物体发生振动时产生声音，振动的强弱（能量的大小）体现为声音的大小，不同物体的振动体现为声音不同的音色，而振动的快慢就体现为声音的高低。振动的快慢在物理学上用频率表示，频率的定义为每秒钟物体振动的次数，用每秒振动1次作为频率的单位，称为赫兹。
频率的分布曲线就是频谱。频谱广泛应用在声学、光学和无线电技术等方面。频谱是频率谱密度的简称。它将对信号的研究从时域引到频域，从而为我们带来更直观的认识。信号分析主要从时域、频域和调制域三个方面进行。所谓时域分析就是观察并分析电信号随时间的变化情况。例如，信号的幅度、周期或频率等。时域分析常用的仪器是示波器（这个仪器我们前面已经接触过），但是示波器还不能提供充分的信息，因此就产生了用频域分析的方法来分析信号。观察并分析信号的幅度（电压或功率）与频率的关系，能够获取时域测量中所得不到的独特信息，例如谐波分量、寄生信号、交调、噪声边带等。通常进行信号频域分析的仪器就是频谱分析仪。
频谱分析仪（频谱仪）是信号频域特性分析的重要工具。它将一个由许多频率分量组成的复杂信号分解成各个频率分量，每一个频率分量的电平被依次显示出来。如图1-7所示，是由3个不同频率的正弦波叠加而成的信号，从时域测量来看，只是一个非规则波形。但是如果测量其频谱，便可获得更进一步的资料，了解这个合成信号中所包含的不同信号的频率和强度。现代频谱分析仪大多基于快速傅里叶变换（FFT），通过傅里叶运算将被测信号分解成分立的频率分量，达到与传统频谱分析仪同样的结果。这种新型的频谱分析仪采用数字方法直接由模拟/数字转换器（ADC）对输入信号取样，再经FFT处理后获得频谱分布图。
图1-7 信号的频域与时域测量
在Pocket Lab的示波器面板上选择FFT，即可获得信号的频谱信息。图1-8（a）为传统实验室中采用的某种型号的频谱测试仪照片，图1-8（b）为Pocket Lab频谱测试虚拟面板。(www.xing528.com)
图1-8 频谱仪
正弦波和方波都是大家熟悉的时域波形，那么两者的频谱究竟如何呢？用Pocket Lab产生的1 k Hz正弦波和方波在示波器上显示时域波形，如图1-9（a）所示。选择FFT，得到方波的频谱图，如图1-9（b）所示，正弦波的频谱图如图1-9（c）所示。频谱图揭示了方波和正弦波的频率本质：正弦波是单一频率波形，仅仅含有1 k Hz分量；而方波的基波频率是1 k Hz，除此之外还有3 k Hz、5 k Hz等基波的奇数倍数的分量。
图1-9 正弦波和方波的时域、频域信号对比
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