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音頻分析儀的工作原理
一、什么是音頻？
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-2OkHz，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。這里所說的音頻分析就是以數(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(shí)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，對于300－4kHz之間的語音信號的分析主要應(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；而對于20－20kHz之間的全范圍的語音信號分析則可以用來衡量各類音頻設(shè)備的性能。所謂音頻設(shè)備就是將實(shí)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、功率放大器、揚(yáng)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。
二、音頻分析的原理？
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．音頻分析技術(shù)基礎(chǔ)
傅立葉變換和信號的采樣是進(jìn)行音頻分析時(shí)用到的基本的技術(shù)。傅立葉變換是進(jìn)行頻譜分析的基礎(chǔ)，信號的頻譜分析是指按信號的頻率結(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。信號中，周期信號通過傅立葉級數(shù)變換后對應(yīng)離散頻譜，而對于非周期信號，可以看作周期T為無窮大的周期信號，當(dāng)周期趨近無窮大時(shí)，則基波譜線及譜線間隔（ω=2π/T）趨近無窮小，從而離散的頻譜就變?yōu)檫B續(xù)頻譜。所以，非周期信號的頻譜是連續(xù)的。
在以計(jì)算機(jī)為中心的測試系統(tǒng)中，模擬信號進(jìn)入數(shù)字計(jì)算機(jī)前先經(jīng)過A/D變換器，將連續(xù)時(shí)間信號變?yōu)殡x散時(shí)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?cái)嗪托孤⒓哟芭c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)備音頻測量分析時(shí)，該設(shè)備被看成是一個(gè)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(jī)信號，還可以是雙音、多音、正弦突發(fā)等信號。常用的檢測分析方法有正弦信號檢測、脈沖信號檢測、大長度序列信號檢測等。
三、音頻分析儀器
這里所說的音頻分析儀器是指既能夠測量話筒、音頻功放、揚(yáng)聲器等各類單一音頻設(shè)備各種電聲參數(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。目前市場上已經(jīng)出現(xiàn)了可用于測量音頻設(shè)備的各類分析儀器，例如失真度分析器、頻譜分析儀、頻率計(jì)數(shù)器、交流電壓表、直流電壓表、音頻示波器等。這些基于各種功能電路的機(jī)架式硬件儀器使用簡便、測量精度較高，目前已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用。音頻設(shè)備生產(chǎn)廠家可以利用音頻分析儀器檢查設(shè)備的性能，發(fā)現(xiàn)存在的缺陷，從而對設(shè)備的設(shè)計(jì)制造進(jìn)行改進(jìn)，消費(fèi)者也可以利用音頻分析儀器對設(shè)備進(jìn)行評估，選擇合適的產(chǎn)品。
以組合音響為例，在評價(jià)其性能時(shí)常常用到術(shù)語“音色”，所謂音色就是指音響因高次諧波不同而引起的聲音差異。而音響的所謂“平衡感”則是指音響在全頻段重放的量感聽起來自然的程度。音頻分析儀器的作用就是將評價(jià)設(shè)備各種行業(yè)術(shù)語以各種量化的特征參數(shù)形式表示出來，“音色”所對應(yīng)的特征參數(shù)就是諧波失真的測量，而“平衡感”則涉及到設(shè)備在整個(gè)音頻范圍內(nèi)的頻率響應(yīng)的分布情況。
四、音頻分析儀器的現(xiàn)狀
早期專業(yè)的音頻分析儀種類很少，在做音頻測量時(shí)一般是利用萬用電表、頻率計(jì)、示波器及頻譜儀等組合成一套音頻測試系統(tǒng)。這種測試系統(tǒng)中間環(huán)節(jié)多，各環(huán)節(jié)之間接口匹配較為困難，使用起來比較麻煩，測量結(jié)果往往也不。
近年來出現(xiàn)的音頻分析儀器也與儀器的主流發(fā)展趨勢一致，朝著高度集成化、智能化的方向發(fā)展，這些儀器集成了復(fù)雜音頻信號發(fā)生裝置、功率放大裝置等，具備了一些初步的圖形化分析功能，使用戶很容易組建音頻測量系統(tǒng)。