基礎
1．音頻分析技術基礎
音頻分析儀傅立葉變換和信號的採樣是進行音頻分析時用到的最基本的技術。傅立葉變換是進行頻譜分析的基礎，信號的頻譜分析是指按信號的頻率結構，求取其分量的幅值、相位等按頻率分布規律，建立以頻率為橫軸的各種“譜”，如幅度譜、相位譜。信號中，周期信號通過傅立葉級數變換後對應離散頻譜，而對於非周期信號，可以看作周期T為無窮大的周期信號，當周期趨近無窮大時，則基波譜線及譜線間隔(ω=2π/T)趨近無窮小，從而離散的頻譜就變為連續頻譜。所以，非周期信號的頻譜是連續的。
在以計算機為中心的測試系統中，模擬信號進入數字計算機前先經過A/D變換器，將連續時間信號變為離散時間信號，稱為信號的採樣。然後再經幅值量化變為離散的數位訊號。這樣，在頻域上將會出現一系列新的問題，頻譜會發生變化。由模擬信號變成數位訊號後，其傅立葉變換也變成離散傅立葉變換，涉及到採樣定理、頻率混疊、截斷和泄漏、加窗與窗函式等一系列問題。
2．音頻分析方法
通常在對某音頻設備音頻測量分析時，該設備被看成是一個具有輸入連線埠和輸出連線埠的黑箱系統。將某種己知信號輸入該系統，然後從輸出端獲取輸出信號進行分析，從而了解該系統的一些特性，這就是音頻分析的一般方法。輸入音頻設備的信號，稱作激勵信號。激勵信號可以是正弦、方波等周期信號，也可以是白噪聲、粉紅噪聲等隨機信號，還可以是雙音、多音、正弦突發等信號。最常用的檢測分析方法有正弦信號檢測、脈衝信號檢測、最大長度序列信號檢測等。
分析
音頻分析儀音頻測量一般包括信號電壓、頻率、信噪比、諧波失真等基本參數。大部分音頻參數都可以由這幾種基本參數組合而成。音頻分析可以分為時域分析、頻域分析、時頻分析等幾類。由於信號的諧波失真對於音頻測量比較重要，因此將其單獨歸類為失真分析。以下分別介紹各種音頻參數測量和音頻分析。
1、基本參數測量
音頻測量中需要測量的基本參數主要有電壓、頻率、信噪比。電壓測試可以分為均方根電壓(RMS)、平均電壓和峰值電壓等幾種。
頻率是音頻測量中最基本的參數之一。通常利用高頻精密時鐘作為基準來測量信號的頻率。測量頻率時，在一個限定的時間內的輸入信號和基準時鐘同時計數，然後將兩者的計數值比較後乘以基準時鐘的頻率就得到信號頻率。隨著微處理晶片的運算速度的提高，信號的頻率也可以利用快速傅立葉變換通過軟體計算得到。信噪比是音頻設備的基本性能指標，是信號的有效電壓與噪聲電壓的比值。信噪比的計算公式為：在實際測量中，為方便起見，通常用帶有噪聲的信號總電壓代替信號電壓計算信噪比。
2、時域分析
時域分析通常是將某種測試信號輸入待測音頻設備，觀察設備輸出信號的時域波形來評定設備的相關性能。最常用的時域分析測試信號有正弦信號、方波信號、階躍信號及單音突變信號等。例如將正弦信號輸入設備，觀察輸出信號時域波形失真就是一種時域分析方法。方波分析具有良好的突變性及周期性，通過觀察設備對方波信號的輸出信號波形能夠很好的檢測設備的各項性能，因此方波信號成為最常用的時域分析信號.
3、頻域分析
頻域分析是音頻分析的重要內容，頻域分析的主要依據是頻率回響特性曲線圖。前面提到的正弦檢測、脈衝檢測及最大長度序列信號檢測都能夠得到設備的頻率回響。頻率回響曲線圖反映了音頻設備在整個音頻範圍內的頻率回響的分布情況。一般來說曲線峰值處的頻率成分，回放聲壓大、聲壓強；曲線谷底處頻率成分聲壓小、聲音弱。若波峰和波谷起伏太大，則會造成較嚴重的頻率失真。
4、時頻分析
時頻特性描述了音頻設備在時間軸上隨著時間的變化其頻域特性的變化情況。時頻特性不僅在頻率的變化過程中描述了音頻設備的回響狀態，而且還在時間的變化過程中描述了音頻設備的回響狀態，也就是從三維的角度全面地描述了音頻設備的回響特性。對於放音設備而言，主觀聽感的評述，如低音是否乾淨，背景是否清晰，層次是否分明，音場的深淺等均與音頻設備的時頻特性均有密切關係。音頻設備的時頻特性是客觀評價音頻設備性能優劣的一個很重要的方面
音頻分析儀5、失真分析
音頻設備的失真包括諧波失真、互調失真、相位失真及瞬態失真等幾類。音頻測量中最重要的是諧波失真，諧波失真，簡單地說就是聲音信號經音頻設備重放後多出來額外的諧波成分。不同的發聲物體所發出的聲音是由不同的基波和諧波構成的，聽眾可以根據聲音的特性分辨出發聲的物體。如果功率放大器將某種樂器所發出的樂音(樂音由基波和諧波組成)放大，經揚聲器放音後，對基波和各次諧波的波形形狀、幅值和相位均能無失真的重現出來，則可以認為是高質量的放音；否則，揚聲器所放出的聲音聽起來煩躁、彆扭，則諧波失真已經達到無法忍受，甚至使人無法分辨發聲樂器的種類。因此，諧波失真是音頻設備的重要性能指標。
諧波失真的測量方法有兩種，一種是以正弦信號輸入待測設備，然後分析設備回響信號的頻率成分，可以得到諧波失真。另一種更簡單的測量方法是首先利用帶阻濾波器濾除回響信號中的基頻成分，然後直接測量剩餘信號的電壓，將其與原回響信號作比較，就可以得到諧波失真。顯然第二種方法得到的諧波失真是THD N，由於採用了信號的總電壓值代替了基頻分量電壓值，因此得到的諧波失真比實際值偏小，且實際的諧波失真越大，誤差越大。
原理
信噪比公示圖音頻分析的原理主要涉及數位訊號處理的基本理論、音頻分析的基本方法以及音頻參數測量和分析內容，其中數位訊號處理是音頻分析的理論基礎。
信噪比是音箱回放的正常聲音信號與無信號時噪聲信號(功率)的比值。用dB表示。例如，某音箱的信噪比為80dB，即輸出信號功率比噪音功率大80dB。信噪比數值越高，噪音越小。
噪聲定義
就是：“在處理過程中設備自行產生的信號”，這些信號與輸入信號無關。對於MP3播放器來說，信噪比都是一個比較重要的參數，它指音源產生最大不失真聲音信號強度與同時發出噪音強度之間的比率稱為信號噪聲比，簡稱信噪比（Signal/Noise），通常以S/N表示，單位為分貝（dB）。對於播放器來說，該值當然越大越好。
它也指在規定輸入電壓下的輸出信號電壓與輸入電壓切斷時，輸出所殘留之雜音電壓之比，也可看成是最大不失真聲音信號強度與同時發出的噪音強度之間的比率，通常以S/N表示。一般用分貝（dB）為單位，信噪比越高表示音頻產品越好，常見產品都選擇60dB以上。
國際電工委員會對信噪比的最低要求是前置放大器大於等於63dB，後級放大器大於等於86dB，合併式放大器大於等於63dB。合併式放大器信噪比的最佳值應大於90dB，CD機的信噪比可達90dB以上，高檔的更可達110dB以上。信噪比低時，小信號輸入時噪音嚴重，整個音域的聲音明顯感覺是混濁不清，所以信噪比低於80dB的音箱不建議購買，而低音炮70dB的低音炮同樣原因不建議購買。
現狀
音頻分析儀早期專業的音頻分析儀種類很少，在做音頻測量時一般是利用萬用電錶、頻率計、示波器及頻譜儀等組合成一套音頻測試系統。這種測試系統中間環節多，各環節之間接口匹配較為困難，使用起來比較麻煩，測量結果往往也不精確。音頻分析儀器也與儀器的主流發展趨勢一致，朝著高度集成化、智慧型化的方向發展，這些儀器集成了複雜音頻信號發生裝置、功率放大裝置等，具備了一些初步的圖形化分析功能，使用戶很容易組建音頻測量系統。RS公司的“精靈系列”音頻分析儀UP300&UP350就是這類儀器的典型代表，該儀器集成了交直流電壓測量、頻率測量、信噪比測量，也可以測量頻率回響、電平線性度或者諧波失真，可測量雙向信道串擾，可產生雙音信號，用於調製失真分析和差頻失真測量，且測量範圍寬，精度較高。該儀器除具備一般的音頻參數測量外，UP350還可分析數字音頻信號，採樣率高達192kHz，可用於數字音頻設備測量和模擬/數字混合接口的相關套用。音頻信號分析儀在很多領域都有著廣泛的套用，但大多數儀器價格昂貴，不能廣泛使用。隨著電子技術的發展，以非常成熟的單片機技術為基礎設計一個音頻分析儀具有較強現實意義。套用快速傅立葉變換（Fast Fourier Transform，簡稱FFT）的方法，研究了通過凌陽單片機和現場可程式門陣列（Field Programmable Gate Array，簡稱FPGA）協同控制來處理數據，通過FFT算法測量音頻信號頻率、周期性、失真度和各頻率分量的功率，可實現5秒內至少更新一次測量數據，並具有數據存儲、回放顯示功能；測試表明本文介紹的音頻信號分析儀測量準確、誤差小、分辨力高，各項性能指標符合行業要求。
音頻分析儀內容拓展
基於Microchip16位單片機的音頻信號分析儀的設計
