1、數(shù)字音頻技術(shù)第11章 音頻測量與分析 數(shù)字音頻技術(shù)第11章 音頻測量與分析 第11章 音頻測量與分析 11.1 電平測量11.1.1 測量方法11.1.2 電平測量單位11.1.3聲音電平的監(jiān)測儀表11.2 音和隔離度測量11.3 噪聲的測量11.4 相位和頻率測量11.4.1 引言11.4.2 相位測量11.4.3 頻率測量11.5 信號頻譜分析11.5.1 時域和頻域的關(guān)系11.5.2 周期性矩形脈沖的頻譜11.5.3 諧波分析儀(選頻電平表)11.5.4 頻譜分析儀11.6非線性失真的測量 11.6.1 基波抑制法11.6.2 交互調(diào)制法11.6.3 白噪聲法11.7 眼圖及抖動測量11

2、.7.1 眼圖11.7.2 抖動11.8 小結(jié)11.9 習(xí)題第11章 音頻測量與分析 11.1 電平測量11.5.音頻測量與分析常用的模擬音頻設(shè)備的測量參數(shù)有：信號電平、噪聲電平、增益或者損耗、信噪比、頻率響應(yīng)、諧波失真、互調(diào)失真、相位響應(yīng)等等；數(shù)字音頻設(shè)備的性能測量內(nèi)容要比模擬設(shè)備多一些，除了上述測量參數(shù)之外，還有眼圖及抖動。 音頻測量與分析常用的模擬音頻設(shè)備的測量參數(shù)有：信號電平、噪聲11.1 電平測量電平測量是指對交流信號的幅度進行測量，一般可由交流電壓表加上支持電路來實現(xiàn)。交流電壓表最基本的形式由檢波器和指示器組成。檢波器的作用是把連續(xù)可變的交流信號轉(zhuǎn)換成穩(wěn)態(tài)的直流信號，該直流信號與交

3、流信號的某些參數(shù)成比例，如交流信號的均方根值(RMS)、平均值或峰值。指示器則以校準(zhǔn)的形式顯示該直流數(shù)值。早期的儀器使用機械表頭，而較先進的儀器普遍使用數(shù)字電壓表技術(shù)，實際顯示為LED或LCD數(shù)字讀出器，或者為計算機顯示屏。11.1.1 測量方法11.1 電平測量電平測量是指對交流信號的幅度進行測量， 1. 均方根值(有效值)檢波器均方根值檢波器的輸出為直流電壓，該電壓與一個變化的波形信號的一系列瞬態(tài)值的均方根值成比例。均方根值檢波方法測量的是交流信號的有效值。當(dāng)交流電的有效值和直流電的數(shù)值相等時，它們在相同電阻中產(chǎn)生相等的平均熱功率。也就是說交、直流數(shù)值相同，產(chǎn)生的熱效應(yīng)相同。有效值是最大振

4、幅的 (=0.707)倍。 1. 均方根值(有效值)檢波器均方根值檢波器的輸出為直流電圖11-1 均方根值檢波器 測量交流電壓的基本原理圖圖11-1 均方根值檢波器 測量交流電壓的基本原理圖 2平均值響應(yīng)檢波器 1980年以前，實現(xiàn)真均方根值檢波技術(shù)既困難又代價高，大多數(shù)音頻儀器采用“均方根值校準(zhǔn)的平均值響應(yīng)”檢波器。平均值檢波器提供一個直流輸出，該輸出與已整流的輸入信號平均值成正比。周期性電壓波形v(t)的平均值在數(shù)學(xué)上的定義為在測量實踐中，常把交流電整流(檢波)后進行測量。因此，交流的平均值應(yīng)當(dāng)理解為整流之后的波形的平均值，正弦波和它整流后的波形如圖11-2所示。正弦波全波整流后的平均值為

5、一個正弦信號的平均值是它的最大振幅的0.637(= )倍。對于單一的正弦信號，平均值響應(yīng)表常常被校準(zhǔn)為讀數(shù)與均方根值表一樣，這使得測量結(jié)果被一常數(shù)K=0.707/0.637= 1.11來校準(zhǔn)。這種形式的表被稱為“均方根值校準(zhǔn)的平均值響應(yīng)”表。 2平均值響應(yīng)檢波器 1980年以前，實現(xiàn)真均方根值檢波技圖11-2 平均值響應(yīng)檢被器 測量交流電壓的基本原理圖 圖11-2 平均值響應(yīng)檢被器 測量交流電壓的基本原理圖 3峰值檢波器峰值檢波器提供的直流輸出與輸入的交流信號峰值成比例，參見圖11-3。交流信號經(jīng)過全波整流，得到它的絕對值，再經(jīng)過一個二極管到達存儲電容器。當(dāng)電壓絕對值上升到大于電容的存儲電壓時

6、，二極管將會導(dǎo)通，并使電容存儲電壓增加；當(dāng)電壓值減小時，電容器會保持原有電壓。要求有一些方法來對電容放電，使它可以對新的峰值進行測量。在一個理想的峰值檢測器中，這是通過一個開關(guān)來實現(xiàn)的。3峰值檢波器峰值檢波器提供的直流輸出與輸入的交流信號峰值成圖11.3 峰值檢波器測量交流電壓的基本原理圖 圖11.3 峰值檢波器測量交流電壓的基本原理圖 11.1.2 電平測量單位電氣信號幅度測量的基本單位為伏特(V)。消費類高保真和立體聲及環(huán)繞聲設(shè)備，都以伏特為單位規(guī)定儀器輸入靈敏度和控制功放的輸出電平(不轉(zhuǎn)換成有效的功率)。功率測量的基本單位是瓦特(W)。消費類和專業(yè)級功率放大器輸出電平和揚聲器容量的額定值

7、以W表示。測量或計算功率需要知道兩個參數(shù)：電壓和電流，或電流和電阻，或電壓和電阻。實際測量時，音頻功率不用功率計求得，標(biāo)準(zhǔn)的方法是測量已知阻值電阻兩端的電壓，然后由關(guān)系式V2R計算功率。在使用計算機的儀器中，只要操作者輸入已知的負載阻抗值，上述計算便可自動完成。有些儀器包含有功率刻度，其讀數(shù)是根據(jù)儀器設(shè)計者假定的負載阻抗某個數(shù)值而定的(通常是8 )，若負載阻抗為其他值，則讀數(shù)就不正確。11.1.2 電平測量單位電氣信號幅度測量的基本單位為伏特電平測量單位大多數(shù)音頻電平測量是以分貝(dB)為單位的.這是因為人耳對聲音強弱的感覺，不是和聲音功率的變化成正比，而是和這種變化的對數(shù)成正比，所以用分貝為

8、單位進行測量能更精確反映人耳的可聽度；另外，音頻信號的強度占有很寬的電平范圍，搖滾樂隊所產(chǎn)生的聲壓是沙沙的樹葉聲的100萬倍，這么寬的電平范圍，不適合用線性刻度表示。分貝是對數(shù)運算的單位，它可以把很寬的范圍壓縮到一個易于處理的范圍內(nèi)。電平測量單位大多數(shù)音頻電平測量是以分貝(dB)為單位的.電平測量單位1dB(分貝) 通常，在各種物理分析中，需要把兩個數(shù)值的比較進行“級”的劃分。一般情況下，在電子、聲學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中，把兩個具有功率含義的量之比的對數(shù)值劃分為“級”，得出的這個物理量叫做“貝爾”(Bel)，它是一個無量綱的物理量。但是，由于“貝爾”這個單位比較大，使用起來仍有不便所以就起用了“貝爾”的

9、110的概念：“分貝”，即dB。dB是英文decibel或decimal Bel的縮寫。分貝這個概念可以表達多個物理量，也就是說它是多個物理量的單位。例如，信號電平、增益、聲壓級、信噪比、靈敏度、隔離度、動態(tài)范圍等都可以用dB為單位。電平測量單位1dB(分貝) 通常，在各種物理分析中，需電平測量單位1dB(分貝)分貝(dB)是一個相對值，除非存在一個參考值，否則，不能表示為絕對值。從最基本的單位導(dǎo)出的分貝值計算的常用等式有 分貝 (dB)=201g（V/Vr） (11-5) 分貝(dB)=10lg（P/Pr） (11-6)式中，V和P表示實際測得的電壓和功率值，而Vr和Pr表示的是參考值。注意

10、，不存在兩種不同的分貝，即有時誤認為的所謂電壓分貝和功率分貝。如果阻抗相等的話，上述兩個定義是沒有區(qū)別的。例如，在給定的電阻上要獲得兩倍的功率(2:1功率比)，只需要將電壓增加到2的平方根值，或者1.414:1。10lg2等于3.01dB，201g1.414亦等于3.01dB。電平測量單位1dB(分貝)分貝(dB)是一個相對值，除電平測量單位2絕對分貝單位 分貝的參考值有時是被假定的，而不是被清楚地規(guī)定。例如，當(dāng)某個技術(shù)要求為：“從20Hz到20kHz的頻率響應(yīng)是2dB”，其含義是在20Hz和20kHz之間的任何頻率的輸出幅度均在lkHz點輸出幅度的2dB范圍內(nèi)。因此，1kHz處的輸出即為參考

11、值。同樣，“信噪比為95dB”這句話的意思是：設(shè)備的噪聲輸出比在某個參考信號條件下的輸出低95dB。但是，若分貝用來描述一個絕對電平，那么一定要定義參考值。音頻測量中最常用的絕對分貝單位有dBm、dBu和dBv(注：按國際單位制規(guī)定，單位符號上不得附加任何其他標(biāo)記或符號，但考慮到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，暫按此處理)。電平測量單位2絕對分貝單位 分貝的參考值有時是被假定的電平測量單位(1)dBm dBm單位已用了許多年，主要用于音頻領(lǐng)域的廣播和專業(yè)音頻方面。dBm單位表示相對于1 mW的分貝數(shù)。由于瓦特(w)是功率的單位，因此dBm是功率單位。因為音頻儀表基本上都是電壓表，而不是功率表，所以只有知道了測量電壓

12、時的電阻，dBm單位才有實用意義。在專業(yè)音頻和廣播領(lǐng)域最常用的電阻(阻抗)是600，雖然150也是常用的。有時候dBm單位寫成帶有阻抗參考值的下標(biāo)，如dBm600。當(dāng)用dBm顯示某個測量之前，測量儀器必需確定阻抗值。許多簡單的音頻儀表假定電路阻抗為600，然后測量電壓，再根據(jù)被測電壓與0.7746V之比來計算分貝，0.7746V是600電阻消耗1 mw功率時在其兩端施加的電壓。比較高級的音頻儀表，特別是計算機控制的，可以使操作者選擇幾個常用參考阻抗中的一個，或者甚至能輸入任何阻抗值來作為參考值。電平測量單位(1)dBm dBm單位已用了許多年，主要用電平測量單位(1)dBm 若在不知道電路阻抗

13、值的情況下，使用dBm單位是不適宜的，因為此時功率電平也不知道。以前，專業(yè)音頻技術(shù)是以電子管和匹配變壓器為基礎(chǔ)的，大多數(shù)音頻設(shè)備工作在最大功率傳輸狀態(tài)。這就意味著每個儀器的輸出阻抗被設(shè)計得正好等于下一個儀器的輸入阻抗，以獲得匹配連接和產(chǎn)生最大的功率傳輸。因此一個錄音控制臺具有600輸出阻抗時，緊隨其后的線路放大器有600的輸入阻抗，音頻儀表跨接在兩者的連接處，為保證功率傳輸正確，必須以6000為參考值?，F(xiàn)代固態(tài)音頻設(shè)備很少工作在阻抗匹配的功率傳輸狀態(tài)，輸出阻抗通常非常低，低于50，甚至有時幾乎為零，而其輸入阻抗則相當(dāng)高，對專業(yè)設(shè)備常常要10 k，而對消費類設(shè)備則要100 k。因此，實際上無功率

14、傳輸，只是前面儀器的全部開路電壓加到了后面儀器的輸入端。電平測量單位(1)dBm 若在不知道電路阻抗值的情況下，電平測量單位(1)dBm 但是，積習(xí)難改，而且總是有一種觀點認為600是有作用的。規(guī)定激勵儀器接著600負載工作，并規(guī)定其后的設(shè)備由600的信號源激勵。但是，通常在任何儀器或接口上沒有600(或其他已知值)的阻抗存在，因此在現(xiàn)代音頻設(shè)備中dBm單位通常是不合適的。電平測量單位(1)dBm 但是，積習(xí)難改，而且總是有一種電平測量單位(2)dBu dBu是基于電壓的分貝單位，該參考電壓是0.7746V。正如以上所述，0.7746V是600電阻消耗1mW功率時兩端的電壓。因此在一個600的

15、電路中，dBu和dBm在數(shù)值上是相等的，但是，dBu是在不考慮阻抗的情況下以0.7746V為參考電壓的單位。除非確實知道匹配條件已存在并且清楚端口阻抗的規(guī)定值，否則，在許多專業(yè)音頻和廣播領(lǐng)域應(yīng)用中，dBu是一個合適的單位。用了幾十年的音頻電壓表，雖然其表頭刻度或儀表開關(guān)仍由“dBm”單位標(biāo)識，但實際上是dBu電壓表。由于是電壓表，它們不能測量電流、電阻或功率。因此，不可能正確地指識功率，它們是以假定600電路(0dB=0.7746V)為前提進行校準(zhǔn)，應(yīng)該被標(biāo)識為dBu電壓表，但這些電壓表早在dBu術(shù)語廣泛使用以前就已生產(chǎn)了。電平測量單位(2)dBu dBu是基于電壓的分貝單位，該電平測量單位(

16、3)dBv dBv也是個基于電壓的單位，該參考電壓為1V，一般它應(yīng)用于消費類音頻設(shè)備中。而很少用于專業(yè)級音頻和廣播領(lǐng)域。 電平測量單位3滿刻度分貝值 滿刻度分貝值(dBFs)(dB Full Scale)是指數(shù)字音響中以滿刻度為基準(zhǔn)的分貝值。滿刻度可保證數(shù)字錄音有最大的錄音電平，所有的數(shù)字電平皆用dBFS表示。滿刻度電平0dBFS就是設(shè)備在正常設(shè)置下達到數(shù)字削波時所對應(yīng)的模擬信號電平值，低于滿刻度20dB的信號電平便是-20dBFS。各個數(shù)字設(shè)備廠家的產(chǎn)品滿刻度電平值不一致，該電平值通常是由生產(chǎn)設(shè)備廠家給出在廣播電臺中，對于由不同滿刻度電平值的設(shè)備所組成的數(shù)字音頻系統(tǒng)，在選擇系統(tǒng)的工作電平值時

17、。要考慮到應(yīng)留有足夠的峰值儲備量。電平測量單位(3)dBv dBv也是個基于電壓的單位，11.1.3 聲音電平的監(jiān)測儀表為了客觀精確地測量聲音信號，同時要充分利用電聲系統(tǒng)的動態(tài)范圍，保證聲音節(jié)目有足夠的響度而且不失真，在演播室的一些重要環(huán)節(jié)上一般都設(shè)有客觀精確的音頻電平表，以便對聲音信號進行動態(tài)監(jiān)測，并在必要時對聲音電平作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。目前在模擬音頻系統(tǒng)中使用的音頻電平表主要有兩種：一種為音量單位表，即VU(Volume Unit)表，以VU為單位；另一種為峰值節(jié)目表，即PPM(Peak Program Meter)，以PPU為單位。隨著數(shù)字音頻系統(tǒng)的興起，由于其自身的特點，前兩種儀表不能完全滿

18、足其要求于是又出現(xiàn)了其專用的峰值電平表。11.1.3 聲音電平的監(jiān)測儀表為了客觀精確地測量聲音信號 聲音電平的監(jiān)測儀表為了客觀精確地測量聲音信號，同時要充分利用電聲系統(tǒng)的動態(tài)范圍，保證聲音節(jié)目有足夠的響度而且不失真，在演播室的一些重要環(huán)節(jié)上一般都設(shè)有客觀精確的音頻電平表，以便對聲音信號進行動態(tài)監(jiān)測，并在必要時對聲音電平作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。目前在模擬音頻系統(tǒng)中使用的音頻電平表主要有兩種：一種為音量單位表，即VU(Volume Unit)表，以VU為單位；另一種為峰值節(jié)目表，即PPM(Peak Program Meter)，以PPU為單位。隨著數(shù)字音頻系統(tǒng)的興起，由于其自身的特點，前兩種儀表不能完全滿足

19、其要求于是又出現(xiàn)了其專用的峰值電平表。1音量單位(vu)表 2峰值節(jié)目表(PPM） 3數(shù)字音頻系統(tǒng)峰值電平表 4VU表與PPM表的選用 聲音電平的監(jiān)測儀表為了客觀精確地測量聲音信號，同時要充分利 1音量單位(vu)表典型的VU表的面板度盤刻度情況如圖11-4所示。錄音中通常使用的VU表的指示范圍為20+3VU。VU表的表頭電路采用了平均值檢波器(二極管橋式整流器)。但面板刻度是按照正弦波信號的有效值校準(zhǔn)。所以，VU表是一種準(zhǔn)平均值表。對于正弦波信號而言，準(zhǔn)平均值比實際的平均值高約1dB。這種儀表的指示特性與人耳對聲音的響度的感覺相吻合。VU表的刻度用對數(shù)和百分數(shù)表示，井把大約滿刻度34的地方定

20、為基準(zhǔn)電平(即0VU，100)，從基準(zhǔn)點到滿刻度有3dB的紅色警示區(qū)，如圖所示。當(dāng)它串接600 f 電阻來測量1000Hz、均方根值為1.228V的正弦波信號時，VU表應(yīng)指示為0VU相當(dāng)于+4dBu(以0.775V為0dB)。在具體使用時，也可通過在VU表前面插入衰減器或放大器來選擇0VU的參考靈敏度。 1音量單位(vu)表典型的VU表的面板度盤刻度情況如圖1圖11-4 VU表的兩種度盤刻度圖11-4 VU表的兩種度盤刻度 1音量單位(vu)表（續(xù)）由于VU表測量的是振幅變化的聲音信號，所以，其動態(tài)特性是很重要的。VU表的動態(tài)特性(即時間特性)是這樣規(guī)定的：當(dāng)以穩(wěn)態(tài)時達0VU(100)的1kH

21、z正弦波信號突然加入VU表時，指針達到刻度上99處所需的時間應(yīng)為300ms30ms，指針的過沖不得超過穩(wěn)態(tài)值的1.5，過沖的擺動不應(yīng)超過1次；當(dāng)信號突然消失后，指針從100降到1的復(fù)位時間也應(yīng)是300ms30ms 由于vu表的上升時間相對較長、響應(yīng)速度比較慢，所以，這種電平表適于測量那些波形比較平坦連續(xù)的聲音信號?？墒菍嶋H上除了這些平坦連續(xù)的聲音信號之外，節(jié)目中常常還有短促的如掌聲、鼓聲、打碎琉璃器皿等“突變”波形的聲音信號。如果用VU表來監(jiān)測這種信號，就會出現(xiàn)VU表讀數(shù)較小，但其峰值可能很大而導(dǎo)致系統(tǒng)過載卻不被發(fā)現(xiàn)的情況。 1音量單位(vu)表（續(xù)）由于VU表測量的是振幅變化的聲 2峰值節(jié)目

22、表(PPM） 峰值節(jié)目表是為克服VU表對信號峰值反映不夠靈敏開發(fā)出來的。從20世紀(jì)60年代開始流行。它使用峰值檢波器，但也是按照正弦波信號有效值校準(zhǔn)的，因而是一種準(zhǔn)峰值表。它通常也有對數(shù)和百分數(shù)兩種刻度，并把大約滿刻度80處定為基準(zhǔn)電平(0PPU)，從基準(zhǔn)電平到達滿刻度間有5dB的紅色警示區(qū)。標(biāo)準(zhǔn)峰值節(jié)目表的0PPU相當(dāng)于1.55V的均方根值電平，具體使用時可以有所不同。它的指示值上升時間比較短，110ms；下降時間卻相當(dāng)長，一般為1.5s左右。指示值快速上升能較準(zhǔn)確地反映突變信號包絡(luò)的變化，下降慢則便于觀察。這種電平表便于監(jiān)控聲音信號的峰值變化情況，以防電聲系統(tǒng)過載。但其缺點是指示值并不代表

23、聲音信號的響度。而且由于下降時間長往往會忽略掉聲音信號中緊接大高峰后面的次高峰。 2峰值節(jié)目表(PPM） 峰值節(jié)目表是為克服VU表對信號峰 3數(shù)字音頻系統(tǒng)峰值電平表 自從有了聲音信號的數(shù)字磁帶記錄方式以后，由于數(shù)字電路與模擬電路存在著本質(zhì)的區(qū)別，使聲音信號電平的監(jiān)測發(fā)生了新的變化。大家知道，聲音信號本身是一種輻度隨時間連續(xù)變化的模擬信號。要將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，必須經(jīng)過時間采樣與幅度量化，然后再進行編碼。采樣與量化這兩個過程對信號質(zhì)量有著不同的影響，時間采樣雖然用前置限帶濾波器而帶來一些信號在頻率響應(yīng)方面的損傷，不過一般可以做到損傷幾乎可忽略不計；而幅度量化由于每一采樣幅度均用其近似的規(guī)定

24、的離散電平來代替，不可避免地要對信號帶來損傷。這種損傷最終表現(xiàn)為量化噪聲。它和量化比特數(shù)緊密聯(lián)系，要求信號質(zhì)量越高，量化比特數(shù)就要求越多?，F(xiàn)代數(shù)字音頻設(shè)備多數(shù)采用脈沖編碼調(diào)制(PCM)的方法，即將模擬聲音信號通過采樣、量化、編碼成串行數(shù)據(jù)來傳輸或記錄的。 3數(shù)字音頻系統(tǒng)峰值電平表 自從有了聲音信號的數(shù)字磁帶記錄 3數(shù)字音頻系統(tǒng)峰值電平表（續(xù)） 模擬音頻系統(tǒng)與數(shù)字音頻系統(tǒng)有很大的不同，如圖11-5所示。圖11-5a是模擬音頻系統(tǒng)的情況。當(dāng)輸入信號電平上升但不超過Va時，輸出信號電平跟著呈線性上升；當(dāng)超過Va時，輸出信號電平上升速度相對逐漸減慢，形成一個過渡區(qū)(約略相當(dāng)PPM的警示區(qū)和VU表的警示

25、區(qū))，最后達到飽和的削波電平。由數(shù)字音頻系統(tǒng)還原出來的輸出模擬信號與原始輸入模擬信號之間的關(guān)系如圖11-5b所示，這里沒有模擬音頻系統(tǒng)那樣的過渡區(qū)。在Vb以下時，輸出信號電平與輸入信號電平是線性關(guān)系。只要輸入信號電平一到達Vb即滿刻度電平(0dBFS)，輸出信號電平就立刻被削平，造成不可修復(fù)的失真。 3數(shù)字音頻系統(tǒng)峰值電平表（續(xù)） 模擬音頻系統(tǒng)與數(shù)字音頻系圖11-5 模擬音頻與數(shù)字音頻最大值的區(qū)別 a)模擬音頻b)數(shù)字音頻 圖11-5 模擬音頻與數(shù)字音頻最大值的區(qū)別 a)模擬音頻 3數(shù)字音頻系統(tǒng)峰值電平表（續(xù)） 數(shù)字音頻系統(tǒng)常見的音頻電平表一般為光柱式顯示，按對數(shù)刻度基準(zhǔn)點設(shè)在量化后數(shù)據(jù)所能表

26、示的最大極限值，稱為滿刻度電平(0dBFs)。滿刻度電平0dBFS的定義簡而言之就是設(shè)備在正常設(shè)置下達到數(shù)字削波時所對應(yīng)的模擬信號電壓。參考數(shù)字音頻系統(tǒng)的滿刻度電平(討論稿)的規(guī)定：OdBFS對應(yīng)1kHz、+22dBu(9.752V均方根值)的正弦信號。即0VU對應(yīng)-18dBFS。這種音頻電平表顯示器件通常為陰極射線管或發(fā)光二極管，這些器件反應(yīng)速度快，能緊跟峰值。數(shù)字錄像機上的音頻電平表大都使用發(fā)光二極管組成的光柱顯示。UV表和PPM表的指示方式主要有指針式和光柱式兩種。UV表以指針式的居多，在小型的調(diào)音臺中也有使用光柱式的；而PPM表則大多采用光柱式。 3數(shù)字音頻系統(tǒng)峰值電平表（續(xù)） 數(shù)字音

27、頻系統(tǒng)常見的音頻電 4VU表與PPM表的選用 在選用VU表與PPM表時，要考慮兩者在時間特性上的差異。在實際的調(diào)音臺上，最好是兩種儀表共用。一般在多聲道分期錄音中，前期素材的錄制最好是采用PPM表，這樣可以有效地防止出現(xiàn)由峰值造成的過載失真；而在后期縮混時，采用VU表來指示縮混后的節(jié)目信號電平，這樣可以提高節(jié)目的整體響度，改善信噪比。實際上，PPM表在錄音節(jié)目制作中的真正目的并不是指示出信號的準(zhǔn)確峰值，而是通過其指示提供有關(guān)信號峰值是否使記錄媒介出現(xiàn)峰值過載失真的信息。由于人耳對信號失真是有一定的容限的，所指示的瞬間出現(xiàn)的失真有時是感覺不出來的，因此有些調(diào)音臺只使用VU表來指示，但其表頭上有一

28、發(fā)光二極管，用來指示峰值信號是否超過了峰值儲備的允許上限。 4VU表與PPM表的選用 在選用VU表與PPM表時，要考 11.2 串音和隔離度測量串音是信號從一個音頻通道到另個通道的泄露。在一般的串音情況下，通道不一定是相關(guān)的。發(fā)生在立體聲系統(tǒng)中的兩個通道間的串音是一種特殊情況，這時要用到“隔離度”這一術(shù)語。按一般規(guī)則，如果所考察的兩個通道，傳輸?shù)氖窍嗤囊纛l節(jié)目，就要用到“隔離度”術(shù)語；如果兩個通道是不相關(guān)的，就會使用到“串音”術(shù)語。串音或隔離度被定義為源通道和接收通道間干擾信號電平的dB值之差。測量串音和隔離度的方法是：將一個正弦波輸入到被測設(shè)備的一個通道中，然后從其他通道測量該信號的電平.

29、泄露值的大小與使用的頻率有關(guān)。所以這些測量通常作為頻率的函數(shù)來測得，然后類似于幅頻響應(yīng)曲線以圖的方式表示出來。 11.2 串音和隔離度測量串音是信號從一個音頻通道到 串音和隔離度測量例：考慮在立體聲系統(tǒng)左聲道中，有一個10V、1kHz的正弦信號，假如右通道沒有信號驅(qū)動，那么在它的輸出中就不應(yīng)有l(wèi)kHz的信號；但假如在右聲道中，一個電壓測量儀測得一個10mV的信號，這個隔離度被定義為60dB。該測量過程可能存在的問題是，10mV的電壓可能不是來源于其他通道中泄漏的1kHz信號，而是代表了測試系統(tǒng)的噪聲電平。假如這是事實的話，這種隔離度測量是不精確的。解決的方法是使用調(diào)諧到測試信號頻率的帶通濾波器

30、，以濾除系統(tǒng)的噪聲和其他的干擾成分。假如這種測量是頻率的函數(shù)，那么帶通濾波器的頻率應(yīng)受發(fā)生器頻率的限制，這個方法如圖116所示。這種測試經(jīng)常在伴有隨機噪聲源的情況下進行，以便所有可能的干擾頻率都被檢測到。 串音和隔離度測量例：考慮在立體聲系統(tǒng)左聲道中，有一個10V圖11-6 用帶通濾波器進行串音測量 其中一個通道由正弦波發(fā)生器在其標(biāo)稱操作電平處驅(qū)動，在它的標(biāo)準(zhǔn)負載阻抗處終止。其他的通道輸入始于標(biāo)準(zhǔn)的源阻抗，并且輸出終止于標(biāo)準(zhǔn)負載阻抗。用一個電壓表測量被驅(qū)動通道的輸出電平，對于未被驅(qū)動的通道的輸出，則用一個含有以測試信號頻率為中心的帶通濾波器的電壓表測量。各次測量的電平差就是隔離度，用分貝表示。

31、當(dāng)兩個通道有不同的增益時。為了表示與通道輸入有關(guān)的串音。通常要對增益偏差進行修正測量。圖11-6 用帶通濾波器進行串音測量 其中一個通道由正弦波 11.3 噪聲的測量“噪聲”一詞有時用來表示任何不希望要的信號，這種信號包括交流電源哼聲，及來自CRT監(jiān)視器的雜散磁場等。下面討論的噪聲測量僅涉及能量分布在一個寬的頻譜范圍內(nèi)的隨機噪聲，不研究諸如交流哼聲和雜散磁場干擾這種相關(guān)信號的噪聲。 對于噪聲測量，選擇濾波器是必不可少的步驟。如果不根據(jù)噪聲的頻譜范圍性質(zhì)設(shè)定測量帶寬，測量隨機噪聲是毫無用處的。也就是說，要精確地對一個實測噪聲值與該噪聲的技術(shù)要求進行比較是不可能的，除非噪聲儀表使用該技術(shù)要求中規(guī)定

32、的帶寬(可能是計權(quán)濾波器)。對于白噪聲(每單位帶寬等功率)，當(dāng)測量帶寬增加一倍時，所測的功率也相應(yīng)增加一倍(3.01dB)。因此靈巧的噪聲測量儀器通常包含有一組可供選擇的帶寬限制濾波器。這些濾波器有的是實際的帶通濾波器，或者是獨立可選的高通和低通濾波器。 11.3 噪聲的測量“噪聲”一詞有時用來表示任何不希噪聲的測量在專業(yè)音頻、廣播和消費類音頻領(lǐng)域應(yīng)用中，用于噪聲測量的最常用的帶寬是20Hz20kHz，或者在CCIR468中規(guī)定的幾乎等效的22Hz22kHz。在通信領(lǐng)域應(yīng)用中，一般規(guī)定一個較窄的頻率范圍，只要符合通信質(zhì)量話音的限制帶寬即可，通常是300Hz3.5kHz的范圍。若有特殊的原因，世

33、可提供其他帶寬限值的濾波器。例如，右些音頻測量儀器包含有400Hz高通濾波器，目的是為了更好地衰減與交流電源有關(guān)的50Hz或60Hz哼聲以及它們的低次諧波。有些技術(shù)要求給出了“哼聲和嘯叫聲之比”(Hum-to-hss ratio)。這里“哼聲”是20Hz20kHz的滿帶寬測量值，而“嘯聲”是抑制了“哼聲”分量的400Hz20kHz測量值。儀器中常常提供的其他低通濾波器還包括30kHz和80kHz低通濾波器。在音頻分析儀中選擇這些濾波器主要是為了失真測量而不是噪聲測量。噪聲的測量在專業(yè)音頻、廣播和消費類音頻領(lǐng)域應(yīng)用中，用于噪聲測噪聲的測量1.計權(quán)濾波器一種完全不同的用于噪聲測量的濾波器是計權(quán)濾波

34、器或噪聲計濾波器。前面討論的帶寬限制濾波器在它們的上、下截止頻率之間的音頻頻帶的中間部分具有平坦的頻率響應(yīng)。而計權(quán)濾波器正相反，它們的特性曲線無平坦響應(yīng)部分。用計權(quán)濾波器進行測量比用非計權(quán)濾波器進行測量能更好地反映人耳的聽覺感知特性。眾所周知，人耳的聽覺靈敏度不是隨頻率變化而平坦不變的，而且，人耳的頻率響應(yīng)是隨聲音電平幅度的變化而變化的。圖11-7給出了人耳聽覺靈敏度的等響曲線。噪聲的測量1.計權(quán)濾波器一種完全不同的用于噪聲測量的濾波圖11-7 人耳聽覺靈敏度的等晌曲線圖11-7 人耳聽覺靈敏度的等晌曲線噪聲的測量1.計權(quán)濾波器為了獲得與人耳響應(yīng)相一致的客觀測量，推薦使用各種不同的計權(quán)濾波器特

35、性曲線。每一種曲線近似于某種條件下的人耳靈敏度曲線。但是，由于某些原因。不是所有的計權(quán)濾波器都是與人耳靈敏度曲線相同。不同的計權(quán)濾波器開發(fā)者假定的聲壓級不同。這就導(dǎo)致了采用等響曲線族中不同的曲線。因此一臺設(shè)計用于噪聲測量的靈巧的音頻儀器應(yīng)包含各種可選的計權(quán)濾波器。由于整個音頻領(lǐng)域的各個部分各自有其自身的計權(quán)標(biāo)準(zhǔn)，因此通常儀器使用附加選件的辦法，這樣，每個使用者可定購和使用僅在其特殊領(lǐng)域需要的濾波器。目前，國內(nèi)外音頻領(lǐng)域用得比較多的是美國精密儀器(Audio Precision)公司生產(chǎn)的SYS-2522型音頻分析儀，訂購該儀器時，用戶可根據(jù)實際需要選擇多達6個濾波器，同時該儀器還配有外插式接口

36、，可任意接入各種濾波器，使用非常方便。噪聲的測量1.計權(quán)濾波器為了獲得與人耳響應(yīng)相一致的客觀測噪聲的測量2.測量時間窗口 噪聲除了在一個頻譜范圍內(nèi)具有能量擴散特性外，還是個隨時間變化的信號。因此，測量結(jié)果將取決于有效的測量時間“窗口”。較長的測量時間會產(chǎn)生更多的噪聲信號積累，這樣從一個采樣時刻到另一個采樣時刻獲得的結(jié)果就有很好的重復(fù)性。較短的測量時間會產(chǎn)生更多可變的結(jié)果，最終將接近瞬時值。除了長測量時間這種內(nèi)在的信號積累外，還常常需要對一系列連續(xù)測量采樣的結(jié)果作進一步的統(tǒng)計處理。通常用數(shù)學(xué)的方法確定連續(xù)的噪聲測量的最大、平均和若干個標(biāo)準(zhǔn)的偏差值。 噪聲的測量2.測量時間窗口 噪聲除了在一個頻譜

37、范圍內(nèi)具有噪聲的測量3.被測設(shè)備噪聲測量時的輸入條件 在許多類型的音頻設(shè)備中，在輸出端測出的大部分噪聲是由設(shè)備的輸人級產(chǎn)生并經(jīng)隨后的各級放大器放大。功率放大器中產(chǎn)生的噪聲電平是放大器源阻抗的一個典型函數(shù)。因此噪聲測量應(yīng)規(guī)定輸入終端負載條件，常常被稱為“反向終端負載”。兩個最普通的技術(shù)條件是短路輸入(零歐姆終端負載)和輸入終端負載的特定值，通常該值近似等于該端口正常連接的前一個設(shè)備的輸入負載。對于高增益的設(shè)備，為了避免由于外部信號耦合到終端負載而產(chǎn)生的錯誤測量，在噪聲測量時所采用輸入終端負載的物理結(jié)構(gòu)和屏蔽措施是非常重要的。噪聲的測量3.被測設(shè)備噪聲測量時的輸入條件 在許多類型的噪聲的測量3.被

38、測設(shè)備噪聲測量時的輸入條件 許多現(xiàn)代高質(zhì)量的音頻信號發(fā)生器設(shè)計成當(dāng)發(fā)生器輸出信號斷開時，它們輸出連接口反向端接一電阻，該電阻阻值等于發(fā)生器正常輸出時的阻抗。但是在測量如麥克風(fēng)前置放大器這種增益非常高而噪聲很低的設(shè)備時，還是有必要將放大器與被測設(shè)備輸入間的電纜斷開，取而代之用一小的屏蔽良好的反向終端負載直接接在被測設(shè)備的輸入端，目的是為了避免形成接地回路或使噪聲耦合進任何有效長度的屏蔽良好的電纜中。 噪聲的測量3.被測設(shè)備噪聲測量時的輸入條件 許多現(xiàn)代高質(zhì)噪聲的測量4.信噪比 信噪比，常常簡寫為S/N或sNR，只是兩個測量結(jié)果間的簡單計算?！靶盘枴睖y量實際上是中央頻率(通常是1kHz)的正弦波的

39、某個規(guī)定的輸出電平，通常是設(shè)備的最大額定或正常工作電平?！霸肼暋睖y量必須規(guī)定測量帶寬或使用某一計權(quán)濾波器，兩個測量值之比就是設(shè)備的信噪比。這個值一般地被認為是許多類型設(shè)備的有效動態(tài)范圍(但不適用數(shù)字設(shè)備)。若儀器特性中包古有“相對dB”單位，該0dB參考值可設(shè)置為等于當(dāng)前的輸入值，那么sN的測量可大大地簡化。有了這個特性，S/N測量變得很簡便： 1)確定規(guī)定的輸出參考電平。 2)按按鈕，使這個電平變成0dB參考值。 3)斷開信號源，合適地終接被測設(shè)備輸入端口，有些發(fā)生器只要按一下按鈕就能自動完成上述過程。儀器指示的就是S/N，有時常常表示成負值(即-90dB表示90dB的信噪比)。噪聲的測量4

40、.信噪比 信噪比，常常簡寫為S/N或sNR， 11.4 相位和頻率測量當(dāng)一個信號作用于設(shè)備的輸入端，其輸出總會表現(xiàn)出延遲。對一個正弦激勵信號來說，它的輸入輸出之間的延遲可以被表示為正弦信號周期的比例關(guān)系，通常以度為單位。正弦信號的一個周期是360，半個周期是180。圖11-8說明了這種測量方法，輸入相位計的第2個信號比第1個信號延遲或者說滯后45。大多數(shù)音頻測量設(shè)備測量相位都是通過測量這些信號過零點之間的時間占信號周期的比例來進行測量的，用一個邊沿觸發(fā)置位，復(fù)位觸發(fā)器就可以完成這項工作，如圖11-8所示。觸發(fā)器的輸出信號在兩個信號的過零點之間的時間內(nèi)變?yōu)楦唠娖?。通過計算一個周期內(nèi)脈沖振幅的平均

41、值(即測量它的占空系數(shù))來得到相位測量結(jié)果。11.4.1 引言 11.4 相位和頻率測量當(dāng)一個信號作用于設(shè)備的輸入端圖11-8兩個信號之間相移的基本測量圖11-8兩個信號之間相移的基本測量11.4.2 相位測量在音頻范圍內(nèi)，相位通常是作為頻率的函數(shù)進行測量和記錄的。對大多數(shù)音頻設(shè)備來說，相位響應(yīng)和幅度響應(yīng)是緊密相連的。頻率變化引起幅度的任何變化將產(chǎn)生對應(yīng)的相移。如果一個設(shè)備具有的相移不超過隨頻率變化的幅度響應(yīng)所要求的相移，這個設(shè)備就被說成是具有最小相位特性。一個圖示均街器的典型相位和幅度與頻率的關(guān)系曲線如圖11-9所示。固定延遲將引入與頻率成線性函數(shù)關(guān)系的相移，這個延遲在高頻處會引起很大的相移

42、。這在實際應(yīng)用中是無關(guān)緊要的。因為時間延遲并不會使復(fù)合信號失真，也不會以任何方式被聽到。當(dāng)延遲信號與一個主信號共同使用時，時間延遲才會引起問題。立體聲信號的一個聲道發(fā)生延遲，而另一個聲道不發(fā)生時就是這種情況。如果從一個相位圖中減去絕對時間延遲，則余下的部分將真實地表示相位響應(yīng)的可聽部分。在需要考慮絕對延遲的情況下，原始的相位曲線就更重要了。11.4.2 相位測量在音頻范圍內(nèi)，相位通常是作為頻率的函圖11-9 圖示均衡器的典型相頻響應(yīng)和幅頻響應(yīng)曲線圖11-9中的實曲線表示圖示均衡器的幅頻響應(yīng)曲線，縱軸為幅度值，單位為dHV；虛曲線表示圖示均衡器的相頻響應(yīng)曲線，縱軸為相位值，單位為度()。圖11-

43、9 圖示均衡器的典型相頻響應(yīng)和幅頻響應(yīng)曲線圖11-9相位測量當(dāng)處理復(fù)合信號時，相位的意義變得不很明顯。根據(jù)傅里葉理論把信號展開成它的各分量之和，就會發(fā)現(xiàn)在每個頻率處都有不同的相移值。每個分量都有一個不同的相位值，哪一個將被使用? 如果信號是周期的且波形無變化的通過測試設(shè)備，則仍然可以確定相位值。通過計算某個過零點的位移量占一個波形周期的比例可以確定出相位值。確實，大多數(shù)商用相位計能顯示出這個值，但是，如果隨頻率變化而有不同的相移，波形將會發(fā)生變化，那么定義任何相移值就是不可能的，這時必須把相位表示為頻率昀函數(shù)。相位測量當(dāng)處理復(fù)合信號時，相位的意義變得不很明顯。根據(jù)傅里葉相位測量音頻設(shè)備相位特性

44、的另一個有用的表述是“群時延”，群時延是相位響應(yīng)的斜率，它表示一個復(fù)合波形頻譜分量的相對時延，描述了音樂聲中諧波對基波的時延。如果群時延是平坦的，所有的分量將一起到達終點；如果群時延有峰起，表示這些分量將延遲到達，延遲時間由峰起的程度決定。它可以這樣計算，將相位響應(yīng)對頻率求導(dǎo)數(shù)，數(shù)學(xué)表示為 (11-7)這就要求在一個頻率范圍內(nèi)進行相位測量，以給出一個清晰的曲線，也要求在足夠接近的頻率上進行相位測量以得到平滑和精確的導(dǎo)數(shù)。相位測量音頻設(shè)備相位特性的另一個有用的表述是“群時延”，群時 11.4.3 頻率測量 頻率是周期信號的基本屬性，它表示被測信號每秒鐘重復(fù)它的波形的次數(shù)。另一種說明這個參數(shù)的方法

45、是信號的周期，即出現(xiàn)一個周期的波形所需的時間。應(yīng)當(dāng)注意不要混淆基音和頻率，基音本質(zhì)上是感受到的頻率。實際上，對于復(fù)合波形如調(diào)頻正弦波窄帶噪聲，很難定義其頻率。例如一個包含2kHz，3kHz，4kHz，5kHz的正弦波的頻率是什么?當(dāng)聽到信號后，大腦會“插入”缺失的lkHz的基頻并感受到1kHz的基音。基音盡管對電子測量來說不明顯，但對聽者來說是相當(dāng)明顯的。早期的頻率測量方法使用振動簧片或頻率電壓轉(zhuǎn)換電路，雖然它們不是精確的測量技術(shù)，但是頻率電壓轉(zhuǎn)換器的方法易于使用，所以很流行。隨著數(shù)字邏輯的發(fā)展，頻率測量取得了巨大的進步。早期的測量是使用數(shù)字計數(shù)器在一個固定的時間窗內(nèi)對過零點的次數(shù)進行計數(shù)以測

46、得頻率。為使測量容易。這些時間窗(門)是小數(shù)或1秒的倍數(shù)。 11.4.3 頻率測量 頻率是周期信號的基本屬性，它表示頻率測量現(xiàn)代測量利用了徽處理器計算能力的優(yōu)勢來測量周期，然后對結(jié)果求倒數(shù)來得到頻率。如圖11-10所示，為進行這種測量，在門寬度內(nèi)同時對高頻參考時鐘和輸入信號進行計數(shù)。輸入信號的頻率可以用以下公式計算： (11-8) 注意門間距不用參與計算，可以依據(jù)所要求的測量速度來選擇。門寬度越長，時鐘頻率越高，測量分辨率越高，但是門寬度必須是輸入信號周期的整數(shù)倍，使用合適的邏輯電路很容易做到這一點。 頻率測量現(xiàn)代測量利用了徽處理器計算能力的優(yōu)勢來測量周期，然后圖11-10 高分辨辜頻率測量圖

47、11-10 高分辨辜頻率測量頻率測量有時使用另外一個方法以高分辨率快速測量低頻信號。這種方法把一個帶鎖相環(huán)(PPL)的壓控振蕩器(VCO)鎖定到輸入頻率的整數(shù)倍上，通常是100倍，然后計數(shù)器對壓控振蕩器的輸出計數(shù)，這樣在相同的門時間內(nèi)使分辨率提高了100倍。這種方法要求給鎖相環(huán)提供幾個周期的輸入信號以捕獲和鎖定輸入，這個時間必須被包括在測量時間內(nèi)，因此降低了性能的提高。因為振蕩器的不穩(wěn)定性和調(diào)諧范圍的問題，把乘數(shù)因子提高到100以上是相當(dāng)困難的。盡管基于周期的測量方法可以獲得更好的分辨率，但需要涉及到更多的內(nèi)容。所有這些測量技術(shù)能達到的精度受限于參考精度。常見的高質(zhì)晶振在室溫下可以提供百萬分之

48、幾的精度，而花銷只有幾美元。經(jīng)過溫度補償，環(huán)境溫度對晶振的影響可以被消除；在電路周圍增加一個加熱器以保持一個恒定的環(huán)境溫度可以進一步減少漂移。一定數(shù)量級的精度增加會要求一定數(shù)量級的費用增加、很幸運，對于大多教的應(yīng)用來說基本的晶振精度就足夠了。頻率測量有時使用另外一個方法以高分辨率快速測量低頻信號。這種 11.5 信號頻譜分析對于非正弦信號，可以用它對時間的函數(shù)變化特征來表征，也可以用它所包含的頻率分量成分的特征來表征。用示波器來觀測信號波形，波形曲線的水平軸是時間，這就是所謂的時域分析；若用頻譜分析儀來顯示信號的頻譜圖形，其水平軸是頻率，這就是所謂的頻域分析。時域和頻域分析是從不同角度對同一信

49、號的觀測分析。在時域中，示波器顯示出信號的v-t平面圖形的情景；在頻域中，頻譜儀顯示信號的v-f平面圖形的情景?，F(xiàn)在看一個由基波和二次諧波組成信號波的例子，如圖11-11所示?？梢?，由于相同的基波和二次諧波相位關(guān)系不同，合成的時間波形(圖中粗黑線)會有很大差異。圖11-12所示為時域和頻域的示意圖；頻域v-f平面顯示頻譜成分V1和V2的幅值。時域分析和頻域分析各有特點，各適用于不同場合，兩者互補。11.5.1 時域和頻域的關(guān)系 11.5 信號頻譜分析對于非正弦信號，可以用它對時間圖11-11 頻譜相同但譜成分的相位關(guān)系不同 圖11-12 時域和頻域的示意圖 圖11-11 頻譜相同但譜成分的相位

50、關(guān)系不同 圖11-12時域和頻域的關(guān)系實際的頻譜儀一般只給出信號的幅值譜或功率譜，不給出譜成分的相位信息。所以，用頻譜儀來測量圖11-11的兩個非正弦波(粗黑線)，會得出完全相同的頻譜圖。當(dāng)要研究信號波形失真時，用示波器看波形很直觀。但是，對于一個失真度較小的正弦信號，示渡器就很難看出它的失真情況；對于復(fù)雜波形，示波器更難以確定各譜成分的量值。然而，用頻譜分析儀可以定量測出即使是很小的頻譜分量。 時域和頻域的關(guān)系實際的頻譜儀一般只給出信號的幅值譜或功率譜，11.5.2 周期性矩形脈沖的頻譜矩形脈沖序列是實際電路常用的一種信號。熟悉它的頻譜結(jié)構(gòu)具有重要意義。所以，在信號分析和通信原理等教科書中，

51、都要分析和求出這種矩形脈沖序列的頻譜。圖11-13表示這種矩形脈沖，其中T是脈沖重復(fù)周期，也是頻譜的基波的周期；A和r分別是脈沖的幅值和寬度。周期脈沖序列的傅里葉(Fourier)級數(shù)為 。 (11-9)式中，括號中的分式是頻譜分析常遇到的一種函數(shù)，稱為采樣函數(shù)Sa(x)，它的定義為 (11-10)11.5.2 周期性矩形脈沖的頻譜矩形脈沖序列是實際電路常圖11-10 高分辨辜頻率測量采樣函數(shù)的曲線形狀如圖11-14所示，它以x=0垂直線為對稱；在x=0處Sa(x)=1，隨x值增大振幅堿小。函數(shù)在x=n處經(jīng)過0值(n是整數(shù))。顯然，式(11-9)的所有頻譜分量的包絡(luò)與采樣函數(shù)成正比。圖11-1

52、3 周期性矩形脈沖 圖11-14 采樣函數(shù)的曲線形狀圖11-10 高分辨辜頻率測量采樣函數(shù)的曲線形狀如圖11-11.5.3 諧波分析儀(選頻電平表)頻譜分析儀常稱選頻表，可以測量出信號中各個頻率分量的幅值大小，記錄數(shù)據(jù)后人工畫出頻率譜線圖。譜線波分析儀一個一個地測量諧波的頻率和幅值，與測量頻率特性的點頻法很相似。圖11-15是外差式諧波分析儀的原理框圖，它與外差式接收機的原理類同。圖中選頻放大器只對固定頻率f0(常稱中頻)以固定增益放大，本機振蕩器是一個頻率(fB) 可變、幅值恒定的正弦信號發(fā)生器，有頻率度盤.圖11-15 外差式諧波分析原理框圖11.5.3 諧波分析儀(選頻電平表)頻譜分析儀

53、常稱選頻表諧波分析儀(選頻電平表)設(shè)被測信號中某一諧波頻率為fx它與本振頻率fB在混頻器中互調(diào)之后，會產(chǎn)生所謂上、下邊頻，fB+fx和|fB-fx|。選頻放大器選取中頻f0=|fB-fx|。容易證明邊頻f0的幅值和諧頻fx的幅值成正比(因fB的幅值為常數(shù))。所以，幅值檢波電壓表能直讀諧波fx的幅值。本振頻率度盤所標(biāo)記的頻率值并不是本振頻率fB，而是被測諧波頻率fx，等于fB-f0(設(shè)fBfx)。當(dāng)慢慢調(diào)節(jié)頻率度盤時，電壓表上出現(xiàn)讀數(shù)，這個讀數(shù)就是被測諧波的幅值，諧波頻率值則從頻率度盤直接讀出。諧波分析儀(選頻電平表)設(shè)被測信號中某一諧波頻率為fx它與11.5.4 頻譜分析儀頻譜分析儀是一個在頻

54、域上顯示信號的儀器。頻譜儀的類別繁多，大體可分為模擬與數(shù)字兩大類。例如，模擬類有多通道濾波器式、掃頻外差式等；數(shù)字類有時基壓縮、快速傅里葉變換(FFT)和數(shù)字濾波器等方式。本小節(jié)介紹兩個模擬類頻譜儀的原理框圖，并做簡要說明。 1多通道濾波器式頻譜儀圖11-16所示為多通道濾波器式頻譜儀，主要由多個頻帶相鄰的帶通濾波器和一個公用的檢波器組成。各濾波器的中心頻率f1f2fn。一個由階梯波控制的電子開關(guān)K使各個濾波器輪流接入檢波器。在階梯波的每一梯級時間，檢波器接通一個濾波器，階梯數(shù)等于濾波器數(shù)。階梯波信號同時也是示波管的水平掃描信號。11.5.4 頻譜分析儀頻譜分析儀是一個在頻域上顯示信號的圖11

55、-16 多通道濾波器式頻譜儀 這種頻譜儀需要大量的窄帶濾波器。因濾波器的個數(shù)不能做得太多，其帶寬也不能做得太窄，所以分辨力和靈敏度都較低，常用于低頻頻譜分析中。例如，在整個音頻段(20Hz20kHz)上，通常按13倍頻程或倍頻程的間距配置濾波器。這樣對于13倍頻程有30個濾波器，對一個倍頻程有10個濾波器。IEC已經(jīng)把這些頻率標(biāo)準(zhǔn)化了，列于表11-1。因每倍頻程中濾波器個數(shù)相等，所以頻率是對數(shù)標(biāo)尺。圖11-16 多通道濾波器式頻譜儀 這種頻譜儀需要大量的窄表11-1 ANSI-ISO標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)選頻率表11-1 ANSI-ISO標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)選頻率2掃頻外差式頻譜儀 它用外差法頻率掃描，抽取信號的頻譜分

56、量，工作原理如下圖所示。被測信號中的頻率分量fx與掃頻fB(幅值為固定值)在混頻器中互調(diào)，由中頻放大器選出下邊頻f0(差頻)放大，放大倍數(shù)為固定值。容易證明，送入檢波器的下邊頻f0的幅值與fx的幅值成正比。這種頻譜儀與前面的諧波分析儀類似。前面是點頻法，這里是掃頻法?，F(xiàn)在本機振蕩器由掃頻壓控振蕩器擔(dān)任，其頻率受鋸齒波電壓控制。鋸齒波電壓同時又是示波管的水平掃描電壓。所以當(dāng)壓控振蕩器受鋸齒波電壓控制進行掃頻時，信號的各頻率分量順序依次被測量，示波管電子束同時向右掃描，于是，屏幕顯示出被測信號的頻譜圖形。 圖11-17 掃頻外差式頻譜儀原理框圖2掃頻外差式頻譜儀 它用外差法頻率掃描，抽取信號的頻譜

57、分量 11.6 非線性失真的測量在電氣設(shè)備中，信號的傳輸過程使得信號的輸出特性與輸入特性相比發(fā)生變化和差異，這種變化和差異總稱為失真。在電聲領(lǐng)域中，失真的概念具有重要的意義，失真參數(shù)能在很大程度上反映設(shè)備性能的優(yōu)劣，也在很大程度上規(guī)定了設(shè)備的使用環(huán)境和條件。 在一般的音頻設(shè)備測量中，失真指標(biāo)包括線性失真和非線性失真兩大類。 線性失真即非諧波失真，它不產(chǎn)生新的頻率成分，只改變各頻率分量的相對大小，包括頻率失真和相位失真兩類。線性失真會破壞聲音的聲像定位特性和頻率響應(yīng)特性。頻率失真較重的設(shè)備明顯表現(xiàn)出在某些頻率段的信號走樣。一般情況下，音箱具有幾個dB的失真，人耳是聽不出來的；而其他現(xiàn)代電聲設(shè)備在

58、可聽音頻率范圍內(nèi)的頻率失真已經(jīng)非常小了。 11.6 非線性失真的測量在電氣設(shè)備中，信號的傳輸過非線性失真的測量(續(xù))非線性失真亦稱波形失真、非線性畸變，表現(xiàn)為音響系統(tǒng)的輸出特性與輸入特性不成線性關(guān)系(即傳遞特性曲線的斜率不是固定不變的，而是變化的)，由系統(tǒng)設(shè)備特性曲線的非線性所引起，使輸出信號中產(chǎn)生了輸入信號中所沒有的高次諧波分量，改變了原信號頻譜。非線性失真系數(shù)(或稱失真度)就是衡量這種失真程度的參數(shù)。一個單純正弦波通過非線性設(shè)備會變成非正弦波，產(chǎn)生出很多諧波成分；而一個非正弦波通過非線性設(shè)備，除它的譜成分產(chǎn)生諧波之外，譜成分之間還會發(fā)生交互調(diào)制，產(chǎn)生相加和相減的頻率成分。 可以有多種失真度

59、的定義和測量方法，例如，基波抑制法、互調(diào)法、白噪聲法等失真度的定義。定義不同、測量方法也會不同。對于不同情況和不同目的，對失真度的要求是不同的。例如，對于一般語音設(shè)備，常要求失真度小于1；對于正弦信號發(fā)生器，常要求小于0.05；而對于超低失真的信號發(fā)生器的失真度可達0.001。非線性失真的測量(續(xù))非線性失真亦稱波形失真、非線性畸變，表11.6.1 基波抑制法此法的非線性失真度的定義是：一個正弦波通過非線性設(shè)備變成非正弦波之后，其諧波總功率與其基波功率之比的平方根值(注意，一般來說功率都是指標(biāo)準(zhǔn)功率)。所以，非線性失真(總諧波失真)度為 (11-11)式中，P為信號總功率；P1為基波功率；Pn

60、為第n次諧波的功率；V1為基波電壓有效值Vn為第n次諧波電壓有效值。當(dāng)失真度不大時，基波功率與信號總功率相差不大，可用下式計算失真度值，即 (11-12)合并式(11-11)和式(11-12)，得 (11-13)11.6.1 基波抑制法此法的非線性失真度的定義是：一個正圖11-18 基波抑制法測量失真度的原理框圖圖11-18所示為基波抑制法測量失真度的原理框圖。舉例兩種測量方案：直接法和比較法。直接測量法是先將開關(guān)放置“1”的位置。調(diào)節(jié)輸入電平調(diào)節(jié)器。讓有效值電壓表等于1V。然后，將開關(guān)轉(zhuǎn)換到“2”的位置，調(diào)節(jié)基波抑制電路，使電壓表讀數(shù)最小(表示基波已被抑制)，這個最小的有效值讀數(shù)值就等于失真