测量初学者的介绍栏:不理解的人聚集〜14 “什么是变音分析?”

在10的介绍专栏中，我们介绍了“音质评估分析”，可以量化声音的各种印象。在本专栏中，我们将介绍波动声音分析，重点关注声音的“变动感”，并以易于理解的方式说明特征量。

声音的“变动感”引起了人们的注意

在日常生活中，有时你会听到“焦虑的声音”或“听到的声音”，但你关心的是什么样的声音?我认为它因人而异，但作为其中之一，虽然声音本身的大小并不大，但有些情况下你会听到它，因为它是一种强烈的声音，随着时间的推移而波动。例如，如图1所示，移动电话的铃声具有在短时间内重复波动的模式，使得即使音量稍小，人们也容易注意到。

另一方面，由诸如汽车和家用电器的各种工业产品产生的异常声音 (所谓的不能听到的声音) 也存在许多波动声音，这是要处理的声音之一。如果声音级别较高，则FFT和八度分析 (通常是声音分析方法) 可以相对容易地找到其特征量 (例如频率) 。然而，当声音水平较小时，感觉到声音的波动，因此“担心”，但是存在难以通过FFT分析等捕获特征量的问题。近年来，随着汽车的电动化，车内空间变得非常安静，过去没有注意到的由各种部件产生的小水平“波动声音”变得突出，采取对策的情况正在增加。在这种背景下，近年来需要掌握声音的“变动感”的特征量变得非常大。

如何表达声音的“变动感”

变动音实际用波形描绘的话会变成什么样呢?
答案如图2所示。时间轴表示音阶=音高频率 (F:蓝线) 的振幅在特定频率 (f:红线) 处不断增加和减少。它是声音本身的波形，通常称为调幅声音 (AM声音) 。此时，山的振幅变得最大的地方和变为零的地方之间的差异 (ΔL) 越大，人耳感觉到的“变动感”越大。

由此可见，波动声音由两个频率分量组成：“音高”和“波动”。这被称为“波动声音分析”，如图3所示，以彩色图的形式呈现。横轴表示音高频率（F），纵轴表示波动频率（f），图中颜色深浅代表波动深度（ΔL）。具体的计算过程请参考本文档末尾介绍的小野测器技术报告《什么是波动声音分析？》。
如图 2 所示，我们主要处理的是单一的波动声音（具有特定的音高和特定的波动周期）。然而，对于各种工业产品产生的波动声音，并非总是只有一个；同时存在多个波动声音的情况并不少见。如图 3 所示，即使存在两个音色不同的波动声音，例如声音 A 和声音 B，它们各自的特征量也可以被表示出来。在本例中，声音 A 的音高低于声音 B，但其波动周期更快，表明它是一种音色波动更快的声音。

波动声音分析示例

以下介绍分析汽车发动机部件 (喷油器) 工作噪音中所含异响的事例。喷油器是负责喷射汽油等燃料的部件，在喷射燃料时，作为该部件的针阀和止动器会发生干涉，会产生“嘀嘀嘀嘀”的高音调变动声。我想提取这种异常声音的特征量，但由于作为发动机声音主要成分的低音距声音 (去声音) 的比例很大，在一般声音分析 (FFT分析) 中，它清楚地显示了特征量。这变得越来越难 (图4) 。在本例中，您看到在5 kHz和10 kHz频带 (红色虚线) 的垂直条纹图案，是喷射器“嘀嘀嗒声”的标识。换句话说，由于5 kHz和10 kHz的声音在垂直条纹的时间间隔 (约40毫秒) 内重复变大和变小，因此它们在音调上听起来像“哔哔”。这种声音 (嘀嗒声) 听起来很刺耳，但由于音量本身不大，因此特征频率会变得模糊。

对同一声源进行变动音分析的结果如图5所示。
在FFT分析中模糊的哔哔声 (=波动声) 清楚地显示为两个波动分量 (红色虚线) 。音高的频率是5 kHz和10 kHz,其变动频率是25 Hz的升数变深，可以知道这个成分的变动很大。
另一件需要注意的事情是，在FFT分析中，声音成分在此分析中没有响应，因为它是一个稳定的声音 (没有变动感的声音)，引擎主成分的声音以深色显示 (白色虚线) 。换句话说，当你想要在声音环境中仅提取声音水平相对较小的波动声音 (在这种情况下是哔哔声) 时，这是一种有效的分析方法，其中像去声音这样的稳定声音占主导地位，你可以看到。

我们的生活空间中存在各种“波动声音”。正如本专栏中所介绍的那样，感觉“变动感”的声音也是一种有用的声音，可以在一段时间内引起注意，也可以是一种必须采取措施的声音 (噪音)，在另一段时间听起来很刺耳你可以。
这次我们介绍了波动声音分析，这是一种很好地提取波动声音的方法，波动声音是“容易引人注目的声音”，无论好坏，并表达其特征量。
如果您阅读了本专栏，并对波动声音分析的计算原理和其他分析示例感兴趣，请阅读我们的技术报告。

【参考】
小野测器技术报告：“什么是波动声分析？”

(摘自2023年1月18日发行的电子邮件杂志)