頻率步進激勵信號的時域特性范文

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《信息技術雜志》2015年第二期

1頻率步進掃頻信號

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為最小循環周期，Min-Duration為最小駐留時間，FreCur為信號當前頻率。L的具體數值由頻率來確定，一般是該頻率的數個周期。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數個周期以上。對于高頻信號，一個周期的信號擁有的數據點非常少，但是為了保證測量精度周期的個數要比低頻多一些才能滿足要求，否則信號持續時間太短，容易導致誤差。MinCycle和MinDuration的設置就是為了保證信號在低頻段持續幾個完整的周期，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式。式中，A為信號幅度，N為頻率點數目，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，當頻率改變的時候，由于相位不會發生突然變化，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。

1.3信號包絡希爾伯特變換用在描述一個以實數值載波做調制的信號之復數包絡，出現在通訊理論中發揮著重要作用，同時也是檢驗解析信號在時域變化規律的有效工具。用上述方法生成的信號的時域波形及變換之后的包絡圖形如圖1所示。當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，包絡如圖2所示。圖2顯示上述方法生成的信號包絡出現較大波動，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，會出現嗒、嗒的沖擊聲。出現這種現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，會產生寬帶的頻譜，對測量精度造成影響。

2頻率步進掃頻信號的改良

上面已經分析了原因，現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信號頻率的構造兩個頻點間頻率的遞變應該是個緩慢的過程，變化太快容易引起沖激脈沖，變化太慢會使效率太低。經過多次試驗、比較，發現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，生成的信號激勵揚聲器所測得數據不夠準確。而且，頻率突變必使信號時域上產生沖激，生成不必要的頻譜信號，給頻域數據分析帶來誤差。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，區別在于此時處理的是單獨的點，相位變化緩慢，但在時刻變化。圖3－4分別為改進前后頻率步進掃頻信號時域波形和包絡曲線。包絡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和消失所造成的。可以用變換后的數據繼續進行信號處理:用信號時域數據除以包絡數據，用包絡調制信號，對信號加權再處理，得到的結果更理想。再次處理后的信號包絡雖無較大變化，但還是有些改善，可以看到整體上波動就更小了。

3結束語

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

作者：周靜雷張龍單位：西安工程大學電子信息學院