聲譜分析

研究表明，振動系統的結構特點、振動方式和聲譜的形態之間存在著明顯的對應關係，如周期性振動的聲譜為線譜，它可以分解成許多個與基頻成整倍數關係的簡諧振動；撞擊引起的阻尼振動的聲譜則為連續譜；樂器發出的聲音的頻譜不僅反映曲調，而且反映樂器的品種；語言的聲譜對經過訓練的人或具備記憶、對比和按邏輯條件作出判斷功能的機器來說，都是“可讀的”，根據聲譜可以辨意和識別說話人。

聲和振動信號都是由各種頻率成分組成的。表徵聲和振動信號的主要參數是強度和頻率成分。頻率成分不同的聲和振動信號，即使強度差不多，對它們的感覺和識別，或它們所產生的干擾和破壞作用，卻是不同的。因而聲譜分析在現實生活中有重要作用：可有效地降低雜訊污染，只有在了解了雜訊源頻率特性后，才可能採取針對性控制措施；人機對話語言自動翻譯機的研製，其語言識別和語言合成部分都離不開關於語言聲譜的知識；對敵方潛艇的偵察，方法之一是將其雜訊譜與存儲的樣本譜作比較識別；還有如聲致振動的研究等。

聲譜測量時先把聲或振動信號轉換成電信號，經濾波器濾波，測量濾波后的電信號幅度，然後換個濾波器再做，得到一系列濾波器中心頻率與信號幅度的關係，連成曲線就是聲譜（頻譜）曲線。早期的濾波器是電阻、電感和電容組成的無源濾波器，後來有了有源濾波器和數字濾波器。聲譜分析的關鍵是濾波器帶寬。最常用的濾波器是1/3倍頻程和倍頻程濾波器。用它們測得的曲線分別稱1/3倍頻程和倍頻程聲譜曲線。數字濾波器的頻率分辨度可做到1赫。

進行聲譜分析應注意的問題：一是聲或振動信號在時間上大多為隨機起伏過程，需進行多次測量才能得到確定的聲譜；二是測量時要避免其他雜訊的干擾，因此測量必須在特定的環境（如消聲室）進行。

①選定適當的分析期間。實際生活中的聲或振動現象除了可由確定性的參量制約，因而可以用任何一次觀測對其作準確的定量描述的確定性過程外，還有因生產、傳播和接收系統的參量有偶然性起伏，只能根據大量採樣用統計語言描述的隨機過程。對隨機過程的觀察要用較長的觀察分析時間或者要進行多次觀察以便用經過積累及平均使穩定的必然性因果關係的比重增加，保存下來而偶然性的影響由於存在相互抵消的可能性而最終大為減小。②用方便的方法判定所考察過程的屬性。人們對所考察的過程的屬性往往存在疑問，經常出現檢驗兩個過程相似性的要求。為此人們很自然地想到移動時間軸使兩個時間函數儘可能地重合的辦法和從相應的頻譜數據在頻率取樣點一致情況下看看它們的振幅或能量分佈是否存在差異和差距大小的辦法。相關函數判斷準則的出現和應用，是從時間域觀點進行檢驗的必然結果，而在計算兩幀頻譜差異的時候，必然要形成和應用互譜，作為相似性判斷準則。

聲譜分析在現代人的生活中發揮著重大作用：對雜訊污染的控制可通過聲譜分析，了解雜訊源特點後有效地採取針對性消聲和減振措施；工業生產中機械的安裝、調整和運轉可藉助聲譜分析進行監察。聲譜分析在樂器製作工藝的科學檢驗、通信和廣播設備的有效利用方面都有廣泛的應用。譬如說，為了使電話能夠在通頻帶寬只有大約100Hz的連接美歐兩洲的海底電纜中傳輸而發展起來的，自20世紀60年代以來，在軍事通信部門廣泛應用的通道式聲碼器的使用，就需要不斷地傳送通話的聲譜數據；正處於積極研製過程中的人機對話語言自動翻譯機，其語言識別和語言合成（見語言聲學）部分更是離不開聲譜分析手段和對語言聲譜知識的了解；在人身保健方面、心音、腸鳴等過去全憑醫生聽覺感受和經驗來診斷的生理－物理現象，隨著聲譜分析技術的普及也開始利用其幫助診斷。