频率步进激励信号的时域特性范文

《信息技术杂志》2015年第二期

1频率步进扫频信号

1.1确定扫描信号长度式中，L为信号任一频率点的长度，T为该频点信号扫描时间，fs为采样频率，MinCycle为最小循环周期，Min-Duration为最小驻留时间，FreCur为信号当前频率。L的具体数值由频率来确定，一般是该频率的数个周期。原则是低频频率信号长度要长一些，高频频率信号长度可以短一些，但是无论如何，为了保证精度，至少保证每个频率点信号的长度要持续数个周期以上。对于高频信号，一个周期的信号拥有的数据点非常少，但是为了保证测量精度周期的个数要比低频多一些才能满足要求，否则信号持续时间太短，容易导致误差。MinCycle和MinDuration的设置就是为了保证信号在低频段持续几个完整的周期，高频段的扫描时间也不至于太短。

1.2生成扫频信号信号的生成表达式。式中，A为信号幅度，N为频率点数目，fi－1为上一频点的频率，φi为信号相位，它是在不断变化的。这样选取初始相位可以保证在扫频过程中，当频率改变的时候，由于相位不会发生突然变化，可以防止不必要的冲击，在时域上，不同频率信号之间会光滑衔接，频域上，避免其它频率成分的信号幅度过强。

1.3信号包络希尔伯特变换用在描述一个以实数值载波做调制的信号之复数包络，出现在通讯理论中发挥着重要作用，同时也是检验解析信号在时域变化规律的有效工具。用上述方法生成的信号的时域波形及变换之后的包络图形如图1所示。当MinCycle=6，MinDuration=0.01频点序列选择ISO中1/3倍频程时，相邻两个频点生成的正弦信号时域波形如图1所示，包络如图2所示。图2显示上述方法生成的信号包络出现较大波动，表明时域信号含有很多冲击量，延长了激励信号的过渡过程［4］时间，信号播放听起来不够连贯自然，会出现嗒、嗒的冲击声。出现这种现象的原因是频率不同的两段正弦激励信号衔接处，由于频点频率和相位的突变，会产生宽带的频谱，对测量精度造成影响。

2频率步进扫频信号的改良

上面已经分析了原因，现在就针对问题找解决办法:在两个频点生成的正弦信号衔接处加窗截取一定长度的信号，重新生成，新生成的信号务必使前后频点生成的信号无论在频率方面、还是相位方面都要平滑衔接。

2.1信号频率的构造两个频点间频率的递变应该是个缓慢的过程，变化太快容易引起冲激脉冲，变化太慢会使效率太低。经过多次试验、比较，发现截取的信号长度为由该频率生成的信号长度的5%～10%时效果最佳。ISO中1/3倍频程生成的频点序列最后两个频点频率为16000Hz和20000Hz，频率增量如此之大，生成的信号激励扬声器所测得数据不够准确。而且，频率突变必使信号时域上产生冲激，生成不必要的频谱信号，给频域数据分析带来误差。处理之后，最后一个点的值要和下一段正弦信号频率(fi)相等。用这种方法生成的频点序列可以使信号的频率缓慢地变化，有效地减少不必要的冲激。

2.2信号相位的构造相位的处理同样重要，解决办法是下一点的相位由上一点的相位和本身的频率相结合来生成。上式中φm为每个点的初始相位。这种处理方式和生成信号时相位的处理方式类似，区别在于此时处理的是单独的点，相位变化缓慢，但在时刻变化。图3－4分别为改进前后频率步进扫频信号时域波形和包络曲线。包络图形显示了修正后的解析信号时域变化的整体轮廓，与图2相比，可以看出新生成的信号整体变化缓慢。首尾处有较大冲击是因为频率的突然出现和消失所造成的。可以用变换后的数据继续进行信号处理:用信号时域数据除以包络数据，用包络调制信号，对信号加权再处理，得到的结果更理想。再次处理后的信号包络虽无较大变化，但还是有些改善，可以看到整体上波动就更小了。

3结束语

电声产品的频率响应，是产品参数测量的一项重要内容。在对扬声器的频响测量过程中，激励信号的选择不同，所测得的结果也会略有差异。频率步进扫频信号能准确地检测扬声器频响，尤其是低频段响应，按照上述方法生成的信号，听起来声音柔顺自然、平滑悦耳，当频率改变的时候，不会出现频率跳变的冲击声，也不会产生宽带的频谱，大大提高了测量精度。下一步要做的是继续优化激励信号，通过时频分析，调整不同频段正弦信号的衔接方式，使测量结果更加准确。

作者：周静雷张龙单位：西安工程大学电子信息学院