Adobe Audition 系列教程(二)：频谱分析仪

Adobe Audition系列教程（二）：频谱分析仪

频谱分析仪是研究信号频谱特征的仪器，在电子技术一日千里的今天，是研究、开发、调试维修中的有力武器。现代频谱分析仪都趋向于智能化，虚拟仪器技术广泛应用，有些就是以专用的计算机系统为核心设计的。其结果是结构大大简化、性能飞速提高。当然专业的频谱分析仪就比示波器更加昂贵了，业余爱好者更难用上。不过不必灰心，我们可以充分利用Adobe Audition的频谱分析功能，让你拥有精确频谱分析仪的美梦成真！

1. 频谱显示模式

Adobe Audition本身有一种“频谱显示”模式。先打开一段波形，或用《妙用Adobe Audition：数字存储示波器》一文介绍的方法录制一段波形，即可进行频谱分析。这里我们新建一段20秒的对数扫频信号（本文大多选用直接建立的波形，以便了解信号原始波形的标准频谱特征），然后选择“View=>Spectral View”（视图=>频谱），如图1，或点击快捷工具栏的“Toggle between Spectral and Waveform views”（切换频谱视图/波形视图）按扭，即可将波形以频谱显示的方式显示出来，如图2。扫频的频谱显示见图3。

图1

图2

图3

可以看到，横轴为时间，纵轴为频率指示。每个时刻对应的波形频谱都被显示出来了，可以看到扫描速度是指数增加的，即将频率轴取对数时扫描速度是线性的。如图中光标处18秒处频谱指示约11KHz。实际上频谱指示的颜色是代表频谱能量的高低的，颜色从深蓝到红再到黄，指示谱线电平由低到高的变化。这实际上跟地图的地形鸟瞰显示是比较相似的，看图4频谱复杂变化的声音频谱就更容易理解这点了。

图4

2. 频谱分析操作

“频谱显示”模式虽然能大致显示出波形频谱分布的情况，而且能给出时间方面的特征，但是从精确分析的角度讲就难以满足要求了，这时我们就要用到Adobe Audition的“频谱分析”功能。打开一段波形，例如上述的扫频，点选“Analyze=>Show Frequency Analyze”（分析=>显示频谱分析）即可打开图5所示的频谱分析窗口。

图5

默认的窗口比较小，而且分析结果比较粗糙。选中“Linear View”（线性视图）时频率标尺是线性刻度的，这时低频段显示很少，不符合常规要求，可以取消选定，频率标尺将以对数刻度显示。左下角的选择条可以让你选择“Lines”（线条）、“Area”（区域）、“Bars”（条状）来显示频谱，一般选择线条为好，否则前面的都会盖住后面的频谱。虽然窗口没有“最大化”操作按扭，但我们将光标移到窗口右下角就会变成图示的双箭头，这时按住鼠标左键拖动，即可将窗口放大，然后点到顶端蓝条拖动即可移动窗口，这样你可以一直放大到满屏幕。（提示：许多Windows程序都可以这样操作）。将波形全部选中，可以执行“Scan”（扫描）操作（提示：不选中不能扫描！），将整段波形的总频谱显示出来。图6就是上述扫频的总频谱曲线。

图6

点击“Advanced”（高级）按扭，即可打开几个高级设置选项，如图7。

图7

在“Reference”（参考电平）栏可以填入任意值来作为参考电平。而“FFT Size”（FFT样本数）可以设置FFT分析的样本数值，即将每秒长度的波形分成若干份来分析。当然数值越高，频率分辨率越高，最高可以设到65536（这时可以将48 KHz取样的波形精确到0.732 Hz的步长来分析）。滤波类型选择窗口可以选择五种FFT分析滤波窗口类型。不同的窗口具有不同的特性，可以参考软件帮助文件使用，一般我们

用“Blackmann-Harris”即可。点击“Copy to Clipboard”按扭可以将频谱分析数据拷贝到剪贴板。然后你可以将它粘贴到其它软件中进行处理，例如微软的Excel电子表格软件就可以很好地处理。不过这时我们一般不要将“FFT Size”设得太大，否则数据量庞大，处理不便。

3. 解读频谱分析结果

你是否对上述扫频频谱分析结果感到迷惑不解？明明我们产生扫频时设定的波形幅度是恒定的，为什么分析结果却成了随频率增加而衰减？要揭开这个迷团，必须对FFT频谱分析的实质有深入的了解。

与传统的模拟频谱分析仪不同，计算机FFT频谱分析是基于“能量累积”的计算而得到的，由标准的FFT 计算公式就可以看到它是一个相对于时间的积分公式。对于对数扫频这样频率成分比例随时间变化的信号，后期分析是针对整段波形的，其结果就是谱线幅度由该频率波形所占时间比例来决定，因此产生上述的结果。如果扫频是线性扫描的，结果自然就是一条水平直线。这是Adobe Audition的后期分析特点。其优点是对硬件要求低而可以慢慢分析，得出精确的分析结果。如果用实时分析，精确分析对硬件速度要求是比较高的。我们应该用“能量”的观点来解读分析结果。即频谱曲线指示出一段信号中各频点的能量分布情况。对此我们要有清醒的认识，否则会做出错误的判断，得到错误的结论。特别的对于音乐信号，高频段所占能量比例一般不大，却可能出现幅度相当大的尖峰。

如果是实时分析模式（即“频谱显示”模式的样子，可惜精确分析时不具备该功能，要得到精确的实时分析结果，还需要用到本系列软件的下一个更专业的软件），对数扫频与线性扫频结果就是一样的，只不过扫描速度有差别而已，跟模拟频谱仪的等带宽滤波分析一样。如果各信号成分是同时给出的，并且是均匀分布的，例如粉红噪声、白噪声、复合音、调频信号，实时分析与后期分析的结果就一样了。

4. 频谱分析示例

了解了软件的操作技巧和分析特征，有助于充分了解实践中的分析结果。现在就让我们来做几个常见波形的频谱分析实验。图8是100Hz三角波的频谱。奇数倍的谐波幅度以-12dB/oct（每倍频程-12dB）的斜率衰减。

图8

图9是100Hz方波的频谱。奇数倍的谐波幅度以-6dB/oct（每倍频程-6dB）的斜率衰减。

图9

图10为粉红噪声频谱。频率成分是连续的，以-3dB/oct（每倍频程-3dB）的斜率衰减。