音频虚拟仪器软件系列AdobeAudition.docx
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音频虚拟仪器软件系列AdobeAudition
音频虚拟仪器软件系列-AdobeAudition
信号发生器是电子爱好者常用的工具，然而一般传统的信号发生器都难以产生特别精确的简谐波形（倒是方波、三角波容易些），复杂的函数就更不要说了，需要花费巨额资金去实现。
现在好了，利用现代计算机强大的计算能力、AdobeAudition软件的灵活设计和声卡的精确输出，任意的音频信号都不在话下！
1.AdobeAudition与CoolEdit
现在说AdobeAudition可能了解的人不多。
但要说起CoolEdit，只怕知道的不是少数，而且许多人接触过这个由SyntrilliumSoftware公司出品的著名的音乐编辑软件。
事实上《无线电》在2002年就介绍过CoolEdit2000。
AdobeAudition1.0其实就是由CoolEditPro2.1换名变化而来的，因为2003年中期Adobe公司将Syntrillium公司全部产品都收购了，用于充实其阵容强大的视频处理软件系列，其时CoolEditPro2.1才发布不久。
以前对CoolEdit2000的介绍太片面，很多实用的强大功能没有认识到。
事实上CoolEdit系列软件作为音频虚拟仪器的功能都是非常强大而全面的，都能够提供高达96kHz的波形发生、图示分析分析功能（只不过一般多媒体声卡不能处理超声信号，但高级专业声卡是可以精确处理的）。
特别是CoolEdit2000之后的CoolEditPro2.0、2.1版本，做出了许多卓有成效的改进，与我们作为虚拟仪器的使用有关的则是在波形生成和频谱分析方面有了很大进步，使得波形分析和数据处理变得十分容易，而在CoolEdit2000中则有很多局限。
AdobeAudition1.0完全继承了CoolEditPro2.1的特征，而拥有正版CoolEditPro2.0、2.1的用户可以免费升级到AdobeAudition1.0。
如果想试用，Adobe公司提供试用版本，全部功能开通，试用期30天。
大家可以到公司网站去下载。
不过官方网站的下载过程有点复杂，我们为大家寻找到了一个可以快速下载的通道——
2.生成简谐波形
软件安装后打开，首先显示试用期限画面，点击“Try”按钮，就可以开始试用了。
首次启动的默认界面如图1所示。
图1
这是“MultitrackView”，即多轨混排界面，一般用于音乐编排，于我们用处不大。
可以点击工具栏最左边的“SwitchtoEditView”（切换到编辑界面），即可变成图2所示的编辑处理界面。
图2
快来试试怎么用！
在这里点击“新建波形”按钮，就会弹出图中上浮的对话框，要求你选择“SampleRate”（取样频率）、“Channels”（声道数）和“Resolution”（分辨率）。
对于电脑多媒体声卡，一般用48KHz的取样频率、双声道、16bit分辨率。
如果要符合CD标准，则可选取44.1KHz的取样频率。
而如果你有高档声卡，可以一直取到192KHz取样频率，32bit分辨率。
生成波形的最高频率与取样频率直接相关。
根据奈奎斯特（Nyquist）取样原理，模拟波形的最高频率为取样频率的1/2。
但实际上在接近1/2取样频率时软件生成的波形本身就很不正常了，因此CD标准用44.1KHz的取样频率来生成最高20KHz的信号就可以理解了。
有人采用低的取样频率而抱怨最高频率有限，或虽然采用高的取样频率却希望精确输出1/2取样频率的波形，那都是不理智的。
选定参数后点击菜单栏的“Generate-〉Tones”（生成-〉波形）按钮，即弹出图3所示的对话框，要求输入波形参数。
我们先产生一个最常用的信号，即1KHz正弦波。
在“BaseFrequency”（基本频率）栏目添入1000，将“Locktothesesettingsonly”（固定设置）选中，在“GeneralFlavor”（波形类型）栏目选择“Sine”（正弦波），“Duration”（长度）栏目添入波形长度10秒，“dBVolume”（音量，波形幅度）栏设置成-6dB（半满幅），其余项目选择默认即可。
生成的波形如图4所示。
图3
图4
窗口左下角有两个工具栏，分别是“录放工具”和“缩放工具”，都用图标表示，而且有提示，可以进行灵活自如的操作，非常容易使用，这里就不详述了。
值得一提的是波形窗口的拖动缩放功能，将光标移到其底部的时间标尺上按下鼠标右键拖动，光标即变成一个放大镜标志，拖动完后放开鼠标，窗口即显示拖动过的部分。
图中显示的是正在拖动的例子。
另外如果用左键拖动，则是用“手”移动波形，将“手”移到标尺外侧，波形将自动滚动显示。
用上述方法可以方便快捷地显示希望的部分。
显示全部波形，点击“播放”键试试，怎么样，声音放出来了吧？
选择菜单栏“File-〉Saveas”（文件-〉保存为）命令，将按照跟其它标准的Windows应用程序一样的方法保存波形到文件，想必大家都会，不用详述了吧。
3.生成调频波形
调频波的产生由三个参数决定：
“BaseFrequency”（基频，载波频率）、“ModulateBy”（调制带宽，调制范围）、“ModulationFrequency”（调制频率）。
这三个参数的含义容易令人迷惑，而且帮助文件里的介绍也不容易理解，笔者费了很多工夫试验分析才弄明白，作出如上翻译，希望读者注意。
“ModulateBy”（调制带宽，调制范围）的作用是设定在基频上下的多大范围作调制，而“ModulationFrequency”（调制频率）才是真正用来调制基频的调制频率。
例如，基频选1000Hz，调制范围选100Hz，调制频率选50Hz，将产生在900Hz至1100Hz间以50Hz步长被50Hz调制的调频波（实际上带外要产生谐波调制，不过衰减较快）。
一般情况下调制范围与调制频率接近即可，虽然这样不容易看清调制的情况，但更接近实用。
如果单作为演示看，可以加大调制范围，调制频率取1/10基频。
例如基频选1000Hz，调制范围选500Hz，调制频率选100Hz，生成的波形如图5A所示，疏密相间的频率调制波形很直观。
如果调制范围选得太小，则调制幅度小，但频率成分很纯，反之调制幅度大但频率成分很杂，如果调制范围选0，则不会发生调制（所以我们在生成正弦波时不必理会调制频率）。
图5
4.生成调幅波形
用AdobeAudition产生调幅波同样很方便，不过要分两步走。
第一步，将基频设定成预期值，调制范围和调制频率设为0，产生基频；第二步，将第一步产生的基频全部选中高亮（即刚生成波形时的默认状态），点击“GenerateàTones”，在弹出的对话框中选值，基频与第一步相同，调制范围和调制频率设为预期值（二者相同将产生单频调制，调制范围小调制弱，而调制范围大时则为多频调制），再选中对话框下部中间部分的“Overlap（mix）”（重叠混合）选项，另外音量设置不能太高，否则容易发生削顶失真。
可以进行二次、三次调制，产生复杂的调制波形。
例如基频设定1000Hz，调制范围选100Hz，调制频率选100Hz，音量设置选-9dB，产生的波形如图5B所示。
另外一种调幅波产生方法将产生过零的调幅波。
在第二步基频设定100Hz（1/10基频），调制范围选0，然后选中对话框下部中间部分的“Modulate”（调制），即可产生图5C所示的调制波形。
这样产生的调幅波可以用同样的设置再执行“DeModulate”（解调）来还原。
而这时如果执行“Overlap（mix）”（混合）命令，将得到图5D所示的复合音。
5.生成扫频
音频扫频仪是测试音响系统非常需要的设备，以前我们个人很难有条件拥有高精度的扫频仪，而如今，用AdobeAudition产生扫频易如反掌！
产生正弦波时将“Locktothesesettingsonly”解除选定，将变为图6所示的界面。
在这里你可以设定“InitialSettings”（开试设置）和“FinalSettings”（结束设置）两个页面。
图6
初试设置与产生单频正弦波一样，而结束设置则增加了一个“LogSweep”（对数扫描）点选框，将其选中，即可产生扫描速度对数增加的扫频信号。
其好处是低频与高频的波形个数是一样的。
而如果不选则产生线性扫频信号，需要很长的时间才能产生低频完整波形。
我们将开始频率设为20Hz，结束频率设为20KHz，产生一段10秒的对数扫频，其前3秒的波形如图7所示。
图7
6.生成三角波、方波
在“GeneralFlavor”（波形类型）栏目有四个点选项目，即“Sine-Triangle/Sawtooth-Square-InvSine”（正弦-三角/锯齿-方波-反正弦），选择“三角/锯齿”或“方波”，即可方便地生成需要的波形。
这时窗口频率设置项下方的“FlavorCharacteristic1”（波形特征）将变成图8A、8B所示的样子，在这里你可以自由设置三角/方波的特征。
图8A为三角波设置参数。
可以填入0至100的数值来决定三角波上升时间比例。
50%为纯粹的三角波，而0%或100%则成为下降/上升的锯齿波。
图8B为方波设置参数。
可以填入0至100的数值来决定方波正值所占时间比例。
图8
7.生成复合音
复合音可以产生很多奇妙的效果，检测音频设备的互调失真也很有用。
复合音是由基频和多至四个的“FrequencyComponents”（频率组件）构成的。
事实上上述图5D所示就是复合音，由此可见复合音的产生也是有多种方法的，不过复杂的复合音还是以下方法好用。
参考图9，这是软件预设的“Bell”（钟声）的构成情况，由基频220Hz正弦波100%幅度、第一组件1.02倍基频28%幅度、第二组件0.98倍基频14%幅度、第三组件4倍基频22%幅度、第四组件7倍基频39%幅度组成，然后经1.5Hz调制频率在2Hz带宽内调频，右声道延迟15°相位构成，变化至结束时各参数均改变，请参考实际应用，此处不再详述。
图9
对我们的虚拟仪器应用来说，能够产生几个纯音复合就够用了，不必进行复杂的调制和变化，那样反而不容易分析。
我们也可以将自己编辑的复合音设置保存起来供调用。
点击“Presets”旁的“Add”键即可添加保存。
8.技巧进阶
根据上述内容，想必大家已能领略到AdobeAudition生成波形的强大威力了。
不仅如此，配合下述的技巧和以后介绍的编辑功能，你真的能产生几乎任意想要的波形，说“万能”并不很夸张。
在生成正弦/反正弦波形时，“FlavorCharacteristic1”框内可以填入任意的实数来决定波形的指数。
默认的“1”当然是基本波形了，我们甚至可以填入小数、负数来产生任意次方的波形！
“Phasing”（相位）栏可以设置波形的相位特征。
这里你可以设置“StartPhase”（开始相位，指左声道）、“PhaseDifference”（相位差）和“ChangeRate”（变化率）是指右声道相位相对于左声道的相位差和变化率。
如果设定了相位变化率，频率也会随着变化。
在“Generate”菜单栏还有三个项目，分别是“Silence”（静音）、“DTMFSignals”（双音多频信号）和“Noise”噪音。
“静音”即数字0信号，可以在波形片段间插入绝对静寂。
而“双音多频信号”即电话拨号音，你只需输入数字和字母即可得到标准的电话拨号音，甚至可以自由设计双音多频信号的特征！
图10
“噪音”也需要产生？
！
是的，这可不是随随便便的噪音，而是频谱非常精确的噪音！
如图10所示，你可以选择噪声的“Color”（颜色）为“Brown”（褐噪声）、“Pink”（粉红噪声）或“White”（白噪声）。
这是借用了光谱分析中的术语而得来的，因为它们与对应的颜色频谱规律类似。
褐噪声的频谱线幅度随频率增加而以-6dB/oct（每倍频程-6dB）的斜率衰减，而粉红噪声则为以-3dB/oct（每倍频程-3dB）的斜率衰减，白噪声则保持恒定。
这里产生的噪声频谱极宽，全部为从0至1/2取样频率，使用时要注意防止损坏被测设备。
如果希望只用音频范围，可以用以后介绍的编辑方法处理。
“Style”（类型）是针对双声道间的关系而言的。
在“SpatialStereo”（空间立体声）输入框内填入数值可以产生相关的立体声噪音，而“IndependentChannels”（独立声道）则产生互不相干的两声道，“Mono”（单声道）则两声道相同，“Inverse”则两声道间反相。
怎么样，模拟设备做不到吧？
“Intensity”（强度）用来设定噪声的总幅度。
只有粉红噪声才能设到最高值40，白噪声和褐噪声必须分别限制在12、18以下，否则会发生削顶失真。
还有一些项目未能尽述，大家可以参考帮助文件自行探索。
示波器是了解信号特征非常有用的仪器，是几乎与万用表一样通用的基本测量设备。
然而对于业余爱好者，示波器的普及率远远比不上万用表，原因很简单：
太昂贵。
特别是数字存储示波器，一般人更是可望而不可即。
现在，我们利用电脑强大的处理能力和声卡高精度的AD/DA界面，加上AdobeAudition强大的录制和显示功能，数字存储示波器的功能即可轻易实现！
1.波形录制及存储
用AdobeAudition当作示波器时，首先我们需要指定波形输入的通道，跟使用示波器指定通道类似，不过可选的通道更多，更复杂。
打开Windows的“控制面板=>声音和多媒体=>音频=>录音=>音量”，在“录音控制”窗口中将“MicVolume”选中，即可通过麦克风端口输入信号。
接好麦克风，准备录音！
（如下图）
打开AdobeAudition程序，进入编辑处理界面。
这时“录放工具”栏只有“Record”按钮是激活的，其它按钮都变灰不可操作，波形窗口也是灰色无任何内容。
这时点击“Record”按钮即可开始波形录制及显示。
（如下图）
与新建波形一样，录音开始前会弹出对话框要求选择取样频率、声道数和分辨率。
当然也可以先新建空波形再录音。
不过一般多媒体声卡的麦克风输入都是单声道的，即使选择立体声也只有左声道有输入信号，但程序会将波形同时输入到右声道录制下来。
（如下图）
点击“OK”按钮，开始录音！
说一句“欢迎使用AdobeAudition”，然后点击“停止”按钮，录制完的声音波形便在波形窗口显示出来了。
（如下图）
2.线路录音
有朋友要说了，你这是“录音机”，不是“示波器”！
呵呵，往下看！
一般我们用示波器都是直接输入电信号，现在我们就试试！
在“录音控制”窗口中选择“LineIn”即线路输入端，即可输入电信号显示。
一定注意，如果电信号电压比较高，需要另加衰减和保护电路，否则很容易烧坏声卡！
衰减用一只合适的电位器即可，保护电路可以参考我的《用RMAA测试和设计音箱》一文。
如何调整到合适的输入电平呢？
窗口下部的电平表可以给你指示。
调节Windows的“控制面板à声音和多媒体à音频à录音à音量”，在“录音控制”窗口中调节线路输入的音量滑块，使电平表的平均值指示在-6dB至-3dB即可。
一般不要使输入音量过大，否则容易发生过载，产生削波失真。
如果不小心关闭了电平表，可以选择“ViewàShowLevelMeters”或按“Alt+7”键来打开。
（如下图）
这样我们就可以输入音频范围的任意波形来察看了。
比如我们在电子学习中最基本的内容之一，RC滤波和LC滤波，以往我们只是理论上学习和分析，没有直观的认识，现在就让我们来看看“庐山真面目”！
（如下图）
首先打开一个AdobeAudition程序作为“信号发生器”用。
还记得怎么产生复合音吧？
这里我们就试试生成60/7000Hz的复合音信号。
点击“GenerateàTones”，选中“Locktothesesettingsonly”，基频设为60Hz，第一频率组件X1，幅度100%；第二频率组件X116.666，幅度100%；总音量-6dB，长度0.5秒。
生成的波形如图所示。
（如下图）
生成立体声信号是为了用一个声道作为标准参照，更容易理解信号处理前后的特征。
点击“播放”按钮，信号将从声卡线路输出端输出。
将右声道信号接到图示的高、低通滤波器上，输出端将输出滤波后的高/低频信号，这里分别是60/7000Hz，接到声卡线路输入端即可用AdobeAudition显示出来。
（如下图）
这里有个问题，程序与录音机类似，“播放”与“录音”是不能同时操作的，那么我们如何进行录音呢？
很简单，再打开一个程序窗口作为“示波器”用就可以啦！
（大部分Windows程序都可以打开多个窗口操作，只有少数例外）。
在WIN98下会弹出一个窗口警告，“不推荐在此操作系统下打开多重Audition程序窗口，是否继续？
”别理会，点“Yes”打开就是了，不会出什么问题的。
（如下图）
先在第二窗口点击“录音”按钮，然后切换到第一窗口点击“播放”按钮，再回到第二窗口，等播放完毕点击“停止”按钮，即可看到录制完的波形。
这是低通滤波后的波形。
（如下图）
这是高通滤波后的波形。
（如下图）
3.波形显示控制
可以看到，AdobeAudition“软示波器”与真实的示波器不同之处在于难以实时显示波形细节，但实际上将波形全部录制下来再慢慢看具有更大的优越性。
而AdobeAudition的波形显示功能是极其强大和完善的，你可以一直放大到以单取样点长度的分辨率来显示，这对于模拟仪器来说是“不可能完成的任务”。
另外显示的模式也是多种多样的，十分方便于各种不同的用途。
将光标移到波形窗口的水平标尺上点击鼠标右键，弹出选择窗口。
你可以选择“DisplayTimeFormat”（时间显示模式）、“Snapping”（捕捉）、“Zooming”（缩放）三个选项。
（如下图）
在“时间显示模式”栏目可以选择多达10种显示方式，不过其中大部分是为了适应通用的音频、视频格式而设置的。
对我们作为虚拟仪器的应用，只有两种是适用的，即一般默认的“Decimal”（小数）和“Samples”（取样点）。
“小数”即以时/分/秒的格式显示，时间短时以小数值显示秒；而“取样点”显示方式是以每秒若干点的格式来显示的，点数等于波形的取样频率值。
（如下图）
“捕捉”栏可以选择选取波形时捕捉到的方式，具体应用以后结合编辑操作详述。
“缩放”栏可以选择缩放操作方式，与“缩放工具”栏的按钮作用是一样的，具体应用很容易理解，一试就会！
（如下图）
将光标移到波形窗口的垂直标尺上点击鼠标右键，弹出选择窗口。
（如下图）
你可以选择“SampleValues”（样本数值）、“NormalizedValues”（标准化值）、“Percentage”（百分值）、“Decibels”（分贝值）来显示垂直坐标，并可以自由缩放。
在水平/垂直标尺上用右键拖动选取加左键拖动移动的方法可以很快选取和移动到想要查看的部分。
放大的极限是单取样点。
（如下图）
4.方波、三角波示波
方波、三角波实际是属于脉冲类的波形，在电子电路中一般是以它们的负波峰作为0参考电位的。
但是我们用的声卡是交流设备，无法输出和输入直流信号成分，因此输出和输入方波、三角波都是以其平均值中点为参考电位的。
将声卡的“线路输出”和“线路输入”端用对录线直接相连，即可直接录制AdobeAudition产生的方波、三角波，从而可以仔细考察声卡输出和输入方波、三角波的情况。
这是100Hz方波用创新Vibra128录制的波形。
稍有变样。
（如下图）
这是100Hz三角用创新Vibra128录制的波形。
基本上没变样。
（如下图）
再看看低频信号。
5Hz方波录制显示的情况。
（如下图）
5Hz三角波录制显示的情况。
（如下图）
咦，怎么波形完全变样了？
对，这就是由于声卡的输出/输入带宽有限所致。
在《用RMAA测试和选择声卡》中我们可以看到，创新Vibra128的频率响应曲线低频端从30Hz就开始衰减，到20Hz处衰减斜率已经相当大了，不能正确反映5Hz的波形也就理所当然了。
所以我们在使用中一定要对声卡的性能指标了如指掌，方能做到合理运用，正确分析。
一般多媒体声卡的输入波形带宽都应该限制在20Hz至20KHz间，才能得到正确的波形显示。
不过有些例外，例如CMI8738的频率响应就非常好，从接近0Hz一直到22KHz频响曲线几乎是一条直线（可惜其它指标不太理想，否则就可以媲美高档的专业声卡了）。
用这样的声卡显示低频信号正合适。
这是CMI8738声卡5Hz方波录制显示的情况。
三角波就省略了吧，看起来跟原始波形没什么差别。
（如下图）
5.单脉冲及脉冲响应示波
理想的单脉冲是没有时间长度的，也就是说它的幅度在趋向于0的时间内即可达到额定值然后立即降为0。
实际上这样的信号当然是不存在的。
实用的单脉冲一般是很窄的方波、三角波的半周波形。
脉冲信号是一类特殊的信号，其产生、录制、分析都有一定的要求，否则容易得出错误的结果，培养出错误的观念，这点必须注意。
脉冲产生电路有很多，像555集成电路就可以方便地产生单脉冲、连续脉冲。
用手直接碰接电源的方法不科学也不准确。
这里用一个简单的机电式电路来产生单脉冲。
如图所示，先将电容C接入12V电源充电，然后接入继电器电路，使继电器短暂吸合再断开，电路输出端便输出一个脉冲。
（如下图）
这个脉冲的特点是电压低，内阻低，驱动力强，不过不容易做到时间短。
将此脉冲直接录制下来可以看到其宽度约50毫秒，由图中可以看出，脉冲从O点开始，达到峰值A点后，声卡输入电容充电电流开始减小，波形幅值开始回落，到B点脉冲结束，电容开始放电，形成一个负峰值C，放电以较缓慢的速度结束，到光标处D点基本回0。
进一步的实验研究表明负峰值的幅度与AB点间的差值相等，X轴上下部分的包络面积相等，即总的波形没有直流分量，脉冲越窄，负峰值反应越小。
（如下图）
再看一个由电容放电产生的脉冲波形。
将一个100微法的电容充电至1.2伏，然后接入正在录音的声卡输入端，得到如图所示的波形。
可以看到，脉冲没有明确的结束点（实际上是一个宽三角波），声卡输入电容放电的开始也没有形成反峰值，这是由于外接电容吸收了放电峰值所致，由此可见输入电阻大时用大电容产生脉冲是不可取的。
（如下图）
清楚了纯脉冲录制波形的特性，有助于正确认识和分析脉冲反应波形的特征。
如图所示，这是一只8英寸口径扬声器接受上述方波脉冲冲击的电反应波形记录。
注意应该选择大口径低频扬声器，否则其后沿振荡反应不明显，容易产生误解。
由上述波形我们可以分析出扬声器的脉冲反应特性是调制在纯脉冲录制波形上的振荡波形。
（如下图）
一个特例是接入扬声器后由于输入端电阻很小，可以用一只较小的电容充电作为脉冲源使用，将产生很窄的脉冲，得到近于真实的扬声器脉冲反应曲线，如图所示是用100微法的电容充电至1.2伏冲击上述扬声器的结果。
（如下图）
上述扬声器脉冲反应的后沿开始都有一条很陡很窄的负峰值线，这是扬声器音圈电感产生的感应脉冲。
如果用大电容作为脉冲源使用，而且扬声器口径太小，几乎无后沿反应，则容易将声卡输入电容放电波形误认为是扬声器的后沿反应，这是不正确的。
（如下图）
所有的上述实验现象都可以归结到一个理论问题：
电路的时间常数。
大家可以参考有关的电子学教材和书籍，这里就不再详述了。
6.直流示波
AdobeAudition是可以产生和记录直流信号的。
不过需要一些技巧。
直流信号可以用产生方波的方法做出来。
在产生方波时，将基频设定为很小的值（AdobeAudition基频数值
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