信号发生器

信号发生器用于合成测试信号 — 正弦、扫频、调制音、噪声以及自由书写的公式信号 — 并将结果写入 HEAD 时域数据 .hdf 文件。生成的信号可用于验证分析链路、通过功放驱动激振器、检查滤波器设计,或为培训和演示制作参考素材。

生成的文件由通道构成,每个通道又是若干段首尾相接的序列。每个段拥有各自的波形类型、频率、幅值和时长,因此一条完整的测试信号 — 例如先静音、再校准音、再扫频、最后静音 — 可以在同一个通道内描述完成。

打开信号发生器

进入开始菜单。
在左侧导航树中展开编辑分组。
点击信号发生器。

信号发生器在开始菜单的内容区中打开,并在本次会话期间保留通道与段的配置,因此可以随时切换到其它页面再返回,配置不会丢失。

界面布局

区域	内容
顶部工具栏	添加 / 移除通道,添加 / 移除 / 上移 / 下移 / 复制段, 合成并预览,导出全部通道到 HDF。右端显示状态信息。
左栏	上方为通道列表,下方为所选通道的段列表。每个段条目显示名称与波形类型。
中栏	所选段的参数面板。分区随波形类型的不同而出现或隐藏:段、参数、扫频、步进正弦、调制、噪声、MLS / PRBS、突发、公式、交叉淡化、通道。
右栏	预览区:上方为时域波形,下方为幅值谱,顶部有 FFT 大小选择框。

未选中任何段时,参数面板处于禁用状态。若打开信号发生器后参数区为空,请先在"通道"列表中选中通道,再在"段"列表中选中一个段。

通道与段

打开信号发生器时会自动创建一个通道。用工具栏按钮搭建所需的结构:

添加通道 — 追加名为 Ch 2、Ch 3 … 的新通道,采样率为 51200 Hz。
向选中通道添加段 — 在所选通道末尾追加一个段,预设为幅值 1.0、时长 1.0 s 的 1000 Hz 正弦。
上移段 / 下移段 — 段严格按列表顺序渲染,因此列表顺序就是时间顺序。
复制段 — 连同全部参数复制所选段,并紧接其后插入副本,名称后加 (copy)。这是搭建重复模式最快的方式。

通道自身的设置位于参数面板底部的"通道"分区:

字段	含义	默认值
名称	写入导出文件的通道名。	`Ch 1`
采样率	渲染该通道全部段时使用的采样率(Hz)。	51200
单位	写入导出文件的物理单位。留空时文件按 `V` 写出。	(空)

波形类型

"段"分区中的类型下拉框用于选择波形。下述公式中,t 为自段起点算起的时间(秒),A 为幅值字段(线性峰值),f 为 频率 (Hz) 字段,f_s 为通道采样率。

周期波形与静态波形

类型	定义	说明
Sine(正弦)	`x = A · sin(2πft)`	默认类型, 校准和单音检查中最常用。
Square(方波)	`x = A · sign(sin(2πft))`	固定 50 % 占空比,含丰富的奇次谐波。
Triangle(三角波)	`x = A · (2/π) · asin(sin(2πft))`	奇次谐波,衰减比方波更快。
DC(直流)	`x = A`	恒定偏置,忽略频率。适合测试去直流与偏置检测功能。
Impulse(冲激)	`x[0] = A`,其余采样点为零	段起点处的单采样点冲激,忽略频率。

扫频

扫频在整个段时长内从频率 (Hz) 扫到终止频率 (Hz)。将终止频率设得低于起始频率即为降频扫描。

线性扫频:φ(t) = 2π(f₀t + ½kt²), k = (f₁ − f₀) / T

对数扫频:φ(t) = 2π f₀ (T/L)(e^Lt/T − 1), L = ln(f₁/f₀)

两者的输出均为 x = A · sin(φ(t)),T 为段时长。相位在整个扫频过程中连续,因此不会产生咔哒声。

步进正弦

步进正弦在一个频率上保持一段时间,再跳到下一个频率,如此往复。段时长按步数均分;第 s 步的频率在起始频率与终止频率之间按对数间隔(默认,也是声学工作的常用选择) 或线性间隔分布。

每一步开始时相位都会重新归零。若需要无咔哒声的步进激励,请改用真正的扫频,或者把各步做成独立的段并在段间施加交叉淡化。

调制信号

两种调制类型都以频率 (Hz) 作为载波,调制频率 (Hz) 作为调制频率,调制深度 / β 控制调制强度。

调幅:x(t) = A · (1 + m · cos(2πf_modt)) · sin(2πf_ct)

调频:x(t) = A · sin(2πf_ct + β · sin(2πf_modt))

调幅时 m 为调制深度,建议取 0 到 1 之间;更大的值会过调制并导致包络反相。调频时 β 为调制指数,最大频偏为 β × f_mod。

调幅音是检验波动强度和粗糙度算法的标准激励 — 例如波动强度用 1 kHz 载波、4 Hz 调制、深度 1.0;粗糙度则用 70 Hz 调制。

噪声信号

类型	定义	附加参数
WhiteNoise(白噪声)	在 [−A, +A] 区间内均匀分布的随机采样,平均而言在全频带内平坦。	种子
PinkNoise(粉红噪声)	由 16 路交叠随机源加一路白噪声分量生成的 1/f 噪声, 每倍频程能量大致相同。	种子
PseudoNoise(伪随机噪声)	最大长度二进制序列(MLS / PRBS):输出只取 +A 或 −A。完全确定、可精确重复,周期为 2^阶次 − 1 个采样点。	种子、阶次 [7–20]
BurstRandom(突发随机)	以固定的十分之一秒周期通断的白噪声。占空比设定每个周期中含噪声的比例,其余为静音。	种子、占空比 (0.01–1.0)

种子使随机信号可复现:同一种子始终产生完全相同的采样值,因此两次相同的测试可以直接比较。改变种子即可得到一次独立的实现。

段参数

字段	分区	单位	默认值	适用类型
名称	段	—	`Seg n`	全部
类型	段	—	Sine	全部
频率 (Hz)	参数	Hz	1000	除 DC 与 Impulse 外全部
幅值	参数	通道单位(峰值)	1.0	全部
时长 (s)	参数	s	1.0	全部
终止频率 (Hz)	扫频	Hz	4000	LinearSweep、LogSweep、StepSine
步数	步进正弦	个	10	StepSine
对数间隔	步进正弦	—	开启	StepSine
调制频率 (Hz)	调制	Hz	10	AmModulated、FmModulated
调制深度 / β	调制	—	1.0	AmModulated、FmModulated
种子	噪声	—	42	全部噪声类型
阶次 [7–20]	MLS / PRBS	—	15	PseudoNoise
占空比	突发	比例	0.5	BurstRandom
类型	交叉淡化	—	None	全部
时长 (s)	交叉淡化	s	0.01	全部

幅值是以通道单位表示的线性峰值。幅值 1.0 的正弦其 RMS 为 0.707。若要生成以 Pa 为单位的声压参考信号,请注意 94 dB SPL 对应 1 Pa RMS,即幅值 1.414。

段间交叉淡化

两个段直接拼接通常会在接缝处产生不连续,在频谱上表现为一次宽带咔哒声。"交叉淡化"分区设定当前段如何过渡到其后的段:前一段淡出的同时,后一段在同一重叠窗口内淡入。

类型	淡化形状	适用场合
None	无重叠,两段直接拼接。	本身就从零起、到零止的信号,例如整数个正弦周期。
Linear	直线淡化:`淡出 = 1 − x`, `淡入 = x`。	简洁、保持幅值的默认选择。
Cosine	升余弦淡化:`淡出 = ½(1 + cosπx)`, `淡入 = ½(1 − cosπx)`。	过渡的起止更平滑,听感素材优先选用。

"交叉淡化"分区中的时长 (s) 即重叠长度(秒)。由于两段发生重叠,交叉淡化会缩短总信号长度:结果长度等于各段时长之和减去重叠量。

交叉淡化取自较早的那个段。在通道的最后一个段上设置交叉淡化不会生效,因为其后没有可供混合的内容。重叠量还会被限制在两段中较短者的长度之内。

公式信号

选择 Formula 类型即可输入任意表达式,该表达式对每个采样点求值一次。默认表达式为:

A*sin(2*pi*f*t)

可用变量:

变量	含义
`t`	自段起点算起的时间(秒),从 0 开始。
`A`	该段的幅值字段。
`f`	该段的频率 (Hz) 字段。
`fs`	通道采样率(Hz)。
`pi`	3.14159…

可用函数:

三角函数:sin、cos、tan、asin、 acos、atan(x) 或 atan(y, x)
指数与对数:exp、log(自然对数)、log10、 sqrt、pow(x, y)
其它:abs、sign
算术运算符 + − * / % ^ 与括号

函数名与变量名不区分大小写。合成之前可点击校验检查语法,结果以红色文字显示在公式框下方。

示例:

表达式	结果
`Asin(2pift)`	纯正弦。
`Asin(2pift) + 0.5Asin(4pif*t)`	基频加上幅值减半的二次谐波。
`Aexp(-3t)sin(2pift)`	指数衰减音,可作为合成冲激响应的测试用例。
`Asin(2pift*t)`	二次相位斜坡 — 频率随时间线性上升。

预览

点击工具栏的合成并预览即可渲染当前所选通道并刷新两幅图。

时域波形 — 全部段拼接后的完整通道,横轴为时间(秒),纵轴为幅值。长信号在显示时会抽点。
幅值谱 — 一次汉宁窗 FFT 的 dB 谱,横轴为频率。FFT 大小 可选 512、1024、2048、4096(默认)和 8192。

状态栏会报告渲染长度,例如 Preview ready — 51,200 samples / 1.000 s / 51200 Hz。

频谱取自信号的最后一个数据块,而非对整条信号做平均。因此对于多段通道,它显示的是最后一个段的内容。若要检查某一个段,可单独预览该段,或导出文件后在 Pool 中分析。

在任一幅图上右键可使用复制图表为图片、预览 / 合成、 导出到 HDF… 和重置缩放。每幅图的右下角还有一个小的重置缩放按钮。

导出为 HDF

点击工具栏的导出全部通道到 HDF…。
选择目标文件夹与文件名,建议名称为 SignalGenerator_Export.hdf。
点击"保存"。全部通道会重新渲染并一次写出。

输出为 32 位浮点采样的 HEAD 时域 .hdf 文件。每个通道带有"通道"分区中设定的名称与单位;单位留空时按 V 写出。导出的文件可以直接拖入分析 Pool,也可在数据浏览器中打开。

同一个导出文件中的所有通道必须具有相同的采样点数,并共用同一个采样率 — 整个文件采用第一个通道的采样率。若各通道总时长不同或采样率不同,导出会被拒绝并给出错误提示。请统一各段时长, 或将通道分别导出到不同文件。

典型流程:制作扫频激励文件

从开始菜单 → 编辑 → 信号发生器打开本工具。
选中 Ch 1,把采样率设为 51200,单位设为所需单位(例如激振器驱动信号用 V)。
点击添加段。命名为 Lead-in,类型设为 DC, 幅值设为 0,时长设为 0.5 s,给功放一段安静的启动时间。
再次点击添加段。命名为 Sweep,类型设为 LogSweep, 频率 20,终止频率 20000,幅值 1.0,时长 10 s。
在 Lead-in 段上把交叉淡化类型设为 Cosine、时长设为 0.05 s,使扫频平滑起振。
再添加一个 0.5 s 的 Lead-out DC 段,并在 Sweep 段上设置 0.05 s 的 Cosine 交叉淡化。
点击合成并预览,确认波形与频谱符合预期。
点击导出全部通道到 HDF… 保存文件。

注意事项与限制

波形类型与交叉淡化类型列表使用内部标识符 (Sine、LinearSweep、AmModulated、 PseudoNoise…),在各语言界面中显示一致。
MLS / PRBS 阶次限定在 7–20 范围内,超出范围的值会被自动拉回。
突发信号的占空比限定在 0.01–1.0,突发重复周期固定为十分之一秒。
参数面板底部的计算通道(可选)框会用一条表达式的结果替换该通道自身的段合成结果。引用其它通道写作 ch0、ch1…(ch[0] 也认);t 为秒, fs 为采样率,常用函数均可用 —— 例如 ch0 + ch1、ch0 * 2、 sqrt(ch0)、ch0 * sin(2*pi*50*t)。计算通道可以引用另一个计算通道;若构成循环引用会报错,该通道退回自身的段合成结果。各源通道长度不等时按最长对齐,短的补 0。
本页面只提供 HDF 一种导出格式。若需要 WAV、CSV 或其它格式,请先导出为 HDF,再用导入与导出转换。
预览只针对所选通道;导出则始终写出全部通道。