1、軟件頻譜分析儀SpectraLAB實戰指南作者：1簡介音頻工作者對頻譜分析儀一定不陌生，這是一種用來對被測信號進行頻率及頻譜分析的重要測量儀器，廣泛應用于電聲測量、音頻制作4、信號分析乃至振動測試等領域。隨著數字技術的飛速發展，這種復雜儀器已經可以在一臺普通的多媒體計算機上用軟件來實現，這就是本文所要介紹的軟件頻譜分析儀SpectraLAB。首先讓我們來看看SpectraLAB的主界面（如圖一所示）。圖一：SpectraLAB的主界面SpectraLAB的基本工作原理是對所測量的音頻信號進行FFT變換（Fast Fourier Transform，即快速傅立葉變換），把時域信號轉變為頻域信號，

2、此基礎上可以進行各種分析。當然，模擬音頻信號先要從聲卡的MIC端口或LINE IN端口輸入，在聲卡內完成數模轉換，變成數字音頻信號以后，才能被計算機系統處理。SpectraLAB的用途非常廣泛，它可以對音頻信號進行復雜的分析，實時顯示出音頻信號的時域圖，頻譜圖，相位圖，彩色聲譜圖，以及3D頻譜圖，并可以實時計算出峰值振幅、峰值頻率、諧波失真、互調失真、信噪比等聲頻參數。SpectraLAB軟件還有音頻信號發生器的功能，可以產生白噪聲、粉紅噪聲、掃頻信號、三角波、方波、鋸齒波等聲學測量中常用的信號。有人可能會覺得，用軟件來作為測量儀器，能行嗎？反應速度跟得上嗎？性能怎么樣？其實所有這樣的擔心都是

3、多余的，SpectraLAB的性能相當不錯，實時響應速度非常快，功能很強大。與硬件設備相比，它還具有獨到的優點：操作、顯示界面友好，幫助文件很詳盡，可以把測量結果保存下來，還能顯示三維頻譜圖。2對系統的要求：SpectraLAB對系統的要求不高，最低要求是：硬件：IBM PC 或兼容機80386 DX CPU 或更高 (推薦至少用486DX）最少8 MB 內存256色以上VGA彩顯最少4MB硬盤空間16位聲卡軟件：Windows95/98 或 Windows 3.1 + Win32s，或WindowsNT3快速熟悉SpectraLAB3.1 工作模式的選擇使用SpectraLAB之前要先選擇它

4、的工作模式，在頂部菜單Mode一欄中選擇，如圖二所示。圖二共有三種工作模式，用途分別是：實時模式：（菜單Mode/Real Time）在輸入信號的同時進行實時測量，信號既可以是來自聲卡外部的模擬音頻信號，也可以是計算機內部正在播放的音頻流。錄音模式：（菜單Mode/Recorder），這時候的頻譜儀相當于一臺錄音機，可以邊錄音邊實時測量，并把錄制的音頻信號保存下來。后處理模式：（菜單Mode/Post Process）用于對已有的音頻波形文件進行分析。3.2 選擇顯示界面在軟件上端的View菜單中可以選擇顯示界面。共有五種顯示界面，分別是：1Time Series：時間序列，顯示音頻信號的時域

5、波形曲線，即振幅��時間曲線，相當于示波器的顯示屏。圖三所示為白噪聲信號的時域波形。圖三：白噪聲信號的波形2Spectrum：頻譜，顯示音頻信號的頻譜曲線，即振幅��頻率曲線，圖四所示為1kHz音頻信號的頻譜曲線，從圖中可以清楚地觀察到1kHz基音及其高次諧波的相對振幅。圖四 1kHz音頻信號的頻譜曲線3Phase：相位，顯示音頻信號的相位相位，即相位��頻率曲線，可用于比較兩個通道信號的相位差。如圖五所示。圖五雙通道信號的相位比較4Spectrogram：彩色聲譜圖，即頻率��時間

6、曲線，顯示音頻信號隨時間變化的頻譜構成，并以不同的顏色來表示振幅。圖六所示為1kHz鋸齒波信號的彩色聲譜圖。圖六 1kHz鋸齒波信號的彩色聲譜圖53D Surface：三維表面，顯示音頻信號的三維頻譜曲面圖，即頻率��時間��振幅曲面，相當于在二維頻譜曲線上再加上一條時間軸。圖七所示為1kHz鋸齒波信號的三維頻譜圖。圖七 1kHz鋸齒波信號的三維頻譜圖3.3 選擇待測參數SpectraLAB可以根據測試的音頻信號實時計算出信號或電聲器件的各種指標。在頂端的Utilities菜單內選擇參數（如圖八所示），就會彈出相應的小窗口，顯示出相應的指

7、標來。圖八：選擇待測的指標各參數含義如下：1. Peak Frequency：峰值頻率，即整個信號頻譜中最強成分的頻率。圖九：峰值頻率1. Peak Amplitude：峰值振幅，即整個信號頻譜中最強成分的振幅。圖十：峰值振幅2. Total Power：總功率，即整個信號的總均方根功率。圖十一：總均方根功率3. Total Harmonic Distortion (THD)：被測電聲設備的總諧波失真。圖十二：總諧波失真4. Total Harmonic Distortion + Noise (THD+N)：被測電聲設備的總諧波失真噪聲，這個值總是要大于THD。圖十三：總諧波失真噪聲5. In

8、termodulation Distortion (IMD)：被測電聲設備的互調失真。圖十四：互調失真6. Signal to Noise Ratio (SNR)：被測電聲設備的信噪比。圖十五：信噪比7. Delay Finder：用于計算左右兩通道之間的延時。當該項被選中時，會彈出如圖十六所示的窗口，顯示兩個通道間的延時量。圖十六：兩通道間的延時顯然，由于所有被測信號都要先通過聲卡，所以聲卡的檔次也就決定了您這臺“頻譜分析儀”的精度和級別。當然，聲卡本身的電聲指標也可以用這臺頻譜分析儀測出來。3.4 信號發生器SpectraLAB本身包含有信號發生器的功能，用來產生各種測試信號。按下F11鍵

9、，彈出信號發生器窗口如圖十七所示：圖十七：信號發生器在下拉列表框中可以選擇各種測試信號，點擊Run鍵就會發出信號聲。點擊Details鍵可以設置測試信號的各種細節，點擊Level鍵設置信號的幅度。4 軟件設置在軟件頂端的Options菜單下可以找到軟件的各種設置選項，如顯示界面、刻度等，可以根據需要設置。Options菜單分兩部分，上半部分用來設置軟件頻譜儀的整體參數，下半部分用來設置各顯示窗口的顯示參數。您并沒有必要去了解所有的設置項的含義，但下面介紹的一些選項很重要，最好對它們的意義有所了解。請按下F4鍵，或者選擇菜單命令OptionsSettings，會彈出如圖十八所示的設置窗口：圖十八

10、：設置窗口左上方的“Frequency Range and Resolution”一欄用來設置信號的采樣頻率和FFT點數，這兩項參數決定了頻譜分析的分辨率：分辨率采樣頻率/FFT點數。例如，采樣頻率為44100Hz，FFT點數為1024，則頻譜分辨率為43Hz左右。在采樣頻率一定的情況下，如果要提高分辨率，就要加大FFT點數。但要注意，如果FFT點數過大的話，頻譜儀的實時性會變差。FFT點數的缺省值為1024點。采樣頻率可根據聲卡來設置。如果您不知道聲卡采樣頻率的范圍，在Sampling Rate一欄里填入-1，然后按OK鍵，則會彈出下面的消息窗口，上面顯示出您的聲卡的采樣頻率范圍（圖十九）：

11、圖十九：聲卡的采樣頻率范圍在1102544100Hz如果需要降低信號的采樣頻率，可以通過設置Decimation Ratio一欄來實現。例如，您的聲卡支持的最低采樣頻率是11025Hz，把Decimation Ratio設置為10，則采樣頻率將降為1102.5Hz。降低采樣頻率有什么用呢？在某些測試中，例如對機械設備的振動測試，由于被測信號的頻率很低，用不了太高的采樣頻率（根據采樣定理，采樣頻率只需大于被測信號最高頻率的兩倍即可），這時就可以降低采樣頻率，這樣在FFT點數相同的情況下可以提高頻譜分析的分辨率。在設置窗口右上方的Sampling Format一欄，可以設置采樣精度以及單/雙通道。

12、在某些項目的測試中，例如雙通路的相位比較、計算延遲等測試中，必須設置為雙通道，這是要注意的。5應用實例下面介紹一個用軟件頻譜儀SpectraLAB實時測量音頻設備傳輸函數的實例。音頻設備的傳輸函數可以反映出設備總的頻率和相位響應。設備連接圖如圖二十所示：圖二十：音頻設備的傳輸函數測試圖中，信號發生器產生的信號分為兩路，一路直接送到聲卡的右通道線路輸入，一路經過待測設備以后再送入聲卡的左通道線路輸入。在頻譜分析儀的Spectrum和Phase兩個窗口可以觀察到待測設備的頻率響應和相位響應。具體的測試步驟為：1. 設置軟件頻譜儀為實時模式（Real-Time）2. 按下F11鍵，打開信號發生器，選

13、擇掃頻正弦信號（Freq Sweep），并按下Detail鍵，設置起始頻率為20Hz，終止頻率為20kHz，其他參數如圖二十一所示。圖二十一：設置掃頻信號1. 把掃頻信號接到待測設備的輸入端。 2. 把待測設備的輸出端接到頻譜分析儀的左通道輸入（即聲卡的線路輸入）。 3. 把信號發生器的掃頻正弦信號直接接到頻譜分析儀的右通道輸入。 4. 按下F4鍵，如圖二十一設置軟件參數，然后按OK鍵。圖二十一：軟件參數設置5. 在View菜單下打開Spectrum和Phase兩個窗口。6. 點擊主界面上的Run鍵，您將聽到從低頻到高頻的掃頻信號，并可以在Spectrum和Phase窗口中觀察到頻率和相位響應曲線。用鼠標在圖中任意位置點擊，并上下左右移動，即可得到曲線上任意點的精確數值。如圖二十二所示。圖二十二：設備傳輸函數顯示（上圖為相位響應，下圖為頻率響應）7. 您也可以在任意窗口上單擊鼠標右鍵，在浮動菜單上選擇View Data Values，會彈出一個窗口，顯示出響應曲線的數值表。如圖二十三所示。圖二十三：相位響應曲線的數值表8. 在顯示窗