倍频程和FFT线性谱，噪声频谱分析仪该用哪一种？

　　先辨恒定百分比带宽和恒定带宽。倍频程滤波器的每一个通带，宽度是它中心频率的一个固定百分比：1倍频程的带宽约等于中心频率的百分之七十，三分之一倍频程约百分之二十三。频率越高，带越宽，画在频率轴上，柱子一头比一头粗。FFT线性谱正好反过来，每个频带宽度是一个固定的赫兹数，与频率无关，画出来是一排等宽的细柱。一个是跟着中心频率膨胀的带子，一个是等宽的网格，这是两套图形似神不似的根源。

　　为什么声学标准偏爱倍频程。人耳对频率的分辨本来就是对数的：把低频段拉长看和把高频段压扁看，人耳是同一回事。响度评价、噪声评价曲线这些体系，都是按倍频程或三分之一倍频程分段建立的，每个频段对应一条等响曲线的某一段。监管与验收场合，要的是不同实验室、不同设备之间能互相对得上数，倍频程的定义通用、固定，谁做出来都是同一套带，适合做公共语言。FFT的等宽网格在低频段显得稀疏、高频段显得过密，与人耳的分辨习惯不匹配，做公共语言就不如倍频程顺。

　　那FFT线性谱凭什么存在。工程上要找的常常是一根孤立的尖峰：电机的50赫兹、风机叶片通过频率、齿轮啮合的窄带嗡声。这些成分在倍频程图上被摊进几十到上百赫兹宽的带里，被周围的宽带噪声盖掉，看不出尖峰的形状。FFT把分辨率拉到1赫兹甚至更细，旁边有没有边频带、峰有多窄，一目了然。诊断设备异响、定位单频噪声源，靠的是这种细网格。两种带宽不是谁替代谁，是回答不同的问题。

　　从图形上也能直接判断一段声音是宽带还是窄带。宽带声在图上是一片连续的丘陵，能量铺得开，每根柱子都不高，加起来总量不小；窄带声在图上是一两根突兀的针，周围的底很低，针却耸得很高。空气动力性的风声、通风噪声偏宽带，电机、变压器、齿轮箱的声音偏窄带。把这两个图形特征记在脑子里，拿到一张图先扫一眼整体形状，声源的大致类别就有了方向，再决定往细里查还是往宽里看。

　　再辨谱密度和能量分布。频谱图上每一个柱子的高度，到底是这个频段里的总能量，还是每赫兹上的能量密度？这是读谱时第二个常见误会。宽带噪声在一个很宽的频率范围里均匀分布，它的能量摊在很多赫兹上，每赫兹分到的量很小；一个单频嗡声能量集中在很窄的范围里，每赫兹上的量很大。如果直接把两种图的柱子高度放在一起比，宽带噪声的柱子会显得矮，单频峰会显得高，但这是带宽不同造成的错觉。把每根柱子按它的带宽归一化，换算成每赫兹的能量密度，两种图才站在同一条起跑线上。噪声频谱分析仪在不同带宽模式之间切换时，报告的纵坐标口径必须跟着说明，否则跨图比较就是各说各话。
 

　　还有一对容易混的概念，在谱图纵轴上。有的图纵轴标着声压级，有的标着声压谱密度级，差的是级前面那个定语。前者是这个通带内所有能量合起来的总量，带宽越宽数字越大；后者是把带宽摊开之后的单位密度，与带宽无关。拿总量级的图去和谱密度级的图比，宽窄带宽之间天然差出一截，这不是测量误差，是口径没对齐。看谱图先看纵轴标了什么、带宽是多少，再开始读数，这个习惯比任何技巧都管用。

　　怎么用对，落到操作上有几条规矩。做噪声评价、出报告，用倍频程或三分之一倍频程，因为限值体系是按这套带宽写的，换别的带宽，数字无法和限值直接对照。做设备诊断、找异响，用FFT细谱，把可疑频率定位到具体的赫兹数，再回头查转速、叶片数、齿数。两种图不必二选一，成熟的做法是先用倍频程图粗看能量落在哪一段，再用FFT细谱在那一段里找峰。粗和细互相补，比单用任何一种都稳。

　　窗口函数对FFT图的影响，也属于术语范畴。FFT把有限长数据当周期信号处理，截断两端会在峰旁边拖出裙边，叫频谱泄漏。窗函数是给这段数据两头加权重，压低裙边的代价是把主峰本身也放宽一点。换不同窗，同一根峰的高矮和宽窄会变。做前后对比，两次测量必须用同一种窗、同一种采样时长，否则峰的高矮差异可能来自窗而不是来自声源。这也是为什么谱图的记录里总要写下窗函数和时长这两项。

　　分辨率和时长的关系，是FFT使用里绕不开的另一条。频率间隔约等于采样时长的倒数：采2秒，间隔约0.5赫兹；采10秒，间隔约0.1赫兹。要分开两根相隔很近的峰，就得把采样时间拉长。现场图上两根峰粘成一根，多半不是设备真的没有两个声源，而是时间太短、分辨率不够。低频段的峰要分辨，采样时长要拉得更长，这是FFT使用里的常见教训。