音频分析及音频分析仪简介

发布时间：2019-02-28 10:27:28

　　音频是多媒体中的一种重要媒体。我们能够听见的音频信号的频率范围大约是20Hz～20kHz，其中语音大约分布在300Hz～4kHz之内，而音乐和其他自然声响是全范围分布的。声音经过模拟设备记录或再生，成为模拟音频，再经数字化成为数字音频。

　　音频设备就是将实际的声音拾取到将声音播放出来的全部过程中需要用到的各类电子设备，例如话筒、驻极体、功率放大器、扬声器等，衡量音频设备的主要技术指标有频率响应特性、谐波失真、信噪比、动态范围等。

　　现在大多数音频分析，主要以数字音频信号为分析对象，以数字信号处理为分析手段，提取信号在时域、频域内一系列特性的过程。各种特定频率范围的音频分析有各自不同的应用领域。例如：1、对于300Hz～4kHz的语音信号分析主要应用于语音识别，其用途是确定语音内容或判断说话者的身份；2、对于20Hz～20kHz的全范围的语音信号分析，可用来衡量各类音频设备的性能。

　　音频分析仪器（AudioPrecison,AP）指既能够测量话筒、驻极体、音频功放、扬声器等各类单一音频设备的各种电声参数，也能测试组合音响、调音台等组合音频设备的整体性能的分析类仪器。一般说来，一台功能较为齐全的音频分析仪器应能测量信号交直流电压、信号频率、谐波失真、信噪比等参数。功能强大的音频分析仪器提供频谱分析、1/3倍频程分析、倍频程分析、声压级测量等功能。如要组建音频分析系统，还需一台标准音频信号发生器作为激励信号源。

　　一、音频分析原理

　　音频分析的原理主要涉及数字信号处理的基本理论、音频分析的基本方法以及音频参数测量和分析内容，其中数字信号处理是音频分析的理论基础。

　　1、音频分析基础

　　傅立叶变换（FFT）和信号采样是进行音频分析时用到的最基本技术。傅立叶变换是进行频谱分析的基础，信号的频谱分析指按信号的频率结构，求取其分量的幅值、相位等按频率分布规律，建立以频率为横轴的各种“谱”，如幅度谱、相位谱。其中，周期信号通过傅立叶级数变换后对应为离散频谱；非周期信号可看作周期T为无穷大周期信号，当周期趋近无穷大时，则基波谱线及谱线间隔(ω=2π/T)趋近无穷小，此时频谱变为连续频谱，因此非周期信号频谱是连续的。

　　在以计算机为中心的测试系统中，模拟信号进入数字计算机前先经过A/D转换，将连续时间信号变为离散时间信号，称为信号的采样。然后再经幅值量化变为离散的数字信号。这样，在频域上将会出现一系列新的问题，频谱会发生变化。由模拟信号变成数字信号后，其傅立叶变换也变成离散傅立叶变换，涉及到采样定理、频率混叠、截断和泄漏、加窗与窗函数等一系列问题。

　　2、音频分析方法

　　通常在对某音频设备进行音频测量分析时，该设备被看成是一个具有输入端口和输出端口的黑箱系统。将某种己知信号输入该系统，然后从输出端获取输出信号进行分析，从而了解该系统的一些特性，这就是音频分析的一般方法。输入音频设备的信号，称作激励信号。激励信号可以是正弦、方波等周期信号，也可以是白噪声、粉红噪声等随机信号，还可以是双音、多音、正弦突发等信号。最常用的检测分析方法有正弦信号检测、脉冲信号检测、最大长度序列信号检测等。

　　3、音频测量及分析

　　音频测量一般包括信号电压V、频率f、信噪比S/N、谐波失真THD等基本参数。大部分音频参数都可以由这几种基本参数组合而成。音频分析可分为时域分析、频域分析、时频分析等几类。由于信号的谐波失真对于音频测量比较重要，因此将其单独归类为失真分析（关于失真的问题，详细见“失真概念和失真度仪介绍”一文）。以下将分别介绍各种音频参数测量和音频分析。

更多资料请下载：音频分析与音频分析仪功能介绍.pdf