《声学测量 教学课件 ppt 作者 陈克安 等 第2章 声信号采集及分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《声学测量 教学课件 ppt 作者 陈克安 等 第2章 声信号采集及分析（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、声学测量,2.1 声信号及其基本特性 2.2 声信号采集 2.3 傅里叶变换及其实现 2.4 声信号的频率分析,第2章 声信号采集及分析,2.1 声信号及其基本特性,2.1.1 声信号及其分类 2.1.2 随机信号分析,2.1.1 声信号及其分类,1.确定性信号和随机信号 2.模拟信号、连续时间信号、离散时间信号和数字信号,1.确定性信号和随机信号,确定性信号的每一个值都可以用有限个参量唯一地加以描述。确定性信号又可分为周期性信号和非周期性信号两类。随机信号是相对于确定性信号而言的一种信号，因此也称为非确定性信号。这种信号不能用确定的数学解析式表达其变化历程，也就是说不可能预见其任一瞬时所应出
2、现的数值，所以也无法用实验的方法重复再现。随机信号可用统计学的方法加以描述，描述其统计特征的量主要有均值、方差、概率密度函数、功率谱密度、自相关函数、互相关函数等。随机信号分为平稳随机信号和非平稳随机信号两大类，而平稳随机信号又分为严平稳和宽平稳随机信号两种。,2.模拟信号、连续时间信号、离散时间信号和数字信号,模拟信号指的是在规定的连续时间内，信号的幅值可以取连续范围内的任意数值。由传感器产生的信号都属于模拟信号。连续时间信号是指在连续时间范围所定义的信号，但它的幅值可以是连续值，也可以是离散的数值。 离散时间信号指的是在一组特定的时间下，表示信号数值的函数，也就是说，作为独立变量的时间变量
3、使用一组数值来表示。如果离散信号的幅值是连续值，有时又被称为“抽样数据”信号。数字信号则是在时间上和幅值上都经过量化的信号，总可以用一序列的数来表示，而每个数又可以用有限长的数值编码来表示。,2.1.2 随机信号分析,1.均值、方均值、方差 2.相关 3.功率谱、相干函数 4.倒谱,2.1.2 随机信号分析,图2.1.1 随机信号的样本,1.均值、方均值、方差,随机信号的均值是样本记录x(t)在整个时间坐标上的积分平均，它表达了这一随机信号变化的中心趋势，或称直流分量。在实际工作中取时间坐标上的有限长度作估计，有 如将这一概念推至周期信号，则仅取一个周期长度T作计算就能完全反映整个信号的均值。
4、 方均值表达了信号的强度或功率，在有限长时间T内，由下式表达,1.均值、方均值、方差,方均值的二次方根称为方均根值，又称为有效值，它是信号平均能量或平均功率的一种表达方式。随机信号方差的定义是 显然，随机信号的方差是去除了均值后的方均值，所以它是信号幅值相对于均值分散程度的一种表示。由于去除了直流分量，因此，它也是信号纯波动分量(交流量)强度的一种表示。,2.相关,(1)自相关函数和互相关函数 假定一个样本记录x(t)来自各态历经平稳随机过程，则它的自相关函数Rxx()是原样本记录信号x(t)与此样本记录作时延后的信号乘积的积分。 (2)相关系数函数 相关函数取值的大小与信号样本本身的取值大小
5、有直接关系，因而在比较不同的随机信号相关程度时就不能完全看相关函数值的大小。,3.功率谱、相干函数,随机信号不存在频谱函数，只存在功率谱密度函数(简称功率谱)。功率谱分为自功率谱(自谱)和互功率谱(互谱)两种。相干函数是在频域内判断两信号相关程度的指标。例如，在一测试系统中，为了评价其输入信号与输出信号间的因果性，即输出信号的功率谱中有多少是所测试输入信号引起的响应，就可以用相干函数。,4.倒谱,(1)功率倒谱 (2)复倒谱,(1)功率倒谱,一时域信号x(t)的自谱为Sx(f)，则其功率倒谱为 式中，-1表示对函数取傅里叶逆变换。工程应用上常取其二次方根作为信号x(t)的有效幅值倒频谱。,(2
6、)复倒谱,按下式确定 需要说明的是，倒谱的不同定义方法可根据不同应用场合选取。另外，倒谱具有与相关函数自变量相同的量纲，即时间量纲，在倒谱中称此自变量为“倒频率”。,2.2 声信号采集,2.2.1 数据采样 2.2.2 模数转换,2.2.1 数据采样,1.采样与频率混叠 2.量化与动态范围,1.采样与频率混叠,所谓采样，就是将连续变化的信号转变为时间域离散的信号。采样的核心问题是：信号在时域离散化后会不会失掉信息？也就是说，信号在离散时间采样时，在采样点之间的信息会不会丢失？如何选取采样频率，从而保证采样后的离散信号能够准确、不失真地代表原有连续信号。,2.量化与动态范围,解决量化误差对实际测
7、量信号的影响的措施是，在进行量化之前，将信号放大到接近满量程，从而充分利用量化动态范围。实现办法是：在采样和量化前增加一个放大倍数可编程控制的程控放大器。,2.2.2 模数转换,1.程控放大器 2.采样/保持器 3.A/D转换,1.程控放大器,程控放大器实质上就是放大倍数(增益)可编程控制的测量放大器，主体部分是运算放大器，它的主要功能是将输入电压信号放大到接近模/数转换器(ADC)的满量程，以便充分利用ADC的动态范围。 先进数据采集系统的程控放大器还具有自动增益能力。这类程控放大器由专用电路或软件根据输入信号的大小，自动调节放大器的增益，使输出信号始终保持在所要求的电平上，从而使数据采集系
8、统中的模数转换器处于最佳工作状态。,2.采样/保持器,对时间连续的信号进行采样是通过周期脉冲序列的调制来完成的。实际的采样脉冲有一定宽度tc，但通常远小于采样间隔ts。在采样时间t0内，要完成从幅值连续的模拟量到数字量的转换(模/数转换)，将会对模/数转换器提出过高要求，即要求模/数转换器有非常高的转换速度。因此，在实际实现采样时，是将采样所得到的时间离散信号通过记忆装置保持器保持起来，在信号处于保持期间进行模/数转换。,3.A/D转换,1)分辨率，指A/D转换器所能分辨模拟输入信号的最小变化量。 2)精度。 3)转换时间和转换速率。,2.3 傅里叶变换及其实现,2.3.1 离散傅里叶变换 2.3.2 快速傅里叶变换,2.3.1 离散傅里叶变换,2.3.1 离散傅里叶变换,2.3.2 快速傅里叶变换,2.4 声信号的频率分析,2.4.1 倍频程分析 2.4.2 临界带宽,表2.4.1 中心频率与其上、下限截止频率的对应关系,2.4.1 倍频程分析,表2.4.1 中心频率与其上、下限截止频率的对应关系,2.4.1 倍频程分析,表2.4.2 1/3倍频程平均声压级,2.4.1 倍频程分析,表2.4.3 倍频程平均声压级,2.4.1 倍频程分析,图2.4.1 1/3倍频程图,2.4.1 倍频程分析,表2.4.4 临界频带的具体划分方法,2.4.2 临界带宽,
