gallery>
 +
 
 +
<source lang="octave">
 +
% Uvedene signaly v Octave vyrobime takto
 +
 
 +
PulseSignal = zeros(1000,1); PulseSignal(5)=1;
 +
StepSignal  = zeros(1000,1); StepSignal(6:50)=1;
 +
SinusSignal = sin(linspace(0,4*pi,100));
 +
NoiseSignal = 0 + 0.6 * randn([100 1]); % \mu = 0, \sigma = 0.6
 +
HeartSignal;
 +
 
 +
% A vsetky naraz nakreslime. Po skonceni skriptu mame signaly
 +
% nachystane v pamati. Mozeme ich dalej pouzivat.
 +
%
 +
clg; figure(1);
 +
 +
subplot(5,1,1);
 +
stem(PulseSignal); axis ([0 100 -0.5 1.5]);
 +
 
 +
subplot(5,1,2);
 +
stem(StepSignal,"b"); axis ([0 100 -0.5 1.5]);
 +
 
 +
subplot(5,1,3);
 +
plot(SinusSignal,"g"); axis([0 100 -1.5 1.5]);
 +
 
 +
subplot(5,1,4);
 +
plot(NoiseSignal,"r"); axis([0 100 -1.5 1.5]);
 +
 
 +
subplot(5,1,5);
 +
plot(heart(:,1),heart(:,2)); axis([0 5 -1 2]);
 +
 
 +
</source>
 +
 
 +
'''Download'''
 +
* [[Media:signaly.m|signaly.m]] &nbsp; [[Image:Mfile_icon.png]]
 +
 
 +
Toto nefunguje (a asi ani nebude): {{mfile|signaly.m|signaly.m}}
 +
 
 +
 
 +
Po stiahnutí si súbor uložte ako '''signaly.m''' a v Octave napíšte <TT>demo signaly</TT>.
 +
 
 +
=== Harmonické signály ===
 +
 
 +
* [http://www.jhu.edu/signals/listen-new/listen-newindex.htm Počúvanie fázového posunu]
 +
 
 +
 
 +
V nasledujúcom príklade vytvoríme v Matlabe/Octave harmonický signál a jeho rôzne kombinácie.
 +
 
 +
<gallery>
 +
Image:ToneA4.png|[[Media:sinusA4_44k.wav|Komorné A (A4)]][[Image:Wav_icon.png]]
 +
Image:ChordA4.png|[[Media:chordA4_44k.wav|Akord (A+Cis+E)]][[Image:Wav_icon.png]]
 +
Image:NoiseA4.png|[[Media:noiseA4_44k.wav|Zašumené A4]][[Image:Wav_icon.png]]
 +
</gallery>
  
−
[[Help:Redirect|http://www.google.com/images/logo.gif]]
 
  
−
[{{SERVER}}{{localurl:Help:Redirect}} http://www.google.com/images/logo.gif]
 
  
 
<source lang="octave">
 
<source lang="octave">
Line 10: Line 79:
 
%  Okrem vykreslovania mozeme spravit export do .wav suboru a potom
 
%  Okrem vykreslovania mozeme spravit export do .wav suboru a potom
 
%  si vysledne zvuky prehravat a prezerat napriklad v Audacity
 
%  si vysledne zvuky prehravat a prezerat napriklad v Audacity
−
%  zaujimave su aj spektralne charakteristiky signalov
 
 
%   
 
%   
 
%  (c) Richard Balogh, 30. 5. 2008
 
%  (c) Richard Balogh, 30. 5. 2008
Line 26: Line 94:
 
freq = 440;                          % Komorne A4 = 440 Hz
 
freq = 440;                          % Komorne A4 = 440 Hz
 
   A = 0.9;                          % Amplituda je z intervalu <-1,1>
 
   A = 0.9;                          % Amplituda je z intervalu <-1,1>
 +
  fi = 0;                            % Fazovy posun
 
    
 
    
−
A4 = A * sin(2*pi*freq*time);
+
A4 = A * sin(2*pi*freq*time + fi);
 
 
 
% plot(A4);                          % Mozeme si aj nakreslit
 
% plot(A4);                          % Mozeme si aj nakreslit
Line 63: Line 132:
 
Tone = (A4 + Cis5 + E5)/3;              % Aby amplituda bola <-1,1>
 
Tone = (A4 + Cis5 + E5)/3;              % Aby amplituda bola <-1,1>
 
wavwrite(Tone',f_sample,16,"chordA4_44k.wav");  
 
wavwrite(Tone',f_sample,16,"chordA4_44k.wav");  
 +
  
 
% %%%%%%%%%%%%% Signal 5 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 
% %%%%%%%%%%%%% Signal 5 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
Line 72: Line 142:
  
 
</source>
 
</source>
 +
 +
'''Download'''<BR>
 +
* [[Media:signalyA4.m|signalyA4.m]][[Image:Mfile_icon.png]]
 +
 +
 +
'''Pozn.:'''<br>
 +
Ľudské ucho skutočne vníma zvuky rozložené na frekvencie. Akustický signál pôsobí na bubienok, jeho kmity prenesú
 +
sluchové kostičky až do slimáka. Ten má pozdĺžne umiestnenú membránu s rôznou tuhosťou a rozširujúcu sa smerom dovnútra.
 +
Kmity prenesené kostičkami na kvapalinu vovnútri slimáka (''cochlea'') rozkmitajú aj túto pozdĺžnu membránu
 +
a to v mieste zodpovedajúcom rezonančnej frekvencii daného úseku, vždy na rôznom mieste. Pre hlboké tóny hlboko vovnútri slimáka,
 +
pre vysoké blízko ústia. A pre stredné v strede. Pod kmitajúcou membránou je umiestnených 15 až 18 000 citlivých buniek,
 +
ktoré reagujú na tieto kmity. Takto už v slimáku nastáva základná frekvenčná analýza.
 +
(Karel Zehnula: ''Čidla robotů.'' SNTL, Praha, 1990.)
 +
 +
Z toho teda vyplýva, že pri akordoch skutočne nie je dôležitá fáza pri skladaní tónov.
 +
 +
== Prírodné signály ==
 +
 +
Týmto neohrabaným názvom označujem signály, ktoré pochádzajú z reálneho sveta, nie z počítačovej simulácie.
 +
Môžete si ich stiahnuť a robiť s nimi neskôr pokusy. Časom snáď pribudnú ďalšie a lepšie.
 +
 +
<gallery>
 +
Image:SignalHeart.png|[[Media:heart.m|Srdce - EKG]][[Image:Mfile_icon.png]]
 +
Image:SignalTemp.png|[[Media:teplota.m|Teplota vzduchu]][[Image:Mfile_icon.png]]
 +
Image:FlautaA4.png|[[Media:flautaA4.wav|Flauta - A4]][[Image:Wav_icon.png]]
 +
</gallery>
 +
 +
[[Category:DSP]]

Latest revision as of 22:20, 20 June 2008

Budeme sa zaoberať nasledovnými typmi signálov:

  • umelé,
  • prírodné,
  • audio,
  • video.

Umelé testovacie signály

Na testovanie sa používajú umelé signály

  • impulz
  • skok
  • harmonický signál
  • šum

  • Impulz

  • Skok

  • Sínus

  • Šum 

% Uvedene signaly v Octave vyrobime takto

 PulseSignal = zeros(1000,1); PulseSignal(5)=1;
 StepSignal  = zeros(1000,1); StepSignal(6:50)=1;
 SinusSignal = sin(linspace(0,4*pi,100));
 NoiseSignal = 0 + 0.6 * randn([100 1]); % \mu = 0, \sigma = 0.6
 HeartSignal;

% A vsetky naraz nakreslime. Po skonceni skriptu mame signaly
% nachystane v pamati. Mozeme ich dalej pouzivat.
%
 clg; figure(1);
 
 subplot(5,1,1);
 stem(PulseSignal); axis ([0 100 -0.5 1.5]);

 subplot(5,1,2);
 stem(StepSignal,"b"); axis ([0 100 -0.5 1.5]);

 subplot(5,1,3);
 plot(SinusSignal,"g"); axis([0 100 -1.5 1.5]);

 subplot(5,1,4);
 plot(NoiseSignal,"r"); axis([0 100 -1.5 1.5]); 

 subplot(5,1,5);
 plot(heart(:,1),heart(:,2)); axis([0 5 -1 2]);

Download

Toto nefunguje (a asi ani nebude): http://virtuallab.kar.elf.stuba.sk/robowiki/images/5/52/Mfile_icon.png signaly.m


Po stiahnutí si súbor uložte ako signaly.m a v Octave napíšte demo signaly.

Harmonické signály


V nasledujúcom príklade vytvoríme v Matlabe/Octave harmonický signál a jeho rôzne kombinácie. 


%  Priklad na vytvaranie harmonickych signalov
%  
%  Okrem vykreslovania mozeme spravit export do .wav suboru a potom
%  si vysledne zvuky prehravat a prezerat napriklad v Audacity
%  
%  (c) Richard Balogh, 30. 5. 2008
% 
%
%
% %%%%%%%%%%%%% Signal 1 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

f_sample = 8000;  % [Hz] - pre telefony OK
duration =    1;  % [s]  - jedna sekunda

  time = 0 : (1/f_sample) : duration;
% time = linspace(0,duration,f_sample);  % Alternativa zapisu

freq = 440;                          % Komorne A4 = 440 Hz
   A = 0.9;                          % Amplituda je z intervalu <-1,1>
  fi = 0;                            % Fazovy posun
   
A4 = A * sin(2*pi*freq*time + fi);
	
% plot(A4);                          % Mozeme si aj nakreslit

wavwrite(A4',"sinusA4_8k.wav");      % A4' - wavwrite potrebuje stlpec

% %%%%%%%%%%%%% Signal 2 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

A = 1.9;                             % To iste, ale zvacsime apmplitudu
A4 = A * sin(2*pi*freq*time);
wavwrite(A4',"sinusA4_8k_orez.wav"); % Orezany signal, ma vyssie harmonicke

% %%%%%%%%%%%%% Signal 3 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

f_sample = 44100;                       % [Hz] - CD audio
duration =     1;                       % [s]  - jedna sekunda
    time = 0 : (1/f_sample) : duration;

freq = 440;                             % Komorne A4 = 440 Hz
   A = 0.9;                             % Vratime zasa naspat
   
A4 = A * sin(2*pi*freq*time);
wavwrite(A4',f_sample,16,"sinusA4_44k.wav"); % Musime zadat, ak f_sample != 8k
 
% %%%%%%%%%%%%% Signal 4 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Akord  A4 + C5# + E5
% A4  = 440 Hz
% C5# = 554,37
% E5  = 659,26
% http://www.phy.mtu.edu/~suits/notefreqs.html
%
A4   = A * sin(2*pi*440.00*time);
Cis5 = A * sin(2*pi*554.37*time);
E5   = A * sin(2*pi*659.26*time);
Tone = (A4 + Cis5 + E5)/3;              % Aby amplituda bola <-1,1>
wavwrite(Tone',f_sample,16,"chordA4_44k.wav"); 


% %%%%%%%%%%%%% Signal 5 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Pridame k tonu sumovu zlozku
%
noise    = 0 + 0.2 * randn(size(time)); % \mu = 0, \sigma = 0.2
Tone = (A4 + noise)/2;                  % Aby amplituda bola <-1,1>
wavwrite(Tone',f_sample,16,"noiseA4_44k.wav");

Download


Pozn.:
Ľudské ucho skutočne vníma zvuky rozložené na frekvencie. Akustický signál pôsobí na bubienok, jeho kmity prenesú sluchové kostičky až do slimáka. Ten má pozdĺžne umiestnenú membránu s rôznou tuhosťou a rozširujúcu sa smerom dovnútra. Kmity prenesené kostičkami na kvapalinu vovnútri slimáka (cochlea) rozkmitajú aj túto pozdĺžnu membránu a to v mieste zodpovedajúcom rezonančnej frekvencii daného úseku, vždy na rôznom mieste. Pre hlboké tóny hlboko vovnútri slimáka, pre vysoké blízko ústia. A pre stredné v strede. Pod kmitajúcou membránou je umiestnených 15 až 18 000 citlivých buniek, ktoré reagujú na tieto kmity. Takto už v slimáku nastáva základná frekvenčná analýza. (Karel Zehnula: Čidla robotů. SNTL, Praha, 1990.)

Z toho teda vyplýva, že pri akordoch skutočne nie je dôležitá fáza pri skladaní tónov.

Prírodné signály

Týmto neohrabaným názvom označujem signály, ktoré pochádzajú z reálneho sveta, nie z počítačovej simulácie. Môžete si ich stiahnuť a robiť s nimi neskôr pokusy. Časom snáď pribudnú ďalšie a lepšie.

Retrieved from "https://wiki.robotika.sk/robowiki/index.php?title=Signály&oldid=3294"