【文章內(nèi)容簡介】 數(shù)據(jù)的時域圖和頻譜圖 。 (5)其他功能。根據(jù)不同的需要 ,還可以進(jìn)行修改 ,以選擇合適的實驗方案。 系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn) 聲音信號采集功能的實現(xiàn)是由 MATLAB 控制計算機(jī)聲卡將傳感器得到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并存儲在計算機(jī)中 。而信號分析功能是將采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行時、頻域分析和各項數(shù)值分析等。整個 系統(tǒng)設(shè)計主要包括系統(tǒng)的硬件配置、編制程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集、編制程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)分析及系統(tǒng)的界面設(shè)計四部分。 聲音信號采集的硬件配置 將聲卡插入計算機(jī)的 PCI 插槽 ,安裝好相應(yīng)的驅(qū)動程序后 ,將聲音傳感器設(shè)備與聲卡的模擬輸入端連接起來 ,這就構(gòu)建了聲音采集的硬件設(shè)備 ,需要注意的是對聲音傳感器的選擇 ,應(yīng)選擇音頻專用電纜或屏蔽電纜以減小噪聲信號的引入 ,最好能選擇單向性聲音傳感器。在 MATLAB 的信號采集工具箱中有專門為聲卡生成一個操作對象的函數(shù) ,初始化該操作對象即能建立 MATLAB 與聲卡的通信 ,并為已創(chuàng)建的聲卡設(shè)備對象增加數(shù)據(jù)采集通道和觸發(fā)方式。若缺省設(shè)置則系統(tǒng)采用一個數(shù)據(jù)通道、手動觸發(fā)方式啟動工作。進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時 ,根據(jù)所配置的聲卡的工作特性和信號分析的設(shè)計要求 ,可設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)來控制聲卡在數(shù)據(jù)采集時的行為 ,如采樣頻率、采樣時間、預(yù)計模擬信號的輸入 /輸出范圍、采樣的出發(fā)方式 ,采樣點數(shù)據(jù)的存儲等。另外需要注意的一點是采樣頻率是由聲卡的物理特性決定的 ,實際應(yīng)用中可以根據(jù)情況選擇一個聲卡支持的采樣頻率 .MATLAB 支持電平觸發(fā)、事件觸發(fā)和手動觸發(fā)三種方式來啟動數(shù)據(jù)采集工作。聲音信號采集硬件配置的具體實現(xiàn)過程 AI = analoginput(39。winsound39。)。 chan = addchannel(AI,1)。 第 13 頁 set(AI,39。SampleRate39。,10000) % 設(shè)置采樣速率為 10000Hz ActualRate = get(AI,39。SampleRate39。)。 % 從 AI中獲取實際采樣速率 set(AI,39。TriggerChannel39。,chan) % 設(shè)置觸發(fā)通道 set(AI,39。TriggerType39。,39。software39。)。 % 設(shè)置觸發(fā)類型 set(AI,39。Triggercondition39。,39。rising39。)。 % 設(shè)置為電壓上升至某值后觸發(fā) set(AI,39。TriggerConditionValue39。,)。 % 設(shè)置觸發(fā)電壓值 set(AI, 39。TriggerDelay39。, 1)。 % 設(shè)置觸發(fā)時延 set(AI, 39。TriggerDelayUnits39。, 39。seconds39。)。 % 設(shè)置觸發(fā)時延的單位 set(AI,39。timeout39。,2) % 定義超時值 Fs = ActualRate。 % 設(shè)置采樣速率 ...% 其它的相關(guān)設(shè)置 數(shù)據(jù)采集 啟動設(shè)備對象 ,控制聲卡開始采集數(shù)據(jù) ,采 集過程中可以向聲卡發(fā)送控制命令 ,如暫停采集、退出采集等。采集到的數(shù)據(jù)被暫時存放在計算機(jī)的內(nèi)存中 ,理論上可采集的最大數(shù)據(jù)量是由計算機(jī)的內(nèi)存量所決定的。同時 , MATLAB 能夠記錄采集設(shè)備的硬件屬性、采集的啟動時刻、采集時間、采樣頻率及采樣通道等信息 ,如果采集過程中出現(xiàn)了錯誤 ,則出錯的時刻、錯誤產(chǎn)生的來源等信息也都會被記錄下來供后續(xù)工作 參考 。需要注意的是 ,執(zhí)行完一次數(shù)據(jù)采集工作后應(yīng)刪除設(shè)備對象 ,將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)存儲在硬盤上之后釋放數(shù)據(jù)存儲所占用的內(nèi)存空間 ,以備下一次采集能有足夠的內(nèi)存空間存儲新的數(shù)據(jù)，聲音信號采集 的實現(xiàn)程序為 clear data1。 start(AI) % 開始采樣 try [data1,time]=getdata(AI)。 % 將采樣得到的數(shù)據(jù)保存到 data1,采樣時間保存到time catch time=0。data1=0。 disp(39。A timeout occurred.39。)。 end 第 14 頁 數(shù)據(jù)分析 在設(shè)計該部分時 ,不僅要求實現(xiàn)能從數(shù)據(jù)采集部分直接獲取數(shù)據(jù) ,還需實現(xiàn)能從文件中讀取以前所保持好的數(shù)據(jù)。之后 ,用戶可以根據(jù)實際研究的需要 ,在 MATLAB 中調(diào)用頻譜分析函數(shù) (periodogram 等 )、功率譜分析函數(shù) (psd 等 )或數(shù)值分析函數(shù)(fminbnd 等 ),就可以將采集到的聲音信號分別進(jìn)行頻譜、功率譜分析等多種譜分析 ,并且可方便地將分析結(jié)果以圖形的形式顯示出來。 對所采集的聲音信號進(jìn)行頻譜分析的程序為 [f,mag]=daqdocfft(data1,Fs,blocksize)。 % 此函數(shù)為 MATLAB自帶 subplot(2,1,2) plot(f,mag) grid on ylabel(39。Magnitude (dB)39。) xlabel(39。Frequency (Hz)39。) title(39。Frequency Components of Ining Signal39。) 應(yīng)用實例 對聲卡產(chǎn)生的模擬輸入對象進(jìn)行操作。 聲卡是 MATLAB 數(shù)據(jù)采集工具箱所支持的一種硬件，用聲卡完成一個簡單的數(shù)據(jù)采集過程，麥克風(fēng)就成了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的傳感器。 （ 1） 創(chuàng)建設(shè)備對象，這里創(chuàng)建的是一個聲卡 AI設(shè)備對象。 AI = analoginput(39。winsound39。)。 （ 2） 給設(shè)備對象添加通道，這里添加 1 個通道。 chan = addchannel(AI,1)。 （ 3） 設(shè)定設(shè)備屬性值，控制數(shù)據(jù) 采集。 set(AI,39。SampleRate39。,10000) % 設(shè)置采樣速率為 10000Hz ActualRate = get(AI,39。SampleRate39。)。 % 從 AI中獲取實際采樣速率 set(AI,39。TriggerChannel39。,chan)。 % 設(shè)置觸發(fā)通道 set(AI,39。TriggerType39。,39。software39。)。 % 設(shè)置觸發(fā)類型 set(AI,39。Triggercondition39。,39。rising39。)。 % 設(shè)置為電壓上升至某值后觸發(fā) set(AI,39。TriggerConditionValue39。,)。 % 設(shè)置觸發(fā)電壓值 set(AI, 39。TriggerDelay39。, 1)。 % 設(shè)置觸發(fā)時延 第 15 頁 set(AI, 39。TriggerDelayUnits39。, 39。seconds39。)。 % 設(shè)置觸發(fā)時延的單位 set(AI,39。timeout39。,2)。 % 定義超時值 Fs = ActualRate。 % 設(shè)置采樣速率 （ 4） 數(shù)據(jù)采集及結(jié)果處理。在這里首先將所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅立葉變換，然后轉(zhuǎn)化成分貝，并顯示結(jié)果的實數(shù)部分。 [f,mag] = daqdocfft(data1,Fs,blocksize)。 % 此函數(shù)為 MATLAB自帶 subplot(2,1,2) plot(f,mag) grid on ylabel(39。Magnitude (dB)39。) xlabel(39。Frequency (Hz)39。) title(39。Frequency Components of Ining Signal39。) （ 5） 清除內(nèi)存中的設(shè)備對象 。 delete(AI) clear AI 人聲采樣以及之后的快速傅立葉變換，再轉(zhuǎn)化為分貝見下圖 8，圖 9。 圖 8 采樣過程中沒有對麥克風(fēng)講話 第 16 頁 圖 9 采樣過程中對麥克風(fēng)講話 結(jié)果分析 ： 圖 9中 是在采樣過程中打開麥克風(fēng) ， 但是沒有對麥克風(fēng)講話的結(jié)果，圖 10 是在采樣的過程中對麥克風(fēng)講話的結(jié)果 。 可以看出 ， 講話與否改變了所采集到的數(shù)據(jù)的結(jié)果 。 第 17 頁 5 結(jié)語 MATLAB具備高性能的數(shù)值計算和可視化的科學(xué)工程計算功能，支持解釋性語言輸入，編程實現(xiàn)簡單，具有豐富的數(shù)學(xué)函數(shù)功能支持 。 MATLAB提供的數(shù)據(jù)采集工具箱具有簡單易用的特點 ,使用它用戶可以非常方便地創(chuàng)建自己的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 。而聲卡的普及性高，價格低廉。所以說，該系統(tǒng)有操作簡便、采集快速的優(yōu)點，在不需要太 高精度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中有一定的實用性。 但是， 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)性能的好壞主要取決于它的精度和速度，在保證精度的條件下，還要盡可能地提高采樣速度，以滿足實時采集、實時處理和實時控制的要求。所以說，此方法僅是一個簡易采集，也只起一個拋磚引玉的作用，若要高精度采集，還需要仔細(xì)研究，更加完善，才能發(fā)揮出更大的用途。 第 18 頁 [參考文獻(xiàn) ] [1]JI Xiaosong,LI and Realization of Highspeed Data Acquisition Card[J]Modern Electronics ,(1):1618. [2]陳志勇 ,錢衛(wèi)飛 .基于 MATLAB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) [J].計量技術(shù)， 2021,(1):1215. [3]李亞微 ,郭敏 .基于 MATLAB的音頻數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) [J].電聲技術(shù) ,2021,31(3):1214. [4]陳小異 ,劉軍安 ,吳晨曦 .基于 MATLAB 的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計 [J].新技術(shù)新工藝 ,2021(10):1011. [5]王紅兵 ,王國棟 ,金翔 ,白寧 .基于聲卡和 MATLAB的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在楊氏模量測量中的應(yīng)用[J].物理實驗 ,2021,(4):2225. [6]王琳 ,商周 ,王學(xué)偉 .數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用 [J].電測與儀表 ,2021,(8):1719. [7]趙祚喜 ,羅錫文 ,馬瑞峻 .基于 MATLAB的計算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 [J].2021,(3):1316. [8]陳德娟 .基于 MATLAB的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 [J].2021,30(4):912. [9]賴?yán)蝻w ,王笑君 .數(shù)據(jù)采集器運(yùn)用于探究性學(xué)習(xí)的探討 [J]．物理實驗 .2021(7):1012. [10]晏培等 .數(shù)據(jù)采集與工業(yè)通信 [J].現(xiàn)代制造 .2021(13)： 2325. [11]張金玉 ,張優(yōu)云 ,王漢功 .基于 MATLAB 遠(yuǎn)程信號分析與診斷系統(tǒng)的開發(fā) [J].電子技術(shù)應(yīng)用 .2021(10)： 38. [12]VINAY K I。JOHN G signal processing using MATLAB[J].1996. [13]Miroslav D Lutovac,Dejan V Tosic,Brian L Design for Signal Processing[M].電子工業(yè)出版社， 2021. [14]李念強(qiáng) .數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計 [M].機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021. [15]馬明建 ,周長城 .數(shù)據(jù)采集 與處理技術(shù) [M].第二版 .西安 :西安交通大學(xué)出版社 ,2021. [16]馬興義 ,楊立群 ,林敏 .MATLAB6應(yīng)用開發(fā)指南 [M].北京 :北京機(jī)械工業(yè)出版社 ， 2021. [17]樓順天 .基于 MATLAB的系統(tǒng)分析與設(shè)計 [M].西安 :西安電子科技大學(xué)出版社 ,2021. [18]晏培等 .數(shù)據(jù)采集與工業(yè)通信 [M]．現(xiàn)代制造， 2021. 第 19 頁 附錄 附程序 function ouyangchao AI = analoginput(39。winsound39。)。 chan = addchannel(AI,1)。 set(AI,39。SampleRate39。,10000) % 設(shè)置采樣速率為 10000Hz ActualRate = get(AI,39。SampleRate39。)。 % 從 AI中獲取實際采樣速率 set(AI,39。TriggerChannel39。,chan) % 設(shè)置觸發(fā)通道 set(AI,39。TriggerType39。,39。software39。)。 % 設(shè)置觸發(fā)類型 set(AI,39。Triggercondition39。,39。rising39。)。 % 設(shè)置為電壓上升至某值后觸發(fā) set(AI,39。TriggerConditionValue39。,)。 % 設(shè)置觸發(fā)電壓值 set(AI, 39。TriggerDelay39。, 1)。 % 設(shè)置觸發(fā)時延 set(AI, 39。TriggerDelayUnits39。, 39。seconds39。)。 % 設(shè)置觸發(fā)時延的單位 set(AI,39。timeout39。,2) % 定義超時值 Fs = ActualRate。 % 設(shè)置采樣速率 clear data1。 start(AI) % 開始采樣 try [data1,time]=getdata(AI)。 % 將采樣得到的數(shù)據(jù)保存到 data1,采樣時間保存到 time catch time=0。data1=0。 disp(39。A timeout occurred.39。)。 end subplot(2,1,1) % 繪制 2行 1列的第 1張子圖 plot(time,data1) % 以時間為