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《信息技術(shù)雜志》2015年第二期

1頻率步進(jìn)掃頻信號

1.1確定掃描信號長度式中，L為信號任一頻率點的長度，T為該頻點信號掃描時間，fs為采樣頻率，MinCycle為最小循環(huán)周期，Min-Duration為最小駐留時間，F(xiàn)reCur為信號當(dāng)前頻率。L的具體數(shù)值由頻率來確定，一般是該頻率的數(shù)個周期。原則是低頻頻率信號長度要長一些，高頻頻率信號長度可以短一些，但是無論如何，為了保證精度，至少保證每個頻率點信號的長度要持續(xù)數(shù)個周期以上。對于高頻信號，一個周期的信號擁有的數(shù)據(jù)點非常少，但是為了保證測量精度周期的個數(shù)要比低頻多一些才能滿足要求，否則信號持續(xù)時間太短，容易導(dǎo)致誤差。MinCycle和MinDuration的設(shè)置就是為了保證信號在低頻段持續(xù)幾個完整的周期，高頻段的掃描時間也不至于太短。

1.2生成掃頻信號信號的生成表達(dá)式。式中，A為信號幅度，N為頻率點數(shù)目，fi－1為上一頻點的頻率，φi為信號相位，它是在不斷變化的。這樣選取初始相位可以保證在掃頻過程中，當(dāng)頻率改變的時候，由于相位不會發(fā)生突然變化，可以防止不必要的沖擊，在時域上，不同頻率信號之間會光滑銜接，頻域上，避免其它頻率成分的信號幅度過強(qiáng)。

1.3信號包絡(luò)希爾伯特變換用在描述一個以實數(shù)值載波做調(diào)制的信號之復(fù)數(shù)包絡(luò)，出現(xiàn)在通訊理論中發(fā)揮著重要作用，同時也是檢驗解析信號在時域變化規(guī)律的有效工具。用上述方法生成的信號的時域波形及變換之后的包絡(luò)圖形如圖1所示。當(dāng)MinCycle=6，MinDuration=0.01頻點序列選擇ISO中1/3倍頻程時，相鄰兩個頻點生成的正弦信號時域波形如圖1所示，包絡(luò)如圖2所示。圖2顯示上述方法生成的信號包絡(luò)出現(xiàn)較大波動，表明時域信號含有很多沖擊量，延長了激勵信號的過渡過程［4］時間，信號播放聽起來不夠連貫自然，會出現(xiàn)嗒、嗒的沖擊聲。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是頻率不同的兩段正弦激勵信號銜接處，由于頻點頻率和相位的突變，會產(chǎn)生寬帶的頻譜，對測量精度造成影響。

2頻率步進(jìn)掃頻信號的改良

上面已經(jīng)分析了原因，現(xiàn)在就針對問題找解決辦法:在兩個頻點生成的正弦信號銜接處加窗截取一定長度的信號，重新生成，新生成的信號務(wù)必使前后頻點生成的信號無論在頻率方面、還是相位方面都要平滑銜接。

2.1信號頻率的構(gòu)造兩個頻點間頻率的遞變應(yīng)該是個緩慢的過程，變化太快容易引起沖激脈沖，變化太慢會使效率太低。經(jīng)過多次試驗、比較，發(fā)現(xiàn)截取的信號長度為由該頻率生成的信號長度的5%～10%時效果最佳。ISO中1/3倍頻程生成的頻點序列最后兩個頻點頻率為16000Hz和20000Hz，頻率增量如此之大，生成的信號激勵揚(yáng)聲器所測得數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確。而且，頻率突變必使信號時域上產(chǎn)生沖激，生成不必要的頻譜信號，給頻域數(shù)據(jù)分析帶來誤差。處理之后，最后一個點的值要和下一段正弦信號頻率(fi)相等。用這種方法生成的頻點序列可以使信號的頻率緩慢地變化，有效地減少不必要的沖激。

2.2信號相位的構(gòu)造相位的處理同樣重要，解決辦法是下一點的相位由上一點的相位和本身的頻率相結(jié)合來生成。上式中φm為每個點的初始相位。這種處理方式和生成信號時相位的處理方式類似，區(qū)別在于此時處理的是單獨(dú)的點，相位變化緩慢，但在時刻變化。圖3－4分別為改進(jìn)前后頻率步進(jìn)掃頻信號時域波形和包絡(luò)曲線。包絡(luò)圖形顯示了修正后的解析信號時域變化的整體輪廓，與圖2相比，可以看出新生成的信號整體變化緩慢。首尾處有較大沖擊是因為頻率的突然出現(xiàn)和消失所造成的。可以用變換后的數(shù)據(jù)繼續(xù)進(jìn)行信號處理:用信號時域數(shù)據(jù)除以包絡(luò)數(shù)據(jù)，用包絡(luò)調(diào)制信號，對信號加權(quán)再處理，得到的結(jié)果更理想。再次處理后的信號包絡(luò)雖無較大變化，但還是有些改善，可以看到整體上波動就更小了。

3結(jié)束語

電聲產(chǎn)品的頻率響應(yīng)，是產(chǎn)品參數(shù)測量的一項重要內(nèi)容。在對揚(yáng)聲器的頻響測量過程中，激勵信號的選擇不同，所測得的結(jié)果也會略有差異。頻率步進(jìn)掃頻信號能準(zhǔn)確地檢測揚(yáng)聲器頻響，尤其是低頻段響應(yīng)，按照上述方法生成的信號，聽起來聲音柔順自然、平滑悅耳，當(dāng)頻率改變的時候，不會出現(xiàn)頻率跳變的沖擊聲，也不會產(chǎn)生寬帶的頻譜，大大提高了測量精度。下一步要做的是繼續(xù)優(yōu)化激勵信號，通過時頻分析，調(diào)整不同頻段正弦信號的銜接方式，使測量結(jié)果更加準(zhǔn)確。

作者：周靜雷張龍單位：西安工程大學(xué)電子信息學(xué)院