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Raspberry Piのオーディオ出力 その2 - 周波数スペクトル

目次: Raspberry Pi

引き続きRaspberry Pi 3のオーディオ出力波形がグニャグニャしている謎を調べます。サンプリング周波数の1/4の矩形波を再生（理想的な周波数変換がなされるとSin波になるはず）を出力した際の周波数スペクトルを見ます。パワーを合わせるために波形の最大値を3.2Vくらいに合わせて測ったつもりです。が、RasPi 3の波形は歪んでいてピークがわからないので、合っているか自信ありません。参考程度です。

Raspberry Pi 3のオーディオ出力です。ピークの11kHz以外に15.5kHzや37kHzなど、多数の高調波が出現します。高調波は安定して出現するので、波形の崩れは外乱やノイズではなさそうです。

fs = 44kHz, 1/4 fs = 11kHz Sin波の周波数スペクトル（Raspberry Pi 3）

続いてfs = 48kHzで12kHzのSin波を再生した場合です。12kHz、36.5kHz、60kHz、85kHz付近、つまり3次、5次、7次……のように奇数倍の高調波が出ます。なんだこれ？

fs = 48kHz, 1/4 fs = 12kHz Sin波の周波数スペクトル（Raspberry Pi 3）

Creative Sound Blaster X-Fi Go! Proのfs = 44kHzで11kHz Sin波出力です。きれいに「11kHzのみ」にピークが出ます。オーディオ機器ならこれが普通ですよね。

fs = 44kHz, 1/4 fs = 11kHz Sin波の周波数スペクトル（Sound Blaster X-Fi Go! Pro）

矩形波を周波数領域に変換すると1f, 3f, 5f, ... のように奇数次にスペクトルが出ます。Raspberry Pi 3のオーディオ出力も同じ傾向がありますから、おそらくPWM波形をフィルタしてオーディオ出力を作っているのだろうという予想が立ちます。