雜音與高階次諧波分析教程
加入技術交流群
1. 噪聲和雜音概述
各種消費產品有可能會產生不良的機械噪聲，這種噪聲對消費者是不能接受的或令消費者不滿的，這些產品包括：
本文引用地址：http://www.104case.com/article/201612/333302.htm- 汽車配件
- 壓縮機（電冰箱，冰柜）
- 計算機（風扇啟動）
- 電驅動器
- 助聽器/耳機
- 揚聲器
- 電話和移動電話中的傳感器
- 電視機
噪聲或雜音是一種非線性的、不規則的、脈沖式的和失真效應的部分類型，他們通常不能用規則待測物（UUTs）來發現，而他們一般又是由待測物中機械和結構的缺陷產生的。由于具有非常低能量的短脈沖，傳統測試和分析方法諸如RMS-FFT和總諧波失真（THD）方法都是沒有用的。下面的圖片顯示了信號中的典型效應。
1)信號中的毛刺
2)陡度
3)絕對（陡度）
2. 案例研究——揚聲器缺陷檢測
揚聲器缺陷檢測的高階次諧波特征分析
揚聲器裝配故障，如摩擦音圈、彎曲的支架、松弛的軸等等，傳統上都是由生產線終端有豐富經驗的收聽者來檢測這些故障的。以測量總諧波失真（THD）為主要目的，我們曾試圖開發在線測試生產測量系統，他們通常只能用來分析低階次的諧波，因而不能專門用來檢測缺陷的摩擦聲，嗡嗡聲和滴答聲等雜音。但是故障診斷時能否確定特定的缺陷特征嗎？經過初步實驗結果表明，我們可以做到這一點，在超聲范圍內（> 20千赫茲）測量是確定這些特征的主要因素。本案例研究描述了一種新的方法，在高階次諧波組的總能量中，例如從第10階次到第20階次或從第31階次到第40階次，對其分別進行測量和分析。
揚聲器的雜音信號特征
為何要關注高階次諧波？
總諧波失真主要是由第二階次和第三階次諧波占主導作用，幾乎很少與我們可以聽出來的音頻失真相關。例如，考慮下面這個揚聲器的雜音。該揚聲器的雜音是典型的導致豐富諧波頻譜的脈沖串。
實驗過程
- 當使用正弦波激勵時，我們可以獲得已知缺陷的揚聲器抽樣值，該缺陷會產生可以聽出來的音頻失真。
- 目視檢查揚聲器，以確定故障的根源。
- 在音頻范圍(20 赫茲 到 1 千赫茲)內，手動掃描揚聲器，以確定造成聲頻失真的激發頻率。
- 使用掃描正弦激勵，分析高達100千赫茲的諧波能量。
測量安裝
- 使用橡皮高空繩索將每個揚聲器懸掛，用來隔離振動。
- 測量麥克風被放置在附近區域，如下圖所示。
結果
缺陷的視覺檢測
| 揚聲器 # | 包圍物 | 錐體 | 音圈 | 軸 | 防塵蓋 | 松弛的微粒 |
| 1 | 沒有 | 沒有 | 沒有 | 沒有 | 沒有 | 有 – 在音圈內 |
| 2 | 沒有 | 有 – 折痕的 | 沒有 | 沒有 | 沒有 | 有 – 在音圈內 |
| 3 | 沒有 | 有– 孔 | 沒有 | 有- 有切口 | 有 - 遺失 | 有 – 在軸后面 |
| 4 | 沒有 | 有 – 折痕的 | 沒有 | 沒有 | 沒有 | 沒有 |
| 5 | 沒有 | 有 – 折痕的 | 沒有 | 沒有 | 有 – 凹的 | 沒有 |
| 6 | 有 – 凹的 | 沒有 | 沒有 | 沒有 | 沒有 | 沒有 |
| 7 | 有 – 凹的 | 有- 孔型的/折痕的 | 沒有 | 沒有 | 沒有 | 沒有 |
| 8 | 沒有 | 有 – 凹的 | 沒有 | 沒有 | 沒有 | 沒有 |
| 9 | 沒有 | 沒有 | 沒有 | 沒有 | 沒有 | 沒有 |
| 10 | 有 – 凹的 | 有 – 折痕的 | 沒有 | 沒有 | 沒有 | 沒有 |
分析
- 揚聲器#9被用作控制
- 沒有視覺或聽覺缺陷
- 第40階次到第100階次諧波范圍內，只有低于0.01%的雜音（結果如下圖所示）
- 針對相似的缺陷，對其他揚聲器進行了比較。
- 找出具有相同諧波分組的趨勢。
揚聲器缺陷相關
包圍物
- 第1階次到第10階次諧波：揚聲器6, 7 和10
- 基本頻率范圍：600到1300赫茲
防塵蓋
- 第11階次到第20階次諧波：揚聲器3 和5
- 基本頻率范圍：100到400赫茲
防塵蓋
- 第31階次到第100階次諧波：揚聲器1
- 基本頻率范圍：100到150赫茲
軸
- 第31階次到第100階次諧波：揚聲器3
- 基本頻率范圍：400到550赫茲
錐體
- 第61階次到第70階次諧波：揚聲器2,3,4,5,7,8, 和10
結論
相比傳統分析，使用雜音分析提供了更好的分析方法。這種分析不僅具有重復性，而且也適用于不同的揚聲器模型。同樣至關重要的是該分析可以將數據采集在超聲范圍內，使該范圍內的諧波對缺陷提供深入的了解，否則我們很難檢測包括軸在內的缺陷。此外，高階次諧波不僅明確顯示了揚聲器中的單一缺陷，而且他們還有助于對具有多個缺陷的揚聲器進行缺陷特征化分析。
評論