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Réaliser un analyseur audio FFT/Générateur 110 dB, 5 Hz à 90 kHz, 0.007%, gratuit !

English version

Comment réaliser tout ça gratuitement ?

En utilisant un PC Windows 10, 11... et un logiciel analyseur de spectre.

Notre ancien PC portable, un Asus N56V est équipé :

• D'une sortie audio casque stéréo, ce qui est le cas d'à peu près tous les portables
• D'une entrée audio ligne/microphone stéréo (Ce qui n'est pas le cas de tous les portables).

Si votre portable n'a pas d'entrée microphone, vous pourrez utiliser le générateur mais pas l'analyseur ou l'oscilloscope. 

A moins de rajouter une prise microphone extérieure vie une clef USB, mais attention à la qualité : les prises micro casque USB à 1.5 € ne sont pas toujours au top !

En général, ces adaptateurs USB low cost sont équipés d'un circuit intégré CM108 qui ne permet pas de dépasser 16 bits et 48 kHz de fréquence d'échantillonnage ADC et DAC.

 https://www.ebay.fr/itm/USB-To-3-5mm-Mic-Headphone-Jack-Stereo-Headset-3D-Sound-Card-for-PC-Computer-Hot/283047763157?hash=item41e6f61cd5:g:dVAAAOSwt5VbGNTC

Mais les adaptateurs audio USB externe ont une qualité : en cas de fausse manip, c'est l'adaptateur à 1.5 € qui lâche, pas la carte son du précieux portable !

Les PC "tour" ont, en général une carte son qui contient tout.

L'idéal est d'avoir un portable dont la carte son a une entrée (et une sortie) stéréo et peut monter, en entrée et en sortie à 96 kHz, voire 192 kHz ou plus de fréquence d'échantillonnage et 48 kHz de bande passante (voire 92 kHz) (rappelons qu'on ne peut pas dépasser la moitié de la fréquence d'échantillonnage en bande passante).

Nous en avons essayé pas mal... 

1. Le meilleur, et de loin, est Virtual Analyser. http://www.sillanumsoft.org/
2. Ensuite, Real time Analyser de Yoshimasa http://www.ymec.com/manual/era/reference_ver3.htm (à priori, la version gratuite est limitée à 30 jours)

La plupart des logiciels sont limités à 16 bits 44 kHz échantillonnage et 20 kHz de bande passante. La plupart des cartes son peuvent faire beaucoup mieux...

Recette de l'analyseur gratuit : (Virtual Analyser)

1. Se procurer 2 câbles audio Jack 3.5 stéréo d'un côté et ce que vous voulez de l'autre : 
1. Jack stéréo
2. BNC
3. RCA Cinch...
4. XLR
5. Pinces croco :-)
1. Brancher un câble audio sur la sortie stéréo casque Jack 3.5 du PC
2. Brancher l'autre câble audio sur l'entrée ligne/micro Jack 3.5 du PC
3. Télécharger (17 Mo) et installer le logiciel gratuit Visual Analyser http://www.sillanumsoft.org/ (Download a single setup file de préférence)

1. Mettre le volume HP au max
2. Clic droit sur HP, barre des tâches, en bas à droite, Ouvrir les paramètres de son
3. Entrée, Microphone, Propriétés du périphérique
4. Propriétés des périphériques supplémentaires
5. Enregistrement, Microphone, Propriétés
6. Propriétés de microphone,
1. Niveaux : Microphone : 35, Ampli microphone : 0.0 dB, Appliquer
2. Améliorations : décocher tous les effets : 
1. Suppression du bruit
2. Faisceau de fibres
3. Annulation de l'écho acoustique
   
3. Statistiques avancées, Format par défaut : Canal 2, 16 bits, 192000 Hz, Appliquer (Bande passante : 192 kHz :-)

1. Sortie, Haut-parleurs, Propriétés du périphérique
2. Propriétés des périphériques supplémentaires
3. Propriétés de Haut-parleurs,
1. Niveaux : 100
   
2. Améliorations : décocher tous les effets : 
3. Statistiques avancées, Format par défaut : 24 bits, 192000 Hz,
   
4. OK, Fermer
   
4. Lancer Visual Analyser VA64 en mode administrateur (clic droit sur l'icone...) : (Nota : une astuce : régler les propriétés de l'icone qui lance VA pour le lancer automatiquement en administrateur)
   

1. Régler la taille de la fenêtre pour voir le bas si nécessaire
2. Cliquer sur On en haut à gauche
3. Oscillo ChA : base de temps : 0.25 ms/div, Zoom 1, trigger, Vpos=0, trigger=0
4. D/A, DC removal
5. Analyseur, Main : Yaxis jusqu'à -110 dB, Log, Xaxis Log
6. Permet aussi d'afficher la tension RMS, la fréquence, la THD, générateur sinus, triangle, carré, bruit blanc...
7. Mesurer bande passante : Spectrum, Main, Wave Gen./Record
8. Spectrum, Main, Hold
9. Waveform Generator, Left A, Main, Wave function, Sweep (Sine), idem Left B
10. Settings, Colors, Skin, Windows (Mais il faut refaire à chaque démarrage de VA...)
11. Settings
1.  Main
1. FFT Size samples : 4096
2. Frequency sample rate : 192000 (si VA ne le propose pas, on peut le taper, ça fonctionnera selon la machine... sinon 96000)
3. Bit Depth : 24
4. Function, Voltmeter : On
   
1. Spectrum
1. Step : 6 dB
2. Xaxis : Fit Screen
3. Octave Band Analysis : 1/24
4. FFT Enabled
5. Freq Range
1. Automatic : No
2. Upper : 100000
3. Lower : 5
2. Scope
1. Save config
3. Cal
1. Régler un générateur sinus à 1 kHz, 1 Veff RMS pile et le relier à l'entrée micro
2. L : Level of know input signal : 1
3. Unit : Volt, RMS
4. Clic sur Start measure signal
5. Clic sur Apply calibration left
6. idem pour l'autre canal
7. Clic sur Save en bas et donner un nom au fichier de calibration : 1 par exemple
   
12. Cocher TRMS dans la fenêtre du voltmètre si besoin
13. Le voltmètre doit afficher 1 pile
14. Clic sur Save config et OK pour fermer la fenêtre
15. Clic à droite de la fenêtre Spectrum : Freq Meter
16. Dans la fenêtre du fréquencemètre : Resol : 0.63 Hz : le fréquencemètre doit afficher 1 kHz (il faut refaire ce réglage chaque fois que l'on redémarre VA)
17. Régler la taille du voltmètre et du fréquencemètre et positionner les fenêtres.
18. Settings, Save config, OK
    
19. Le système obtenu a une bande passante de 5 Hz à 100 kHz (en réalité, avec notre Asus N56V de 10 Hz à 90 kHz -3 dB), à peu près 100 dB de dynamique et 0.015% de distorsion.
20. On peut aussi mesurer la bande passante avec le générateur de bruit blanc et du moyennage... (Le générateur de bruit blanc est un peu capricieux)

1. Le paramètre de résolution de 0.73 Hz n'est pas enregistré dans le fichier de configuration : il faut le régler à chaque fois : sinon la résolution est d'environ 40Hz...
2. L'échelle Y en volts de l'oscilloscope a une graduation bizarre : pourquoi ne pas indiquer, par exemple : 0.2, 0.4, 0.6...
3. Le voltmètre affiche 10 chiffres mais n'est pas très précis quelques % d'erreurs par rapport à notre multimètre RMS selon la distorsion du signal. Apparemment, on ne peut pas régler le nombre de chiffre du voltmètre
4. Problème de synchro de l'oscilloscope sur certains signaux carrés.
   

Ce logiciel, gratuit, offre de nombreuses possibilités : (2 voies d'entrée si le PC le permet)

1. Oscilloscope 2 voies, gain, zéro, inverse, niveau trigger, + ou -, curseur tension, temps, D/A : Digital-Analogue : reconstruction du signal sinus pour les HF (Nyquist), AC-DC, XY
   
2. Analyseur FFT 2 voies, maximum 24 bits, 192 kHz, 1/24 octave, crête, moyenne jusqu'à 200, A/B, B/A, A+B, A-B, B-A,
   
3. Mesure de distorsion : THD
4. Mesure de bande passante (Sweep ou White noise)
   
5. Générateur sinus, triangle, carré, bruit blanc, bruit rose...
6. Voltmètre RMS, crête, crête-crête, moyenne, DC en V mV ou dB (il faut calibrer le logiciel avant de mesurer les tensions)
7. Fréquencemètre, Périodmètre, Compteur
   
8. Phasemètre, moyenne
   
9. Enregistreur
10. Filtre, passe bas, passe haut, passe bande, reject, Notch, Fir...
11. Mesure ZRLC (avec une carte supplémentaire) avec la puissante fonction ZRLC et une carte avec quelques ampli op supplémentaires, mesurer des composants ZRLC diode, transistors... sur une prise USB. http://www.sillanumsoft.org/ZRLC.htm.

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On utilise maintenant un microphone Electret passé au banc Bruel & Kjaer :

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Une bande passante relativement plate de 20 Hz à 20 kHz avec un creux de 4 dB à 30 Hz et un autre creux de 3 dB autour de 15 kHz

1. Relier l'entré microphone à un générateur sinus 1khz 1 V RMS, sinon à la sortie écouteur
2. A droite, cocher Voltmeter
3. Cocher TRMS, V
4. En haut à gauche clic : Settings, Cal
5. Clic Start measure signal (L)
6. Level of known input signal (units) : entrez la valeur RMS du signal connu : 1
7. Cocher Apply calibration left channel
8. Même chose du côté droit
9. OK

1. L'analyseur ne fonctionne pas : ne pas oublier de cliquer sur On, tout en haut à gauche !
2. Pas de signal en entrée : certains portables ont des connecteurs Jack particuliers avec 3 ou 4 contacts et l'ordre peut changer selon les fabricants. Normalement, brancher le cordon microphone désactive le microphone intégré, sur certains portables, il faut modifier les propriétés des paramètres de son.
3. Le fond noir n'est pas très lisible : Settings, Colors, Skin, Windows, OK. Mais il faut le refaire à chaque fois...
   
4. La valeur indiquée par le voltmètre est fantaisiste (32 000V) : avant de faire des mesures de tension, il faut calibrer VA : Settings, Cal, avec une source sinus dont on connaît l'amplitude. Ensuite, il faut noter et ne plus toucher aux niveaux du microphone dans les paramètres de son.
5. La fréquence du fréquencemètre n'est pas très précise : dans la fenêtre du fréquencemètre, il faut modifier la résolution de, par exemple 23.4 Hz à 0.34 Hz (à refaire chaque fois que l'on lance le logiciel)
   
6. Les raies de l'analyseur de spectre ne sont pas assez fines : Settings, Spectrum, Octave band analysis : 1/24
7. Le bruit blanc ne fonctionne pas : essayer Waveform generator, Setup, Bit depth : 16. Sinon : Waveform Generator, Noise, Standard deviation, 1, Apply.
8. Au lancement du programme une fenêtre "Divide by zéro" s'ouvre : supprimer le fichier va.ini dans le répertoire "C:\Program Files (x86)\Visual Analyser\" (et refaire les réglages...)

    Nota : quand le programme est bien réglé, Nous recommandons de copier va.ini en (par exemple) va - Copie.ini pour récupérer la bonne configuration facilement en cas de problèmes...

Et toujours rien à installer dans notre boîtier muni de 3 BNC :
(Construit dans un morceau de profil alu de fenêtre).

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A l'avant :

Par exemple une très bonne carte, mais environ 80 €...
Qui permet aussi d'installer l'analyseur sur n'importe quel ordinateur, même sans entrée audio ligne ou microphone.
https://fr.aliexpress.com/item/1005001604756841.html?spm=a2g0w.12057483.detail.3.6c7c7452lIFMxg

2 entrées 24 bits 192 kHz, 2 sorties 24 bits 192 kHz...

• Il n'est plus nécessaire de reconfigurer la couleur d'écran à chaque fois
• Il n'est plus nécessaire de lancer VA en mode administrateur pour conserver les réglages
  

A jour au 01/01/2023