サウンド カードでデジタル (正方形) 信号を作成したいと考えています。高周波を生成するとうまくいきます。しかし、サウンド カードで DC を出力できないため、周波数が低い場合、結果のデジタル ビットはすべてゆっくりと 0 にフェードします。
これは、サウンドカードのハイパスが私の方形波に対して行うことです: http://www.electronics-tutorials.ws/filter/fil39.gif
ハイ パスを通過すると、信号が正方形になるという信号の数学関数は何ですか?
理想的には、解決策は gnuplot で示されます。
サウンドカードは波形の低周波をカットするので、渡すものでそれらをいくらかブーストする必要があります。
方形波には多くの周波数が含まれています (ここでフーリエ級数のセクションを参照してください)。補正された方形波を生成する最も簡単な方法は、フーリエ級数を合計し、低周波成分の振幅を増幅してサウンド カードのハイパス フィルターを補正することだと思います。
各低周波成分をどれだけブーストするかを計算するには、最初に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。これには、さまざまな周波数で一定の振幅の正弦波を出力し、各周波数の比率を測定することによって行います。r(f)入力の振幅に対する出力の振幅の。f次に、方形波フーリエ級数の各周波数成分の振幅に1/r(f)(「逆フィルタ」)を乗算することにより、方形波出力の近似値を生成できます。
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RC フィルターとしてモデル化し(おそらくサウンドカードがフィルタリングを行っている方法です)、そこから振幅と位相応答の両方を反転する方がよいかもしれません。
以前の回答のいくつかは、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ー）が低周波の方形波が「オンのまま」になるのを妨げているため、急速に減衰することを正しく指摘しています。
ソフトウェアからこのフィルターを完全に打ち負かす方法はありません。より低い周波数でより低い振幅の方形波を使用できる場合は、三角波のようなものを送信することで近似できます。過渡解析の観点から、ここでの動作理論は、カップリング コンデンサが放電している (DC をブロックしている) ときに、バイアス電圧を上げて放電を打ち消し、しばらくの間方形波のプラトーを維持するというものです。もちろん、最終的には PCM のヘッドルームを使い果たします (電圧を無限に上げ続けることはできません)。この点では、24 ビット カードの方が 16 ビット カードよりも解像度が高いため優れています。これを考える別のより抽象的な方法は、RC フィルターが差別化要因として機能することです。、したがって、方形波の平坦なピークを取得するには、入力で三角波の平坦な勾配を与える必要があります。しかし、これは理想化された動作です。
概念の簡単な証明として、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 三角信号がどうなるかを以下に示します。±200mVの方形波に近似
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 100 オームまで下げると、出力振幅が劇的に減少します。これは、これらのデバイスのインピーダンスが 1Kohm よりもはるかに低いため、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、もう少し時間があれば、単純な三角波の代わりに、より良い形状の刺激を使用して、より良いシミュレーションを追加しますが、平均的な Web ベースの回路シミュレータ ソフトウェアからはそれを得ることができません...
運が良ければ、メーカーが手抜きをしすぎてカップリング キャップを取り付けていない $0.99 の USB サウンド カードを手に入れることができます。https://www.youtube.com/watch?v=4GNRzwfP7RE
残念ながら、方形波を適切に近似することはできません。サウンド ハードウェアは意図的にスルー レートが制限されており、意図した周波数範囲を超えて立ち下がりエッジまたは立ち上がりエッジを生成することはできません。
N サンプルごとに高い PCM コードと低い PCM コード (+max、-max) を交互に使用することで、ひどく変形した方形波を近似できます。
帯域幅が無限であるため、実際に真の矩形波を生成することはできません。ただし、たとえば 10 Hz から 1 kHz の間の周波数では、方形波の合理的な近似値を生成できます (10 Hz 未満では、サウンド カードなどのアナログ部分に問題が発生する可能性があり、約 1 kHz を超えると、近似値はますます不正確になります)。 、比較的少数の高調波しか再現できないため）。
波形を生成すると、サンプル値は +/- 値の間で交互に変化します。たとえば、16 ビット PCM ストリームの場合、フルスケールは -32767 と +32767 になります。頻度は、これらのサンプルの周期によって決まります。たとえば、44.1 kHz のサンプル レートの場合、-32767 の 100 サンプルと +32767 の 100 サンプルがある場合、つまり周期 = 200 サンプルの場合、方形波の基本周波数は 44.1 kHz / 200 = 220 Hz になります。
