[kaa.mobil]

Загорелось мне тут частоту ШИМ измерять. Более-менее достоверно и попроще.

Шаманства с фотографированием воды, огня и работы других людей и взмаха руки с фонарём меня не устроили, замороченно и долго. А хочется, чтобы раз - и уже частоту знаешь. Поэтому я решил пойти по пути подключения чего-то светочувствительного к звуковой карте.

Хочу сразу оговориться: ничего особо нового и револющионного я не расскажу. Способ стар и известен, и наверняка многие им успешно пользуются. Только этот опыт, к сожалению, остался их сугубо личным достоянием. Другими словами, более-менее подробной инструкции, как это сделать с нуля и до результата, я не нашёл. Хочу восполнить этот пробел.

Обнаружился нюанс: все обрывочные описания этого метода оперируют подключением к линейному или микрофонному входу звуковой карты стационарного компьютера. У меня стационарного компьютера давно нет, только ноутбук, у которого есть только разъём для гарнитуры. Про это вообще нигде не говорят, поэтому пришлось побеспокоить занятых людей вопросами. Хочу выразить Артем Квантов, galex и ceramic огромную благодарность за помощь, приведшую к успешному решению.

Итак для аппаратной части нам понадобятся:

1. Светодиод
2. Четырёхконтактный джек 3,5 мм (TRRS)
3. Провода (опционально, я обошёлся родными проводами джека)
4. Резистор 1 кОм (опционально)

К звуковой карте рекомендуют подключать специализированный фотодиод, но откуда его взять простому человеку? К счастью, обычные светодиоды тоже умеют быть фотодиодами, хотя и гораздо хуже. Но нам же из них не стрелять не нужно от них каких-то калиброванных, точных значений, только частота изменения освещенности, со снятием которой они вполне успешно справляются.

Я взял ненужный родной диод от D10 (холодный Lumen Pioneer, аналог Cree XM-L2), оставшийся после замены на LH351D. Джек отрезал от порванной проводной мобильной гарнитуры из специальной коробки "вдруг пригодится", а резисторов у меня немножко есть, заказывал когда-то для игрищ с ардуиной. Если резистора нет и неоткуда выпаять, можно вполне обойтись и без него, правда это заметно снизит применимость решения.

Паяем сенсор по простейшей схеме:


Получается что-то такое:


Для всего этого колхоза я впоследствии планирую изваять корпус, ибо конструкция получилась жиденькой. Но сейчас лень.

Втыкаем получившийся сенсор в разъём гарнитуры ноутбука и начинаем слушать светить.

В качестве программного обеспечения я использовал Audacity, а не традиционный Sound Forge. Просто потому что оно у меня уже стояло, а ещё оно бесплатное. С освещённого фонарём сенсора Audacity слышит примерно следующее:

ШИМ Convoy S8 на среднем режиме


ШИМ китайского налобника с белым безелем (по слухам, ранняя версия D10) на максимальном режиме


ШИМ китайского налобника с белым безелем на минимальном режиме


ШИМ китайской налобной фары с батблоком на среднем режиме


На классический меандр ШИМ это похоже мало. Фронты завалены, видна какая-то инерция, внутри фары вообще шабаш в разгаре, но всё это не важно. Периодичность ШИМ видна отчётливо и уже сейчас можно посчитать частоту вручную. Но это плохое решение, считать десятки (а то и сотню-полторы) пиков вручную долго, муторно и антинаучно.

Я воспользовался встроенным в Audacity модулем частотного анализа. Уверен, что и в других комбайнах для работы со звуком тоже есть подобный.
Пример работы модуля частотного анализа:

Определение частоты ШИМ китайской налобной фары с батблоком на среднем режиме, 123 Гц. Совпадает с посчитанной вручную.


Следует отметить, что звуковая карта ноута никак не отреагивала на наличие или отсутствие сопротивления 1 кОм параллельно диоду. Амплитуда и форма сигналов полностью идентичны, можно обойтись и без резистора.

В принципе, это уже решение. Но на звание "лабы на кармане" не очень тянет, великоват ноутбук для кармана, да и телодвижений довольно много надо совершать.

В большинстве смартфонов есть точно такой же разъём гарнитуры, как и в ноуте. Почему бы не воткнуть сенсор и туда? И вот тут меня ждал неприятный сюрприз: смартфон не распознал голый диод (без параллельного резистора) как гарнитуру и продолжил слушать встроенный микрофон. Ноутбук не был столь привередлив. К счастью, установка резистора снимает эту проблему и сенсор прекрасно заводится на смартфоне.

Для Андроид существует куча анализаторов спектра звукового сигнала в реальном времени. Я попробовал несколько и мне больше понравился Спектрус. Однако, например, Spectroid тоже хорош, может ещё и лучше, у него настроек тонких больше. Но мне у него визуализация не понравилась, дёрганная какая-то. А вообще тысячи их, выбирайте на вкус. Полагаю, что и для iPhone не будет проблемой найти анализатор спектра.

Единственное, все эти приложения предназначены для анализа спектра звука, поэтому не слушают частоты выше 22.5 кГц. То есть, например, ШИМ 30 кГц ими уже не увидеть. Ну и хрен бы с ним, будем считать, что его в таком случае нет .

Низкочастотный ШИМ удобнее смотреть в логарифмическом представлении, высокочастотный, особенно близкий к верхней границе диапазона - в линейном.

Вот так это выглядит:

ШИМ Convoy S8 на среднем режиме, ~4,7 кГц


ШИМ фары с батблоком на среднем режиме, ~129 Гц


ШИМ Sofirn SP40, ~20,8 кГц


ШИМ D10, ~20,8 кГц


ШИМ D10 с прошивкой ceramic, мунлайт, ~755 Гц


Вот это уже настоящее мобильное решение:

1. Втыкаем сенсор в телефон
2. Запускаем приложение
3. Светим фонарём на сенсор
4. Видим частоту ШИМ

Этим решением можно воспользоваться, например, при выборе фонаря в FixPrice оффлайн-магазине. Или поздним вечером на шашлыках убедительно продемонстрировать приятелю, что его китайский фонарик - говно макет. Может также быть полезен в ШИМосрачах.

Спасибо за внимание.

UPD: Есть подозрение, что эти анализаторы спектра не умеют слушать микрофон гарнитуры на версиях Андроида ниже 6. Хотя таких наверное и не осталось уже...

[Qwertus]

 Сообщение от kaa.mobil :

А хочется, чтобы раз - и уже частоту знаешь.

Любой мультик с частотомером + любая солнечная панелька хоть из старого куркулятора, хоть из говнофонаря из Ашанья - профит.

 Сообщение от kaa.mobil :

Точно измеряем частоту ШИМ на коленке

Точнее хрен придумаешь и частоту будет измерять гораздо выше акустических 20 кГц.

[kaa.mobil]

Qwertus, вырываете из контекста.

Я ведь хотел

 Сообщение от kaa.mobil :

на коленке

 Сообщение от kaa.mobil :

и попроще

А

 Сообщение от Qwertus :

мультик с частотомером

- это нифига не на коленке. Я таких и не видел-то никогда, нафиг он мне сдался, я простой программист. А телефон, диод и резистор у меня есть .

[Behram]

Зачем измерять частоту ШИМ? Что там дает знание частоты ШИМ?
Лучше коэффициент пульсаций измерить.

[AEDe]

Behram, а что он нам даст ? На высоких частотах все равно какой он.

[kaa.mobil]

 Сообщение от Behram :

Что там дает знание частоты ШИМ?

Знание - сила! Это конкретное знание, например, даёт возможность не купить фонарь зимой, чтобы летом не увидеть его среднечастотный ШИМ на быстро-быстро машущих крылышках всякой летающей пакости. А ещё оно иногда не даёт засунуть руку в работающий промышленный вентилятор.

 Сообщение от Behram :

Лучше коэффициент пульсаций измерить.

А что там даёт знание коэффициента пульсаций?

[kaa.mobil]

 Сообщение от Behram :

Лучше коэффициент пульсаций измерить.

Кстати, а много ли существует фонарей с коэффициентом пульсации ШИМ меньше единицы?

[AEDe]

 Сообщение от kaa.mobil :

даёт возможность не купить фонарь зимой,

Фонари которые можно купить тут обычно с шим видимым и без всяких приблуд.

[vorsmann]

Набор таких элементов и проводов со штекером есть , сооружу на досуге. Хотя из тех фонарей что у меня есть, только в двух есть шим, о чем я знаю а вот частоты не ведаю. Определял на кулере от компа. Для банального любопытства надо попробовать.

[kaa.mobil]

 Сообщение от AEDe :

которые можно купить тут обычно с шим видимым

Ну, говорят, и в Пенсильвании люди живут...

 Сообщение от vorsmann :

Для банального любопытства надо попробовать.

Это ж самое основное!

[kaa.mobil]

 Сообщение от vorsmann :

Хотя из тех фонарей что у меня есть, только в двух есть шим, о чем я знаю

Да и остальные проверить не мешало бы на всех режимах, включая мунлайты. Может и сюрприз случиться.

[Gek]

 Сообщение от kaa.mobil :

Паяем сенсор по простейшей схеме:

Эмм..???
По этой схеме катод светика на микрофонном входе, а анод на ВЫХОДе (левого канала) получился.
4-3 паяться надо.

[kaa.mobil]

 Сообщение от Gek :

4-3 паяться надо.

Не, после интернет-изысканий так и запаялся - не взлетело. Спросил в вопросах ответах - сказали паяться 4-1. А мне что? Мне не долго. Припаялся 4-1 и всё заработало . Академики, что скажешь...
А вообще там этих распиновок TRRS-джека - что собак нерезаных. Понавыдумывают, блин...

[Behram]

 Сообщение от AEDe :

На высоких частотах все равно какой он.

А при низком коэффициенте пульсаций все равно какая частота ШИМ

[Gek]

 Сообщение от kaa.mobil :

А вообще там этих распиновок TRRS-джека - что собак нерезаных.

Ну, для смартфонных 4-пиновых джеков всего 2 стандарта. И у обоих "1" - это не вход, а выход.
Емнип есть стандарт с микрофонным входом на "1", но это 3-пиновый, для моно-сигнала.

 Сообщение от kaa.mobil :

Припаялся 4-1 и всё заработало .

Могу только предположить, что светик шунтируеся через согласующее выходное сопротивление на "массу"...(?)

[kaa.mobil]

 Сообщение от Gek :

Ну, для смартфонных 4-пиновых джеков всего 2 стандарта. И у обоих "1" - это не вход, а выход.
Есть стандарт с микрофонным входом на "1", но это 3-пиновый, для моно-сигнала.

 Сообщение от Gek :

Могу только предположить, что светик шунтируеся через согласующее выходное сопротивление на "массу"...(?)

Я, право, не знаю, что вам на это ответить, в этой области совсем не копенгаген.
Давайте попробуем призвать сюда вышеупомянутых Артем Квантов, galex и ceramic, может быть им будет не трудно объяснить, почему у меня распайка 4-3 не заработала ни на ноуте, ни на телефоне, а 4-1 заработала и там, и там.

[Gek]

...или это пример какой-то отрицательной ОС...

 Сообщение от kaa.mobil :

Давайте попробуем призвать сюда вышеупомянутых Артем Квантов, galex и ceramic,

Лучше сразу Инфериона. Он у нас спец по аудио. Мои познания дальше паяния гитарных примочек и предусилов не ушли, да и те юношеские)))

[Артем Квантов]

 Сообщение от Gek :

Ну, для смартфонных 4-пиновых джеков всего 2 стандарта. И у обоих "1" - это не вход, а выход.
Емнип есть стандарт с микрофонным входом на "1", но это 3-пиновый, для моно-сигнала.

Странно. Я никаких стандартов не читал. 4-х пиновый разъем ноута и смарта позволяет подключение просто стерео наушников - следовательно общий, левый и правый там так же расположены, а для микрофона будет использоваться "добавочный" пин...

[drsleep]

 Сообщение от Qwertus :

Любой мультик с частотомером + любая солнечная панелька

 Сообщение от kaa.mobil :

ШИМ D10, ~20,8 кГц

А если не лень вынуть рефлектор, то можно и без панельки)

[kaa.mobil]

 Сообщение от drsleep :

можно и без панельки)

Вот вы маниаки! Это выходит, тут у всех, кроме меня, мультиметр с частотомером есть?

Кстати, вопрос. Какую частоту показывает частотомер на сложном сигнале? С самой высокой энергией? Это не всегда частота ШИМ.

Например, у вот такого ШИМ

две частоты примерно с одинаковой энергией: частота ШИМ 127 Гц и более высокая частота ~240 Гц. И в зависимости от многочисленных настроек быстрого преобразования Фурье бОльшая энергия получается то у одной, то у другой, причём значительно. На спектре я их хотя бы вижу обе и могу сам принять решение, какая из них частота ШИМ. А что покажет мультиметр?

 Сообщение от drsleep :

не лень вынуть рефлектор

Голова же может быть заклеена, чтобы вы частоту ШИМ не смогли узнать