声音信号的分析方法：声音信号的分析方法一、声

原标题：声音信号的分析方法
一、声音信号的分析方法无论是语言、音乐，还是其他声音，一般都是通过传声器（又称话筒）转换为电信号，以供传输、记录和重放。
任何一种信号都可以用时间域内的波形或频率域内的频谱来描述。因此，我们应该了解声音信号在时间域和频率域的特性以及它们对应的主观感觉。纯音是最简单、最基本的声音信号，其波形是正弦函数或余弦函数的正弦波，用数学式表示为式中，角频率ω=2πf ， f（频率）=1/T（周期）；φ=ω(t)+φ0 。这是周期为T的周期振动，亦称简谐振动。其频谱是一根线谱，亦即它是单一声调的声音。通常，振幅A、频率f、相位φ称为简谐振动信号的三要素。振幅A表示信号幅度的最大值；相位（φ=ωt+φ0）表示某时刻t的简谐振动的运动状态， φ0为初相位，表示运动的初始状态；频率f为周期T的倒数，表示经历一个周期T的时间，简谐振动又回复到原来的状态，显然周期越小，频率越高，即单位时间内重复的状态越多。在日常生活中，经常遇到的声音很少是单频率的声音，更多的是复合声。复合声又叫复音，它是由两个以上的纯音合成的声波。作为纯音合成的例子，频率比为1:3的两个简谐振动的合成。
三种不同初相位所对应的合成振动。它们都不再是简谐振动，但仍然是周期性运动，振动频率与其最低频率相等。这个结论可以推广到多于两个的简谐振动的合成。反之亦然，任何一种形式的周期运动，都可以分解为频率比为1:3的两个简谐振动。这个过程称为振动的分解或波形分解。可以证明，任何一个复杂的周期性振动，都可以分解为一系列的简谐振动，各个分量振动的频率都是原振动频率的整数倍。其中与原振动频率一致的分振动称为基频振动（又称基波），其他分振动按照各自频率相对于基频的整倍数相应称为二次、三次、……谐频振动（又称二次、三次、……谐波）。

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因此在频谱上，所示的线状谱。这种将一个复杂的周期性振动分解为许多个简谐振动之和的方法，称为谐波分析。以后将会看到，同是C调，钢琴和小提琴发出的声音完全不同（所谓音色不同），就是因为它们包含的高次谐波不同的缘故。可以用谐波分析仪（频谱分析仪）直接读出被测信号的谐波成分及其强度。两个简谐振动的合成谐波分析在数学上叫做傅里叶（Fourier）分析；系数a0、ak和相位k0由u(t)的具体形式决定。不仅周期性振动信号可以分解为一系列简谐振动，而且任意一种非周期性振动信号也可以分解为许多简谐振动。因为非周期性振动可以看成是周期无限长即频率为零的周期性振动。所以其频谱不再是一条条分立的线状谱（离散谱），而是密集成连续谱。单脉冲或阻尼脉冲声以及杂乱无序的噪声，都是非周期信号，它们的频谱都是连续谱。噪声是一种不规则和不需要的声音，但有两种噪声——白噪声和粉红噪声，在声学测量中常常被应用。
（1）白噪声这是一种在很宽频率范围内能量均匀分布的噪声。尽管白噪声每个频率的噪声电压大小不断变化，但在统计上是服从高斯分布的。对于单位频率的噪声谱的功率而言，则是均匀的。换句话说，如果用一单频滤波器分析它的输出，各个频率的输出功率的平均值是相等的。显然，如果用恒定百分比带宽滤波器控制其输出，则其输出功率每倍频程带宽增加3dB 。

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（2）粉红噪声它是一种在恒定百分比带宽内能量相等的宽频带噪声。这种噪声在以恒定百分比带宽滤波器控制其输出时，其输出功率则是相同的。由此可见，在对数频率坐标中，白噪声的能量是以每倍频程增加3dB的状态分布的，对于粉红噪声的能量分布则是均匀的；而在线性频率坐标中，白噪声的能量分布是均匀的，粉红噪声则以每倍频程下降了3dB的状态分布。因此，只要在白噪声信号源上加一个每倍频程衰减3dB的衰减网络，就可得到粉红噪声信号。在声学测量中往往使用粉红噪声进行特性测量。
二、音程和倍频程音程是两个声音的频率（或音调）的间隔，在电声学上称为频程，可用它的频率比或其以2为底的对数表示。将声音按一定的音程进行排列称为音阶。当形成音程的音连续奏出时，称为旋律。当同时奏出时，称为和声。音阶中频率为2:1的频率间隔的音程，在电声学中称为倍频程，通常用oct表示，而在音乐学中则称为八度音程。例如，钢琴琴键的低音A的频率为220Hz ，中音A的频率为440Hz ，两者相差1倍频程或一个八度（音程）。