音頻分析及音頻分析儀簡介

　　音頻是多媒體中的一種重要媒體。我們能夠聽見的音頻信號的頻率范圍大約是20Hz～20kHz，其中語音大約分布在300Hz～4kHz之內(nèi)，而音樂和其他自然聲響是全范圍分布的。聲音經(jīng)過模擬設(shè)備記錄或再生，成為模擬音頻，再經(jīng)數(shù)字化成為數(shù)字音頻。

　　音頻設(shè)備就是將實際的聲音拾取到將聲音播放出來的全部過程中需要用到的各類電子設(shè)備，例如話筒、駐極體、功率放大器、揚聲器等，衡量音頻設(shè)備的主要技術(shù)指標(biāo)有頻率響應(yīng)特性、諧波失真、信噪比、動態(tài)范圍等。

　　現(xiàn)在大多數(shù)音頻分析，主要以數(shù)字音頻信號為分析對象，以數(shù)字信號處理為分析手段，提取信號在時域、頻域內(nèi)一系列特性的過程。各種特定頻率范圍的音頻分析有各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域。例如：1、對于300Hz～4kHz的語音信號分析主要應(yīng)用于語音識別，其用途是確定語音內(nèi)容或判斷說話者的身份；2、對于20Hz～20kHz的全范圍的語音信號分析，可用來衡量各類音頻設(shè)備的性能。

　　音頻分析儀器（AudioPrecison,AP）指既能夠測量話筒、駐極體、音頻功放、揚聲器等各類單一音頻設(shè)備的各種電聲參數(shù)，也能測試組合音響、調(diào)音臺等組合音頻設(shè)備的整體性能的分析類儀器。一般說來，一臺功能較為齊全的音頻分析儀器應(yīng)能測量信號交直流電壓、信號頻率、諧波失真、信噪比等參數(shù)。功能強大的音頻分析儀器提供頻譜分析、1/3倍頻程分析、倍頻程分析、聲壓級測量等功能。如要組建音頻分析系統(tǒng)，還需一臺標(biāo)準(zhǔn)音頻信號發(fā)生器作為激勵信號源。

　　一、音頻分析原理

　　音頻分析的原理主要涉及數(shù)字信號處理的基本理論、音頻分析的基本方法以及音頻參數(shù)測量和分析內(nèi)容，其中數(shù)字信號處理是音頻分析的理論基礎(chǔ)。

　　1、音頻分析基礎(chǔ)

　　傅立葉變換（FFT）和信號采樣是進(jìn)行音頻分析時用到的最基本技術(shù)。傅立葉變換是進(jìn)行頻譜分析的基礎(chǔ)，信號的頻譜分析指按信號的頻率結(jié)構(gòu)，求取其分量的幅值、相位等按頻率分布規(guī)律，建立以頻率為橫軸的各種“譜”，如幅度譜、相位譜。其中，周期信號通過傅立葉級數(shù)變換后對應(yīng)為離散頻譜；非周期信號可看作周期T為無窮大周期信號，當(dāng)周期趨近無窮大時，則基波譜線及譜線間隔(ω=2π/T)趨近無窮小，此時頻譜變?yōu)檫B續(xù)頻譜，因此非周期信號頻譜是連續(xù)的。

　　在以計算機為中心的測試系統(tǒng)中，模擬信號進(jìn)入數(shù)字計算機前先經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，將連續(xù)時間信號變?yōu)殡x散時間信號，稱為信號的采樣。然后再經(jīng)幅值量化變?yōu)殡x散的數(shù)字信號。這樣，在頻域上將會出現(xiàn)一系列新的問題，頻譜會發(fā)生變化。由模擬信號變成數(shù)字信號后，其傅立葉變換也變成離散傅立葉變換，涉及到采樣定理、頻率混疊、截斷和泄漏、加窗與窗函數(shù)等一系列問題。

　　2、音頻分析方法

　　通常在對某音頻設(shè)備進(jìn)行音頻測量分析時，該設(shè)備被看成是一個具有輸入端口和輸出端口的黑箱系統(tǒng)。將某種己知信號輸入該系統(tǒng)，然后從輸出端獲取輸出信號進(jìn)行分析，從而了解該系統(tǒng)的一些特性，這就是音頻分析的一般方法。輸入音頻設(shè)備的信號，稱作激勵信號。激勵信號可以是正弦、方波等周期信號，也可以是白噪聲、粉紅噪聲等隨機信號，還可以是雙音、多音、正弦突發(fā)等信號。最常用的檢測分析方法有正弦信號檢測、脈沖信號檢測、最大長度序列信號檢測等。

　　3、音頻測量及分析

　　音頻測量一般包括信號電壓V、頻率f、信噪比S/N、諧波失真THD等基本參數(shù)。大部分音頻參數(shù)都可以由這幾種基本參數(shù)組合而成。音頻分析可分為時域分析、頻域分析、時頻分析等幾類。由于信號的諧波失真對于音頻測量比較重要，因此將其單獨歸類為失真分析（關(guān)于失真的問題，詳細(xì)見“失真概念和失真度儀介紹”一文）。以下將分別介紹各種音頻參數(shù)測量和音頻分析。

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