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音频频谱分析仪

声音的构成,而非仅仅是音量的大小。通过麦克风、共享标签页或音频文件,呈现频谱图、语谱图和倍频程带——这是单一分贝数值永远无法告诉你的信息。

更新日期

视图

—

信号源

这个浏览器无法共享标签页的音频,所以这个输入不在这里提供。桌面版 Chrome、Edge 和 Opera 可以。

信号

削顶
峰值
—dBFS
RMS
—dBFS
峰均比
—dB

峰值、RMS 和峰均比的单位是 dBFS:相对于满度的分贝,0 dBFS 就是输入能承载的最大采样值。它们描述的是信号,不是房间。dBFS 不是 dB SPL——其中不包含麦克风灵敏度,也不包含距离,这正是这三个数字可以不带主表那条 ±10 dB 误差带直接写出来的原因。

这个信号源只报告一个声道,没有东西可分。左、右、中、侧都需要两个声道——立体声文件或共享的标签页有,而几乎没有哪个设备麦克风有。

频率计权

图上的声级是相对值——它显示能量分布在哪里,不是每个频率的绝对数值。麦克风的误差是一条跨频率的曲线而不是一个偏移量,所以频谱没法像宽带读数那样用一个数校正回来。

测量会话

Leq
—dBA
Lmax
—dBA
Lmin
—dBA
L10
—dBA
L50
—dBA
L90
—dBA

0:00

这六个是宽带声级,算法和主表的数字一样,误差范围也一样:未校准的估计值,通常与参考仪器相差约 ±10 dB。它们不是 IEC 61672 测量结果。

声级计回答了一个问题:有多响。这是一个好问题,而且 它并不总是你所面临的那个问题。冰箱压缩机、邻居的超低音音箱 笔记本电脑风扇的读数可能完全相同,但它们都不是 同样的问题。

本页面回答了另一个问题。声音中究竟包含什么,以及在何处 它所处的频率范围,以及它是稳定的、间歇性的还是单一的 曾经发生过一次的事情。

三个观点,三个问题

频谱 就是目前存在的情况 —— 电平相对于频率,贯穿整个 人类听觉覆盖的范围。这种视图可以发现音调:蜂鸣声、哀鸣声, 任何具有明确音高的声音都会显示为一个尖峰,而宽带噪声 则显示为一个山丘。

语谱图 是随时间变化的相同信息,纵轴表示频率, 亮度表示电平。它是这三种方式中唯一能区分持续 噪声和间歇噪声的,因为频谱图已经丢弃了时间 轴。风扇声表现为一条横条纹。关门声则表现为一条竖条纹。一 邻居的音乐是停止的水平条纹。

倍频程 将范围划分为实际报告声学工作的频段 并且是当你想要写下某些内容时所寻求的视图 而不是看着它。

声音的来源

三个输入,选择的不同会改变数字所代表的含义。

麦克风 是你所处的房间,通过一个 频率响应无人知晓的设备所听到的声音。本网站其余部分 所提到的关于不确定性的所有内容均适用于此。

系统音频 共享浏览器标签页并读取正在播放的内容。选择一个标签页 并勾选 共享标签页音频:如果不勾选该框,你将只能看到画面而没有声音,并且 全屏共享通常根本不携带音频轨道。画面在 共享开始的瞬间就会被丢弃,因为此页面不需要它,也没有 理由让采集指示灯一直亮着。

一个音频文件 在您的浏览器中解码,并通过相同的 分析器播放,带有播放、暂停、停止以及监听静音功能。静音会使 扬声器静默,但不会停止分析:图表和数据会继续读取文件。 没有任何内容被上传。解码在您自己的机器上运行,文件从未 留下了它。

最后两项并不是房间,这一点值得大声说出来,而不是 将其掩埋。文件是由你可能一无所知的设备制作的录音。 标签页则是网站决定播放的任何内容,且采用了它所选择的任何增益。两者都不是 在声级计所定义的意义上具有声级。分析仪能告诉你关于这两者的信息 是形状,而这本来就是它的用途。

寻找嗡嗡声

本页面最有用的一点就是为嗡嗡声命名。

交流电的嗡嗡声处于电源频率——世界上大部分地区为 50 Hz,北美为 60 Hz 及其倍频。将分析仪对准发出嗡嗡声的 变压器、调光器、冰箱或放大器,你会看到电源频率处有一个峰值, 在其上方两倍、三倍和四倍频率处还堆叠着较小的峰值 就是那个。主频率读数直接标明了它,旁边还显示了最接近的 音符。

这很重要,因为频率会告诉你这个东西 是什么 以一种 电平从未有过的方式。带有谐波的 50 Hz 尖峰是电信号。而位于 100 到 300 Hz 之间的宽峰通常是机械性的——比如电机、泵或 压缩机。完全没有结构的嘶嘶声则是空气声,要么是空气穿过 排气声,或者是麦克风本身发出的声音。

音符读取功能是一个足够出色的调音器,足以命名琴弦,或区分 50 Hz 与 60 Hz 的交流声。它不是经过校准的频率计,并且在 没有音调可报告时(大多数房间都是这种情况)会显示乱码。

为什么这里的级别是相对的

本网站上的仪表发布的是一个带有范围带的绝对数值:一个 未经校准的估计值,通常在参考仪器的约 ±10 dB 范围内 仪器Kardous & Shaw. 本页面并未按频率重复该声明,且其坐标轴 刻意未标注绝对数值。

原因是设备麦克风的误差并不是一个单一的数值,它是一个 曲线。它的响应在整个范围内是不均匀的,而且这种不均匀性也是不规则的,从 手机对手机——这正是频谱所描绘的景象。A 宽带电平可以通过单个偏移量进行校正;而频谱则不行。

所以请阅读 形状的剧情,并查看 在线分贝计 对于 电平。声音所处的位置、哪个峰值是响度最高的、移动冰箱后嗡嗡声是否有所 改善——所有这些在未知的麦克风 响应下都能保留下来,因为曲线上的每个点都处于相同的响应之下。

本页面上的两项内容并不相关,且两者都与情节无关。 其下方的测量会话报告了宽带电平,其计算方式与 仪表计算数值的方式相同,并带有相同的频带范围——它们 出现在这里,是因为前来查看嗡鸣声的读者应该带着数据离开 他们之所以能够引用,并非因为频谱获得了一个绝对轴。信号 面板则完全关乎另一件事,其专属章节紧随其后。

信号指标

图表下方的四个数字描述的是信号而非房间:峰值, RMS、峰值和剪切指示灯。

峰值(Peak)是过去四分之一秒内最大的单次采样值,而均方根(RMS)是 该窗口内的能量平均值。波峰因素(Crest)是两者之间的差距,它 决定了这是一种什么样的声音。稳定音调的波峰比其自身平均值高出约 3 分贝。语音和音乐的波峰则在 10 到 20 分贝之间。而 波峰几乎为零的信号,要么是方波,要么是某种 已经被限制器压平了。如果窗口中的任何采样 达到了量程的顶部,指示灯就会亮起,这是会让页面上其他所有内容 立即变得不可靠的唯一条件。

峰值(Peak)和均方根(RMS)位于 dBFS:相对于全标度的分贝。全标度是 输入所能表示的最大数值,因此 0 dBFS 是文件或 转换器的顶部,而其下的每个电平都是与之相比的比率。它是 这是本页面可以诚实呈现的一个绝对数值,因为它是关于 数字本身的事实,而非对空气中声压的断言。这其中不涉及麦克风灵敏度、 距离,也不涉及参考声压。

这正是 dBFS 不等于 dB SPL 的原因。一个低于全量程 6 分贝的信号 正使用着输入范围的一半,而这并不能告诉你声音到底有多大: 以不同的增益对同一个房间录音两次,你会得到两个 dBFS 读数,但声级是相同的。读取 dBFS 是为了查看输入设置 是否合理 —— 接近顶部会产生削波,远低于它则意味着你正处于 底噪。阅读 在线分贝计 以了解音量。

双声道,当有两个

立体声文件或共享标签页有两个声道,分析仪将显示 其中之一、两者之和或两者之差。左声道和右声道 是原始输入的声道。中置(Mid)是两者相加并减半的结果,即 单声道混缩,也是单扬声器播放的内容。侧向(Side)则是两者的差值: 两个声道不一致的所有内容,在单声道录音中是无声的,而在宽立体声录音中则 音量很大。

它们旁边是一个介于负一和正一之间的相关系数。当 两个声道一致时,读数为正一;当它们携带无关内容时,读数接近于零; 当一个通道是另一个通道的反相时,数值为负一。最后一种情况在 任何求和操作的瞬间都会抵消为静音,因此相关性接近负一的录音 在手机扬声器上播放时会消失。你可以亲眼观察到这一过程:切换到 Mid(中间)模式, 波形图就会变得空空如也。

只有当音源确实拥有两个声道时,这些控制选项才会出现,而 几乎在任何设备上,麦克风都不具备双声道。将单声道信号拆分为两个 完全相同的部分,其读数将永远为正 1,这描述的是线路连接而非 声音本身,因此对于单声道音源,页面会显示相关提示并隐藏这些按钮。

中声道与侧声道反映的是信号,而不是房间。两支相距一米的麦克风组成的中侧声道对能反映空间信息;文件与浏览器标签页组成的中侧声道对反映的则是录音信息。

倍频程与三分之一倍频程带

一个八度音阶意味着频率翻倍。按八度音阶划分范围可得到十个 频段,从 31.5 Hz 到 16 kHz,这个数量足以让人脑记住,也是 该仪表自身的频谱所显示的。

三分之一八度音阶将其中每个频段再分为三份,从而得到三十一个频段,范围从 20 Hz 到 20 kHz。这是建筑噪声评估、室内 声学和设备规格所采用的分辨率,它足以 将蜂鸣声与两侧的噪声区分开来,同时仍能保持表格形式 而非图像形式。

使用八度音程来定位,使用三分之一八度音程来记录。两者都 导出为 CSV 格式,并在表头中包含采样率、窗口和加权方式, 因为如果没有这些信息,半年后的一列电平数据将变得无法解读。

测量环节

在屏幕显示的任何视图下方,分析仪都可以运行定时会话 并报告六个数值。

Leq 是会话期间的能量平均值 —— 即代表该时段的单个数值 代表整个跨度。 Lmax 以及 Lmin 限制它。 L10, L50 以及 L90 分别是超过十分之一、一半和十分之九时间所达到的水平,并且 L10 与 L90 之间的差距反映了噪声的波动程度:差距大意味着 存在突发事件,差距小则意味着声源稳定。

最后这三项是噪声评估中引用的数据,这也是为什么它们 出现在这里,而不是保留给付费层级。三十秒对于 稳定声源来说已经足够;五分钟适用于办公室或机房;十五分钟则是 环境调查通常规定的时长。

FFT 大小与平滑度

窗口长度是一种权衡,没有任何设置能够兼顾两端 它。长窗函数能精细地解析频率,但会使时间模糊,因此 50 Hz 的交流声 能清晰地与 60 Hz 频率分离,但关门声则会产生涂抹感。短窗口处理则会 反转。

默认位置居中。当你追求色调表现时向上移动, 当你观察事物变化时向下移动。平滑处理仅是一项显示控制—— 它用于稳定帧与帧之间的画面,不会影响测量数据 会话数据。

区分麦克风与房间环境

你所看到的部分内容并不存在于房间中。设备麦克风会产生自身的 噪声,并且在频谱上具有可辨识的形状:一种不断上升的宽带嘶嘶声 处于该范围的顶部,内部没有任何结构,停留在 输入的底噪水平上。

区分这两者的方法是观察变化。用手遮住麦克风, 或者将设备带到更安静的地方,观察哪些部分 曲线移动。任何下降的部分都是房间。任何保持不变的部分则是 设备,无论盯着它看多久,它都不会成为任何事物的测量值。

这也是为什么极度安静的房间是本页中最难解读的内容: 在输入信号自身的底噪之下,已无物可画,而曲线 平坦地呈现于硬件特性中,而非归于沉寂。

分析哪条曲线

这里的 A、C 和 Z 按钮的功能与电平表上的相同,但它们作用于每一个 频率,而不是合并为一个数值。这是本网站上观察加权曲线实际效果最直观的地方: 从 A 切换到 C, 观察低音的回归。

当你需要信号的原始状态时,请使用 Z,这通常是 寻找蜂鸣声时的正确选择 —— A 加权的设计初衷正是为了忽略低频 嗡鸣声所处的频率。当你需要与 卫生机构公布的数据相对应的形状时,请使用 A。它们之间的区别列在 下方 dBA 与 dBC.

本页面刻意不执行的操作

图表的水平轴上仍然没有标注绝对数值,原因如 上文所述。频率轴已标注,因为频率是 FFT 实际已知的数字。信号面板的 dBFS 是唯一的绝对读数 在这里,它绝对是关于输入,而不是关于房间。

它不会将中间(mid)和侧边(side)信号视为房间的图像,也不会绘制出 单声道声源的立体声视图。它不会记录所听到的内容,请上传文件 您打开的任何内容,或者在标签页关闭后保留任何内容。

而且它不进行任何校准。文件的电平是相对于全刻度的,并没有 以声音分贝表示的电平;标签页的增益则取决于网站的选择。 分贝图表 是发布的声音电平标准所在,而 仪表是带有规定范围读数的来源。

Sources

  1. Kardous & Shaw — Evaluation of smartphone sound measurement applications. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC4545478/