音頻的測(cè)量方法

發(fā)布時(shí)間:2024-04-21
1、示波法測(cè)量頻率
(1)測(cè)周期確定頻率
可用測(cè)周期的方法,先測(cè)得信號(hào)的周期,再由信號(hào)的頻率與周期是倒數(shù)關(guān)系,求倒數(shù)得到信號(hào)的頻率。這種測(cè)量方法雖然精度不太高,但很方便,常用作頻率的粗略測(cè)量。
(2)lissajous圖形法
1)被測(cè)頻率fy的電壓加到y(tǒng)軸通道上,而把標(biāo)準(zhǔn)頻率fx的電壓加到x軸通道上,熒光屏上顯示的圖形稱為lissajous圖形。
2)lissajous圖形的形狀與輸入的兩個(gè)正弦信號(hào)的頻率和相位差有關(guān),因此可以通過(guò)對(duì)圖形的分析來(lái)確定信號(hào)的頻率及相位差(lissajous圖形法測(cè)相位差)。
lissajous圖形,如圖1所示:
圖1 lissajous圖形
確定m、n的數(shù)值:
lissajous圖形應(yīng)與x軸有2m個(gè)交點(diǎn),與y軸有2n個(gè)交點(diǎn),所以只要從顯示的lissajous圖形上數(shù)出這些交點(diǎn),就可確定m、n的數(shù)值。
在lissajous圖形上分別作兩條不通過(guò)圖形本身的交點(diǎn),也不與圖形相切的水平線和垂直線,數(shù)出圖形與水平線的交點(diǎn)即為2m,與垂直線的交點(diǎn)為2n。
lissajous圖形法一般適用于被測(cè)頻率和標(biāo)準(zhǔn)頻率十分穩(wěn)定的低頻信號(hào)(音頻到幾兆赫范圍),而且一般要求兩頻率比最大不超過(guò)10倍,否則圖形過(guò)于復(fù)雜而難以測(cè)準(zhǔn)。
如果fy與fx不成比例關(guān)系,則熒光屏上顯示的圖形是不穩(wěn)定的或旋轉(zhuǎn)變化的,這時(shí)還應(yīng)該繼續(xù)調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)源,直到圖形穩(wěn)定。只有當(dāng)fy:fx=m:n(m,n為整數(shù))時(shí),熒光屏上才能顯示穩(wěn)定的圖形。由于標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源的頻率是已知的,只要能確定比值m:n,就可算出被測(cè)信號(hào)頻率。
不同頻率比和不同相位差的lissajous圖形,如圖2所示:
圖2 不同頻率比和不同相位差的lissajous圖形
2、計(jì)數(shù)法測(cè)量頻率
(1)原理
計(jì)數(shù)法測(cè)量頻率,如圖3所示:
圖3 計(jì)數(shù)法測(cè)量頻率
(2)量化誤差(±1誤差)
1)產(chǎn)生原因
在計(jì)數(shù)時(shí),如果主門的開啟信號(hào)與被測(cè)信號(hào)之間沒有同步鎖定關(guān)系,同一被測(cè)信號(hào)在相同的主門開啟時(shí)間內(nèi)兩次測(cè)量所記錄的脈沖數(shù)n可能不一樣。
±1誤差示義圖,如圖4所示:
圖4 ±1誤差示義圖
2)量化誤差
量值最大計(jì)算誤差δn=±1,它稱為量化誤差或±1誤差。最大計(jì)數(shù)相對(duì)誤差的形式為
當(dāng)主門控制信號(hào)ts的誤差不能忽略,總誤差可采用分項(xiàng)誤差絕對(duì)值合成得到
式中:δfs/fs——標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差,是晶振頻率的準(zhǔn)確度
3、拍頻法
(1)拍頻法
是將被測(cè)頻率與標(biāo)準(zhǔn)頻率相比較。被測(cè)頻率fx的信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)頻率fs的信號(hào)同時(shí)加到一個(gè)線性元件——耳機(jī)上。
(2)如果改變頻率fs使之非常接近頻率fx時(shí)(例如兩頻率之間相差5hz左右),就分不出兩個(gè)信號(hào)頻率(音調(diào))上的差別了,此時(shí)視為零拍。這時(shí)只聽到一介于兩個(gè)音調(diào)之間的音調(diào),同時(shí),聲音的響度(振幅)隨時(shí)間作周期性變化。這種現(xiàn)象在聲學(xué)上稱為拍。聲音的響度變化頻率正好就是兩頻率之差|fx-fs|。當(dāng)兩頻率完全相等時(shí),合成波的幅度就不變化了。
拍頻法測(cè)量音頻的方框圖,如圖5所示:
圖5 拍頻法測(cè)量音頻的方框圖
(3)數(shù)學(xué)推導(dǎo)
4、電橋法
(1)電橋法只用來(lái)測(cè)量音頻頻率。(高頻時(shí)寄生電感和電容對(duì)電橋的調(diào)節(jié)有很大的影響)
(2)根據(jù)電路原理的知識(shí),我們知道,如果把一電壓加到電橋的一個(gè)對(duì)角線上,通過(guò)調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)的元件就可以使電橋的另一對(duì)角線上的電壓為零,即電橋達(dá)到了平衡。如果電橋平衡的條件(橋臂上存在電感和電容元件)與所加電壓的頻率有關(guān),則該電橋就可以用于測(cè)量頻率。常用的電橋法有諧振電橋、電容電橋和雙t電橋。
1)諧振電橋
首先,適當(dāng)選取可變電阻r1的值,然后調(diào)節(jié)電感和電容使回路對(duì)所加電壓的頻率諧振,這樣回路的阻抗才是純電阻,才能測(cè)出被測(cè)頻率。該方法缺點(diǎn)是改變被測(cè)頻率fx時(shí),每次不僅要把回路調(diào)節(jié)到諧振,同時(shí)還要調(diào)節(jié)電阻r1,并且測(cè)量低頻時(shí)回路較笨重。
諧振電橋電路,如圖6所示:
圖6 諧振電橋電路
2)電容電橋
a、可以用電阻或電容來(lái)改變電橋的頻率。
b、在被測(cè)頻率的電壓中有諧波時(shí),就很難使電橋達(dá)到平衡。因?yàn)?,電橋?qū)ㄆ胶饬?,?duì)諧波則不平衡。這種電橋僅適用于10khz以下的音頻范圍。
電容電橋電路,如圖7所示:
圖7 電容電橋電路
c 、數(shù)學(xué)推導(dǎo)
3)雙t電橋
被測(cè)頻率的信號(hào)源與指示器具有共同的接地點(diǎn)通過(guò)改變電阻r1和r2,來(lái)平滑調(diào)節(jié)頻率。測(cè)量頻率的誤差一般為0.5~1%。
雙t電橋電路,如圖8所示:
圖8雙t電橋電路
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