音频的测量方法

音频的测量方法
１、示波法测量频率
（1）测周期确定频率
可用测周期的方法，先测得信号的周期，再由信号的频率与周期是倒数关系，求倒数得到信号的频率。

这种测量方法虽然精度不太高，但很方便，常用作频率的粗略测量。

（2）Lissajous图形法
1）被测频率f
y 的电压加到Y轴通道上，而把标准频率f
x
的电压加到X轴通道上，
荧光屏上显示的图形称为Lissajous图形。

2）Lissajous图形的形状与输入的两个正弦信号的频率和相位差有关，因此可以通过对图形的分析来确定信号的频率及相位差(Lissajous图形法测相位差)。

Lissajous图形，如图1所示：
图1 Lissajous图形
确定m、n的数值：
Lissajous图形应与X轴有2m个交点，与Y轴有2n个交点，所以只要从显示的Lissajous图形上数出这些交点，就可确定m、n的数值。

在Lissajous图形上分别作两条不通过图形本身的交点，也不与图形相切的水平线和垂直线，数出图形与水平线的交点即为2m，与垂直线的交点为2n。

Lissajous图形法一般适用于被测频率和标准频率十分稳定的低频信号(音频到几兆赫范围)，而且一般要求两频率比最大不超过10倍，否则图形过于复杂而难以测准。

如果fy与fx不成比例关系，则荧光屏上显示的图形是不稳定的或旋转变化的，
这时还应该继续调节标准频率信号源，直到图形稳定。

只有当f
y ：f
x
＝m：n(m，
n为整数)时，荧光屏上才能显示稳定的图形。

由于标准信号源的频率是已知的，只要能确定比值m：n，就可算出被测信号频率。

不同频率比和不同相位差的Lissajous图形，如图2所示：
图2 不同频率比和不同相位差的Lissajous图形
２、计数法测量频率
（1）原理
计数法测量频率，如图3所示：
图3 计数法测量频率
（2）量化误差(±1误差)
1）产生原因
在计数时，如果主门的开启信号与被测信号之间没有同步锁定关系，同一被测信号在相同的主门开启时间内两次测量所记录的脉冲数N可能不一样。

±1误差示义图，如图4所示：
图4 ±1误差示义图
2）量化误差
量值最大计算误差ΔN=±1，它称为量化误差或±1误差。

最大计数相对误差的形式为
当主门控制信号Ts的误差不能忽略，总误差可采用分项误差绝对值合成得到
式中：Δf
s /f
s
——标准频率误差，是晶振频率的准确度
３、拍频法
（1）拍频法
是将被测频率与标准频率相比较。

被测频率fX的信号与标准频率fS的信号同时加到一个线性元件——耳机上。

（2）如果改变频率f
S 使之非常接近频率f
X
时(例如两频率之间相差5Hz左右)，
就分不出两个信号频率(音调)上的差别了，此时视为零拍。

这时只听到一介于两个音调之间的音调，同时，声音的响度(振幅)随时间作周期性变化。

这种现象在
声学上称为拍。

声音的响度变化频率正好就是两频率之差|f
X -f
S
|。

当两频率完全
相等时，合成波的幅度就不变化了。

拍频法测量音频的方框图，如图5所示：
图5 拍频法测量音频的方框图
（3）数学推导
４、电桥法
（1）电桥法只用来测量音频频率。

(高频时寄生电感和电容对电桥的调节有很大的影响)
（2）根据电路原理的知识，我们知道，如果把一电压加到电桥的一个对角线上，通过调节对应的元件就可以使电桥的另一对角线上的电压为零，即电桥达到了平衡。

如果电桥平衡的条件(桥臂上存在电感和电容元件)与所加电压的频率有关，则该电桥就可以用于测量频率。

常用的电桥法有谐振电桥、电容电桥和双T电桥。

1）谐振电桥
首先，适当选取可变电阻R1的值，然后调节电感和电容使回路对所加电压的频率谐振，这样回路的阻抗才是纯电阻，才能测出被测频率。

该方法缺点是改变被
测频率F
时，每次不仅要把回路调节到谐振，同时还要调节电阻R1，并且测量
x
低频时回路较笨重。

谐振电桥电路，如图6所示：
图6 谐振电桥电路
2）电容电桥
A、可以用电阻或电容来改变电桥的频率。

B、在被测频率的电压中有谐波时，就很难使电桥达到平衡。

因为，电桥对基波平衡了，对谐波则不平衡。

这种电桥仅适用于10KHz以下的音频范围。

电容电桥电路，如图7所示：
图7 电容电桥电路
C 、数学推导
3）双T电桥
被测频率的信号源与指示器具有共同的接地点通过改变电阻R
1和R
2
，来平滑调
节频率。

测量频率的误差一般为0.5～1%。

双T电桥电路，如图8所示：
图8双T电桥电路。