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標題: 音頻信號及音頻分析 [打印本頁]

作者: 噠噠嘿 時間: 2019-4-7 11:15
標題: 音頻信號及音頻分析
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，而音樂和其他自然聲響是全范圍分布的。聲音經過模擬設備記錄或再生，成為模擬音頻，再經數字化成為數字音頻。這里所說的音頻分析就是以數字音頻信號為分析對象，以數字信號處理為分析手段，提取信號在時域、頻域內一系列特性的過程。
各種特定頻率范圍的音頻分析有各自不同的應用領域。例如，對于300－4kHz之間的語音信號的分析主要應用于語音識別，其用途是確定語音內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備的性能。所謂音頻設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備，例如話筒、功率放大器、揚聲器等，衡量音頻設備的主要技術指標有頻率響應特性、諧波失真、信噪比、動態范圍等。
音頻分析原理
音頻分析的原理主要涉及數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測量和分析內容，其中數字信號處理是音頻分析的理論基礎。
1．音頻分析技術基礎
傅立葉變換和信號的采樣是進行音頻分析時用到的最基本的技術。傅立葉變換是進行頻譜分析的基礎，信號的頻譜分析是指按信號的頻率結構，求取其分量的幅值、相位等按頻率分布規律，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變換后對應離散頻譜，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，從而離散的頻譜就變為連續頻譜。所以，非周期信號的頻譜是連續的。
在以計算機為中心的測試系統中，模擬信號進入數字計算機前先經過A/D變換器，將連續時間信號變為離散時間信號，稱為信號的采樣。然后再經幅值量化變為離散的數字信號。這樣，在頻域上將會出現一系列新的問題，頻譜會發生變化。由模擬信號變成數字信號后，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、加窗與窗函數等一系列問題。
2．音頻分析方法
通常在對某音頻設備音頻測量分析時，該設備被看成是一個具有輸入端口和輸出端口的黑箱系統。將某種己知信號輸入該系統，然后從輸出端獲取輸出信號進行分析，從而了解該系統的一些特性，這就是音頻分析的一般方法。輸入音頻設備的信號，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。
音頻參數測量及分析
音頻測量一般包括信號電壓、頻率、信噪比、諧波失真等基本參數。大部分音頻參數都可以由這幾種基本參數組合而成。音頻分析可以分為時域分析、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。以下分別介紹各種音頻參數測量和音頻分析。

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