audition概论.docx

1、audition 概论概论 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、Adobe Audition 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.Adobe Audition 与 Cool Edit 现在说 Adobe Audition 可能了解的人不多。但要说起 Cool Edit，只怕知道的不是少数，而且许多人接触过这个由 Syntrillium Software公司出品的著名的音乐编辑软件。事实上无线电在 2002

2、年就介绍过 Cool Edit 2000。Adobe Audition 1.0 其实就是由 Cool Edit Pro 2.1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 Cool Edit Pro 2.1 才发布不久。以前对 Cool Edit 2000的介绍太片面，很多实用的强大功能没有认识到。事实上Cool Edit 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96 kHz 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

3、确处理的）。特别是 Cool Edit 2000 之后的 Cool Edit Pro 2.0、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。Adobe Audition 1.0 完全继承了 Cool Edit Pro 2.1的特征，而拥有正版 Cool Edit Pro 2.0、2.1的用户可以免费升级到 Adobe Audition 1.0。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 http:/ 公司网站去

4、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http:/ 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“Multitrack View”，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“Switch to Edit View”（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“Sample Rate”（取样频率）、“Channels”（声道数）和“Re

5、solution”（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 44.1 KHz 的取样频率。而如果你有高档声卡，可以一直取到 192 KHz 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 44.1 KHz 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

6、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“Base Frequency”（基本频率）栏目添入 1000，将“Lock to these settings only”（固定设置）选中，在“General Flavor”（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，“dB Volume”（音量，波形幅度）栏设置成-6 dB（半满幅），其余项目选择默认即可。生成的波形如图 4所

7、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-Save as”（文件-保存为）命令，将按照跟其它标准的 W

8、indows 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：“Base Frequency”（基频，载波频率）、“Modulate By”（调制带宽，调制范围）、“Modulation Frequency”（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。“Modulate By”（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“Modulation Frequency”（调制频率）才是真正用来调制基频的调制频率。例如，基频选

9、1000 Hz，调制范围选 100 Hz，调制频率选 50 Hz，将产生在 900 Hz 至 1100 Hz 间以 50 Hz 步长被 50 Hz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 1000 Hz，调制范围选 500 Hz，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（

10、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 Adobe Audition 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“GenerateTones”，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

11、的调制波形。例如基频设定 1000 Hz，调制范围选 100 Hz，调制频率选 100Hz，音量设置选-9 dB，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 100 Hz（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

12、今，用 Adobe Audition 产生扫频易如反掌！产生正弦波时将“Lock to these settings only”解除选定，将变为图 6所示的界面。在这里你可以设定“Initial Settings”（开试设置）和“Final Settings”（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“Log Sweep”（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 20 Hz，结束频率设为 20KHz，产生一段

13、 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“General Flavor”（波形类型）栏目有四个点选项目，即“Sine-Triangle/Sawtooth-Square-Inv Sine”（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“Flavor Characteristic1”（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%

14、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“Frequency Components”（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 220 Hz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

15、四组件 7 倍基频 39%幅度组成，然后经 1.5 Hz 调制频率在 2 Hz 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 Adobe Audition 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

16、正弦波形时，“Flavor Characteristic1”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“Start Phase”（开始相位，指左声道）、“Phase Difference”（相位差）和“Change Rate”（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）、“DTMF Signals”（双音多频信号）和“Noise”噪

17、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

18、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“Spatial Stereo”（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“Independent Channels”（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 1

19、2、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。频谱分析仪 频谱分析仪是研究信号频谱特征的仪器，在电子技术一日千里的今天，是研究、开发、调试维修中的有力武器。现代频谱分析仪都趋向于智能化，虚拟仪器技术广泛应用，有些就是以专用的计算机系统为核心设计的。其结果是结构大大简化、性能飞速提高。当然专业的频谱分析仪就比示波器更加昂贵了，业余爱好者更难用上。不过不必灰心，我们可以充分利用 Adobe Audition 的频谱分析功能，让你拥有精确频谱分析仪的美梦成真！1.频谱显示模式 Adobe Audition 本身有一种“频谱显示”模式。先打开一段波形，或用妙用

20、Adobe Audition：数字存储示波器一文介绍的方法录制一段波形，即可进行频谱分析。这里我们新建一段 20秒的对数扫频信号（本文大多选用直接建立的波形，以便了解信号原始波形的标准频谱特征），然后选择“View=Spectral View”（视图=频谱），如图 1，或点击快捷工具栏的“Toggle between Spectral and Waveform views”（切换频谱视图/波形视图）按扭，即可将波形以频谱显示的方式显示出来，如图 2。扫频的频谱显示见图3。图 1 图 2 图 3 可以看到，横轴为时间，纵轴为频率指示。每个时刻对应的波形频谱都被显示出来了，可以看到扫描速度是指数增

21、加的，即将频率轴取对数时扫描速度是线性的。如图中光标处 18秒处频谱指示约 11KHz。实际上频谱指示的颜色是代表频谱能量的高低的，颜色从深蓝到红再到黄，指示谱线电平由低到高的变化。这实际上跟地图的地形鸟瞰显示是比较相似的，看图 4频谱复杂变化的声音频谱就更容易理解这点了。图 4 2.频谱分析操作“频谱显示”模式虽然能大致显示出波形频谱分布的情况，而且能给出时间方面的特征，但是从精确分析的角度讲就难以满足要求了，这时我们就要用到 Adobe Audition的“频谱分析”功能。打开一段波形，例如上述的扫频，点选“Analyze=Show Frequency Analyze”（分析=显示频谱分析

22、）即可打开图 5 所示的频谱分析窗口。图 5 默认的窗口比较小，而且分析结果比较粗糙。选中“Linear View”（线性视图）时频率标尺是线性刻度的，这时低频段显示很少，不符合常规要求，可以取消选定，频率标尺将以对数刻度显示。左下角的选择条可以让你选择“Lines”（线条）、“Area”（区域）、“Bars”（条状）来显示频谱，一般选择线条为好，否则前面的都会盖住后面的频谱。虽然窗口没有“最大化”操作按扭，但我们将光标移到窗口右下角就会变成图示的双箭头，这时按住鼠标左键拖动，即可将窗口放大，然后点到顶端蓝条拖动即可移动窗口，这样你可以一直放大到满屏幕。（提示：许多 Windows程序都可以这

23、样操作）。将波形全部选中，可以执行“Scan”（扫描）操作（提示：不选中不能扫描！），将整段波形的总频谱显示出来。图 6就是上述扫频的总频谱曲线。图 6 点击“Advanced”（高级）按扭，即可打开几个高级设置选项，如图 7。图 7 在“Reference”（参考电平）栏可以填入任意值来作为参考电平。而“FFT Size”（FFT样本数）可以设置 FFT分析的样本数值，即将每秒长度的波形分成若干份来分析。当然数值越高，频率分辨率越高，最高可以设到 65536（这时可以将 48 KHz 取样的波形精确到 0.732 Hz 的步长来分析）。滤波类型选择窗口可以选择五种 FFT分析滤波窗口类型。不

24、同的窗口具有不同的特性，可以参考软件帮助文件使用，一般我们用“Blackmann-Harris”即可。点击“Copy to Clipboard”按扭可以将频谱分析数据拷贝到剪贴板。然后你可以将它粘贴到其它软件中进行处理，例如微软的 Excel 电子表格软件就可以很好地处理。不过这时我们一般不要将“FFT Size”设得太大，否则数据量庞大，处理不便。3.解读频谱分析结果 你是否对上述扫频频谱分析结果感到迷惑不解？明明我们产生扫频时设定的波形幅度是恒定的，为什么分析结果却成了随频率增加而衰减？要揭开这个迷团，必须对 FFT频谱分析的实质有深入的了解。与传统的模拟频谱分析仪不同，计算机 FFT频谱

25、分析是基于“能量累积”的计算而得到的，由标准的 FFT计算公式就可以看到它是一个相对于时间的积分公式。对于对数扫频这样频率成分比例随时间变化的信号，后期分析是针对整段波形的，其结果就是谱线幅度由该频率波形所占时间比例来决定，因此产生上述的结果。如果扫频是线性扫描的，结果自然就是一条水平直线。这是 Adobe Audition 的后期分析特点。其优点是对硬件要求低而可以慢慢分析，得出精确的分析结果。如果用实时分析，精确分析对硬件速度要求是比较高的。我们应该用“能量”的观点来解读分析结果。即频谱曲线指示出一段信号中各频点的能量分布情况。对此我们要有清醒的认识，否则会做出错误的判断，得到错误的结论。

26、特别的对于音乐信号，高频段所占能量比例一般不大，却可能出现幅度相当大的尖峰。如果是实时分析模式（即“频谱显示”模式的样子，可惜精确分析时不具备该功能，要得到精确的实时分析结果，还需要用到本系列软件的下一个更专业的软件），对数扫频与线性扫频结果就是一样的，只不过扫描速度有差别而已，跟模拟频谱仪的等带宽滤波分析一样。如果各信号成分是同时给出的，并且是均匀分布的，例如粉红噪声、白噪声、复合音、调频信号，实时分析与后期分析的结果就一样了。4.频谱分析示例 了解了软件的操作技巧和分析特征，有助于充分了解实践中的分析结果。现在就让我们来做几个常见波形的频谱分析实验。图 8是 100Hz 三角波的频谱。奇数

27、倍的谐波幅度以-12dB/oct（每倍频程-12dB）的斜率衰减。图 8 图 9是 100Hz 方波的频谱。奇数倍的谐波幅度以-6dB/oct（每倍频程-6dB）的斜率衰减。图 9 图 10为粉红噪声频谱。频率成分是连续的，以-3dB/oct（每倍频程-3dB）的斜率衰减。图 10 再看看调制波形的频谱。用妙用 Adobe Audition：万能信号发生器一文中介绍的方法生成基频 1000Hz、调制频率和调制范围 50Hz 的调制波形，频谱特性图 11。这是一个调频/调幅波形的频谱。可以看到实际发生了基波与调制频率的二、三次谐波调制，如果调制范围选得大，谐波将增加很多，频率组件的幅度对比也会发

28、生很大变化。图 11 图 12是过零调幅波形的频谱。频谱成分很纯，只有基频加减调制频率得到的两个值。图 12 到这里我们必须澄清一个问题，即标准的调频、调幅波到底是怎样的？为什么上述生成的调频、调幅波没有给出纯粹的单频调制结果？根据电子学的相关知识，对于调频波，是不可能产生纯粹的单频调制的，只能靠缩小调制带宽的方法来尽量抑制谐波调制（调制带宽与调制频率的比值称为调制系数，模拟调频广播实用中远小于 1），但结果是调制频率与载波频率的幅度比大幅缩小，效率降低。图 13 就是将上述波形的调制范围缩小到 5Hz 时的频谱。谐波调制成分少了，但信号/载波的比率已经降低到-24dB以下。图 13 实际应用

29、中，不可能为了抑制谐波调制而无限制地缩小调制范围，因为那样必然造成信噪比的急剧下降，结果反而更坏。因此必然是权衡、妥协和优选而得到一个折衷的方案。你肯定对调频广播中特有的“沙沙”噪音印象深刻吧，这很大部分就是由于存在高次谐波失真而造成的。但是对于调幅波，理论指出确实是可以产生纯粹的单频调制的。这说明我们以前产生调幅波的方法有问题。为此笔者认真反思，找到了正确的调幅波产生方法。在产生“过零调幅波”时，将第二次的调制频率设定“DC Offset”（直流偏置）为 50%至 100%，然后执行“调制”选项，将得到纯粹的调幅波。如图14，波形看起来跟以前的方法产生的差不多。图 14 但是频谱却有区别，见

30、图 15，只有基频和基频加减调制频率得到的两个频率成分。这才是真正的标准调幅波。（这时也就将软件选项命令的涵义澄清了：“Overlap(mix)”就是“重叠混合”，不具备调幅功能，虽然用调频波混合的方法可以产生不严格的调幅波；而“Modulate”才是真正的调幅命令。）图 15 图 16是复合音的频谱。这时实际上根本没有发生调制，只不过是简单的混合。这也正是测试互调失真时用复合音信号的原因所在，本身不存在调制，才能更好地测量调制产生的失真。图 16 再看看脉冲频谱。图 17是一个宽度为 20微秒的单脉冲波形。极限放大到单取样点显示。图 17 它的频谱曲线是连续的，平直地延伸到 40KHz 以上

31、，如图 18。这就是声学测量中用短脉冲测试频响的根据。而且它有一个非常大的优点：可以用一个时间窗口来滤除反射波，在普通环境中得到类似于消声室的结果。图 18 5.频谱对比分析 如果我们想对比两个或几个波形的频谱特征，该怎么办呢？不必发愁，Adobe Audition为你考虑得很周到！看到频谱分析窗口右上角的“Hold”字样和“1、2、3、4”四个按扭了吧，它们就是为你锁定谱线对比显示而设计的！打开一段波形例如上述的扫频信号，打开频谱分析窗口，点击波形窗口的一点，频谱分析窗口马上显示出该点频谱分析的结果。点击任一个“Hold”键，频谱曲线将以该键对应的颜色锁定。点击波形另一点，得到另一个频谱曲线

32、，再点击另一个“Hold”键，将其锁定这样将四个频谱曲线锁定后，还能够显示另一条“活”的频谱曲线。图 19是任意选定上述扫频波形中四点频谱曲线锁定后并显示另一条频谱曲线的情况。图 19 另外一种操作方法是锁定一条频谱曲线，然后打开另外一个波形来进行频谱分析，频谱曲线将在同一窗口对比显示，这样你就可以进行多达五个频谱 叩亩员妊芯苛恕蚩 喔霾味 艺 废允酒灯锥员鹊那疤崽跫 牵核 堑娜 德时匦胂嗤 裨蛩淙灰材芄凰 灯浊 撸 杂 钠德时瓿呓 浠 员鹊淖夹摹?0 是包含声卡本底噪声、频率响应、互调失真、总谐波失真四个频谱曲线对比的图例。图 20 6.RMAA测试信号分析 在此前 RMAA测试软件的介绍中

33、，笔者曾提到 RMAA的测试信号特征，其实就是根据 Adobe Audition 的频谱分析结果得出的结论（当然包括软件作者在帮助文件中的说明），现在就让我们一起看个究竟。将 RMAA测试信号保存为 WAV文件，用 Adobe Audition 打开，波形如图 21：图 21 第一段为校准/同步信号，为一段 1000 Hz 纯音。第二段为频响测试信号，从波形看像白噪声，其实并不是。频谱分析结果如图 22：图 22 可以看到频谱是不连续的，各频率间幅度关系也不平衡，这是为了接近实际的音乐平均频谱而专门设计的。正因为如此，RMAA的频响分析才需要用录制信号的频谱与原始频谱比较而得出频响曲线。而如果用标准的白噪声信号测试，只需直接显示录制信号的频谱，因为白噪声信号的频谱本身是一条水平直线，比较不比较没有什么差别。第三段为静音，用来测试本底噪声。第四段为-60dB的 1000 Hz 纯音信号，用来