基于MSP430F1611單片機的音頻信號分析
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3．2．2 窗函數(shù)的選擇
不同的窗函數(shù)對信號會產(chǎn)生不同的作用，旁瓣幅度比較小的窗函數(shù)有利于減小頻譜泄漏，對信號頻譜幅值的測量較為準(zhǔn)確，但這種窗函數(shù)的主瓣寬度較大，會使分析出來的譜線向兩邊擴散得比較多，導(dǎo)致測量單頻，多頻信號頻率的準(zhǔn)確度下降，如blackman窗，F(xiàn)lattop窗等。而旁瓣幅度衰減較弱的窗函數(shù)主瓣寬度較窄，這樣有利于對頻率準(zhǔn)確度的測量，如矩形窗，也有兼顧兩者的如banning窗，bumming窗等。所以頻率與幅度的測量準(zhǔn)確性是矛盾的。本系統(tǒng)利用matlab仿真初步估計應(yīng)選用的窗函數(shù)，所分析的信號為單頻率函數(shù)
將此信號加上各窗函數(shù)后的matlab仿真結(jié)果如下：圖7為加blackman窗后的頻率譜線，圖8為加hanning窗后的頻率譜線。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/172826.htm
根據(jù)上圖可以看出1 000 Hz和1 005 Hz的頻譜被分成了幾根幅值比較高的譜線，這是由于泄漏效應(yīng)與柵欄效應(yīng)所造成的，當(dāng)加banning窗時，信號頻率剛好是FFT頻率分辨率fs／N=10 Hz的整數(shù)倍時，信號譜線分成了7根幅值比較高的譜線。當(dāng)加blackman窗時，譜線分成了將近20根幅值較高的譜線。但在實際情況下，當(dāng)加hanning窗時，中心譜線處分成了3或4根幅值比較大的譜線，比仿真結(jié)果要好些，但加blaekman窗譜線分布得比仿真結(jié)果更廣，但計算出來的幅度值會比banning窗的精度稍微高些，為了提高音頻分析儀的頻率分辨力，應(yīng)盡量使相鄰的譜線不相互重疊，這樣才能計算各個頻率信號的功率和提高頻率分辨力，經(jīng)過綜合考慮，本系統(tǒng)選擇加hanning窗。
4 測試方法與測試結(jié)果
4．1 測試環(huán)境及測試儀器
對該音頻信號分析儀在30℃室溫下進行測試，測試儀器如下：南京盛普40 M函數(shù)發(fā)生器2臺，泰克60 M數(shù)字示波器1臺，晶體管毫伏表DA-16，失真度測試儀ZC4128。
4．2 信號功率譜的測量
使用兩臺函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生兩路信號進行疊加后測試，A，B兩路輸入電壓為VppA=2．000 V(0．04 W)，頻率為1 kHz，VppB=3.000V(0．09 W)，頻率為1 kHz。表1為測試的結(jié)果，可知單信號功率譜測量誤差在0．2％之內(nèi)，而總功率測量誤差也在0．2％左右。
4．3 信號頻率分辨率及周期性的測量
通過函數(shù)發(fā)生器輸入一般的周期信號，輸入50 Hz的正弦波，以及1 000 Hz的方波，三角波，鋸齒的周期波和非周期噪聲信號，表2為測試結(jié)果，可見對一般的信號的周期性判斷很準(zhǔn)確，頻率測試誤差在1％以內(nèi)。
4．4 信號失真度的測量
用函數(shù)發(fā)生器分別產(chǎn)生1 000 Hz、100 Hz、20 Hz的三角波以及1 000 Hz、100 Hz、20 Hz的方波，并將各信號分成兩路，一路送失真度測試儀，一路送音頻信號分析儀，通過對比所得結(jié)果來判斷測試的精度。表3為測試結(jié)果，可見由于1 k左右的的諧波分量較高，抗混疊濾波器將高次諧波的能量濾除，故會使失真度偏差較大，當(dāng)信號的頻率降低時，失真度會測量得比較準(zhǔn)確。
5 結(jié)束語
本系統(tǒng)利用快速傅里葉變換(FFT)的算法，綜合外圍采樣電路，利用兩塊MSP430F1611單片機對信號進行處理，并借助了matlab工具進行預(yù)估計和判斷，有效地減小了軟件設(shè)計的盲目性。并通過加緩沖電路減小了前后級電路的相互影響，使音頻信號分析儀的精度得到了有效地提高。
在測試較高頻率信號的失真度時，如果能適當(dāng)提高抗混疊濾波器的低通截止頻率，那么失真度的準(zhǔn)確率會顯著的提高。此設(shè)計成本低廉，體積小，外圍電路簡單，具有廣泛的市場空間。
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