聲譜分析是指對(duì)聲或震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行測量或計(jì)算，以獲得它們的組成和強(qiáng)度的頻率分布圖的技術(shù)及工作的統(tǒng)稱。又稱頻譜分析。
概念解釋
研究表明，振動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、振動(dòng)方式和聲譜的形態(tài)之間存在著明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如周期性振動(dòng)的聲譜為線譜，它可以分解成許多個(gè)與基頻成整倍數(shù)關(guān)系的簡諧振動(dòng);撞擊引起的阻尼振動(dòng)的聲譜則為連續(xù)譜;樂器發(fā)出的聲音的頻譜不僅反映曲調(diào)，而且反映樂器的品種;語言的聲譜對(duì)經(jīng)過訓(xùn)練的人或具備記憶、對(duì)比和按邏輯條件作出判斷功能的機(jī)器來說，都是"可讀的"，根據(jù)聲譜可以辨意和識(shí)別說話人。
聲和振動(dòng)信號(hào)都是由各種頻率成分組成的。表征聲和振動(dòng)信號(hào)的主要參數(shù)是強(qiáng)度和頻率成分。頻率成分不同的聲和振動(dòng)信號(hào)，即使強(qiáng)度差不多，對(duì)它們的感覺和識(shí)別，或它們所產(chǎn)生的干擾和破壞作用，卻是不同的。因而聲譜分析在現(xiàn)實(shí)生活中有重要作用:可有效地降低噪聲污染，只有在了解了噪聲源頻率特性后，才可能采取針對(duì)性控制措施;人機(jī)對(duì)話語言自動(dòng)翻譯機(jī)的研制，其語言識(shí)別和語言合成部分都離不開關(guān)于語言聲譜的知識(shí);對(duì)敵方潛艇的偵察，方法之一是將其噪聲譜與存儲(chǔ)的樣本譜作比較識(shí)別;還有如聲致振動(dòng)的研究等。
工作原理
聲譜測量時(shí)先把聲或振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)濾波器濾波，測量濾波后的電信號(hào)幅度，然后換個(gè)濾波器再做，得到一系列濾波器中心頻率與信號(hào)幅度的關(guān)系，連成曲線就是聲譜(頻譜)曲線。早期的濾波器是電阻、電感和電容組成的無源濾波器，后來有了有源濾波器和數(shù)字濾波器。聲譜分析的關(guān)鍵是濾波器帶寬。最常用的濾波器是1/3倍頻程和倍頻程濾波器。用它們測得的曲線分別稱1/3倍頻程和倍頻程聲譜曲線。數(shù)字濾波器的頻率分辨度可做到1赫。
進(jìn)行聲譜分析應(yīng)注意的問題:一是聲或振動(dòng)信號(hào)在時(shí)間上大多為隨機(jī)起伏過程，需進(jìn)行多次測量才能得到確定的聲譜;二是測量時(shí)要避免其他噪聲的干擾，因此測量必須在特定的環(huán)境(如消聲室)進(jìn)行。
實(shí)際解決
①選定適當(dāng)?shù)姆治銎陂g。實(shí)際生活中的聲或振動(dòng)現(xiàn)象除了可由確定性的參量制約，因而可以用任何一次觀測對(duì)其作準(zhǔn)確的定量描述的確定性過程外，還有因生產(chǎn)、傳播和接收系統(tǒng)的參量有偶然性起伏，只能根據(jù)大量采樣用統(tǒng)計(jì)語言描述的隨機(jī)過程。對(duì)隨機(jī)過程的觀察要用較長的觀察分析時(shí)間或者要進(jìn)行多次觀察以便用經(jīng)過積累及平均使穩(wěn)定的必然性因果關(guān)系的比重增加，保存下來而偶然性的影響由于存在相互抵消的可能性而最終大為減小 。②用方便的方法判定所考察過程的屬性。人們對(duì)所考察的過程的屬性往往存在疑問，經(jīng)常出現(xiàn)檢驗(yàn)兩個(gè)過程相似性的要求。為此人們很自然地想到移動(dòng)時(shí)間軸使兩個(gè)時(shí)間函數(shù)盡可能地重合的辦法和從相應(yīng)的頻譜數(shù)據(jù)在頻率取樣點(diǎn)一致情況下看看它們的振幅或能量分布是否存在差異和差距大小的辦法。相關(guān)函數(shù)判斷準(zhǔn)則的出現(xiàn)和應(yīng)用 ，是從時(shí)間域觀點(diǎn)進(jìn)行檢驗(yàn)的必然結(jié)果，而在計(jì)算兩幀頻譜差異的時(shí)候，必然要形成和應(yīng)用互譜，作為相似性判斷準(zhǔn)則。
具體應(yīng)用
聲譜分析在現(xiàn)代人的生活中發(fā)揮著重大作用:對(duì)噪聲污染的控制可通過聲譜分析，了解噪聲源特點(diǎn)后有效地采取針對(duì)性消聲和減振措施;工業(yè)生產(chǎn)中機(jī)械的安裝、調(diào)整和運(yùn)轉(zhuǎn)可借助聲譜分析進(jìn)行監(jiān)察。聲譜分析在樂器制作工藝的科學(xué)檢驗(yàn)、通信和廣播設(shè)備的有效利用方面都有廣泛的應(yīng)用。譬如說，為了使電話能夠在通頻帶寬只有大約100Hz的連接美歐兩洲的海底電纜中傳輸而發(fā)展起來的，自20世紀(jì)60年代以來，在軍事通信部門廣泛應(yīng)用的通道式聲碼器的使用，就需要不斷地傳送通話的聲譜數(shù)據(jù);正處于積極研制過程中的人機(jī)對(duì)話語言自動(dòng)翻譯機(jī)，其語言識(shí)別和語言合成(見語言聲學(xué))部分更是離不開聲譜分析手段和對(duì)語言聲譜知識(shí)的了解;在人身保健方面 、心音、腸鳴等過去全憑醫(yī)生聽覺感受和經(jīng)驗(yàn)來診斷的生理-物理現(xiàn)象，隨著聲譜分析技術(shù)的普及也開始利用其幫助診斷。
標(biāo)簽:
數(shù)據(jù)采集傳輸儀
