虛擬儀器課程設計--基于聲卡的音頻采集分析儀與信號發(fā)生器設計(編輯修改稿)
2025-02-13 03:04 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 而且計算機無需添加額外配件便能完成所有音頻信號的采集功能，具有價格低廉、采樣精度高，與LabView結(jié)合編程簡單等優(yōu)點，因此，利用聲卡可以構(gòu)成一個較高采樣精度、中等采樣頻率、靈活性好的信號采集系統(tǒng)。聲卡主要技術(shù)指標有采樣位數(shù)、采樣頻率、頻率范圍和頻率響應、基準電壓等。（1）采樣位數(shù)：采樣位數(shù)可以理解為聲卡處理聲音的解析度。這個數(shù)值越大，解析度就越高，錄制和回放的聲音就越真實。如今市面上所有的主流產(chǎn)品都是16位的聲卡，而一般的數(shù)據(jù)采集卡大多也才有12位，因此，聲卡相較于常用的數(shù)據(jù)采集卡毫不遜色。（2）采樣頻率：采樣頻率是指錄音設備在一秒鐘內(nèi)對聲音信號的采樣次數(shù)，采樣頻率越高聲音的還原就越真實越自然。在當今的主流民用聲卡上，采樣頻率一般共分為8 KHz、少數(shù)可以達到48 KHz 。對于20Hz～20KHz范圍內(nèi)的音頻信號，如果采用48 KHz采樣頻率，雖然理論上是可行的，但是效果已經(jīng)不是最好。因而使用聲卡的局限性就是不允許用戶在最高采樣率下隨意設定采樣頻率。對于高于48KHz的采樣頻率人耳已無法辨別出來了，因此沒有實用價值。（3）頻率范圍和頻率響應：前者是指音響系統(tǒng)能夠回放的最低有效回放頻率與最高有效回放頻率之間的范圍；后者是指將一個以恒電壓輸出的音頻信號與系統(tǒng)相連接時，音箱產(chǎn)生的聲壓隨頻率的變化而發(fā)生增大或衰減、相位隨頻率而發(fā)生變化的現(xiàn)象。以聲卡作為虛擬測試儀器的硬件設備必須對其頻率特性有所了解。本系統(tǒng)所用計算機主板集成聲卡是Reaktek的ALC880 Codec，根據(jù)其性能指標，采樣位數(shù)為雙通道，采樣比特數(shù)為16位，以保證采樣時的干擾較小、波形穩(wěn)定。（4）基準電壓：聲卡沒有基準電壓，因此無論是A/D還是D/A轉(zhuǎn)換器，都需要用戶參照基準電壓進行標定。為了減少頻譜能量泄漏，可采用不同的截取函數(shù)對信號進行截斷，截斷函數(shù)稱為窗函數(shù)，簡稱為窗。信號截斷以后產(chǎn)生的能量泄漏現(xiàn)象是必然的，因為窗函數(shù)w(t)是一個頻帶無限的函數(shù)，所以即使原信號x(t)是有限帶寬信號，而在截斷以后也必然成為無限帶寬的函數(shù)，即信號在頻域的能量與分布被擴展了。又從采樣定理可知，無論采樣頻率多高，只要信號一經(jīng)截斷，就不可避免地引起混疊，因此信號截斷必然導致一些誤差。對于窗函數(shù)的選擇，應考慮被分析信號的性質(zhì)與處理要求。如果僅要求精確讀出主瓣頻率，而不考慮幅值精度，則可選用主瓣寬度比較窄而便于分辨的矩形窗，例如測量物體的自振頻率等；如果分析窄帶信號，且有較強的干擾噪聲，則應選用旁瓣幅度小的窗函數(shù)，如漢寧窗、三角窗等；對于隨時間按指數(shù)衰減的函數(shù)，可采用指數(shù)窗來提高信噪比。 FFT（Fast Fourier Transformation），即為快速傅氏變換，是離散傅氏變換的快速算法，它是根據(jù)離散傅氏變換的奇、偶、虛、實等特性，對離散傅立葉變換的算法進行改進獲得的。它對傅氏變換的理論并沒有新的發(fā)現(xiàn)，但是對于在計算機系統(tǒng)或者說數(shù)字系統(tǒng)中應用離散傅立葉變換，可以說是進了一大步。本設計使用快速傅里葉實現(xiàn)對信號的相位、頻率、幅度的分析。定義:凡是可以使信號中特定的頻率成分通過，而極大地衰減或抑制其他頻率成分的裝置或系統(tǒng)都稱之為濾波器，相當于頻率“篩子”。圖3分類:低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器定義：為了研究函數(shù)的變化規(guī)律，往往需要求出不在表上的函數(shù)值。因此，我們希望可以根據(jù)給定的函數(shù)表做一個既能反映函數(shù)f(x)的特性，又便于計算的簡單函數(shù)P(x)。用P(x)近似f(X)。通常選一類簡單的函數(shù)作為P(x)，并使P(xi)=f(xi)對i=1,2,……,n成立。這樣確定下來的P(x)就是我們希望的插值函數(shù)，此即為插值法。 線性插值是數(shù)學、計算機圖形學等領域廣泛使用的一種簡單插值方法。假設我們已知坐標(x0,y0)與(x1,y1),要得到[x0,x1]區(qū)間內(nèi)某一位置x在直線上的y值。圖4根據(jù)圖中所示，我們得到（yy0）(x1x0)=(y1y0)(xx0)，假設方程兩邊的值為α，那么這個值就是插值系數(shù)—從x0到x的距離與從x0到x1距離的比值。由于x值已知，所以可以從公式得到α的值α=(xx0)/(x1x0)同樣，α=(yy0)/(y1y0)這樣，在代數(shù)上就可以表示
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