【正文】 however, the Sound and Vibration Toolkit offers digital weighting filters for time and frequency data.Audio Measurements with LabVIEWHaving acquired, scaled and weighted an audio signal, we are now ready to take advantage of the processing power of our puter to perform plex signal analysis. This section describes mon audio measurements used throughout the industry. A brief explanation is provided together with example code that demonstrates how to perform these measurements with the Sound and Vibration Toolkit.SingleTone InformationSeveral standard methods for audio measurements require the excitation and analysis of a single tone. The NI Sound and Vibration Toolkit offers an Express VI to extract important information about a tone found in a signal. The Tone Measurement Express VI finds the tone with the highest amplitude on the signal and calculates the amplitude and frequency. This VI also has the option to export a spectrum and additional tone analysis. For better performance, this VI can also narrow the search to a specified frequency band. This example was limited to a singlechannel analysis, but this VI is capable of analyzing several channels simultaneously.RMSFor certain applications the amplitude of a signal is not enough information. In many measurements, such as gain calculations and power, the rootmeansquare (rms) value of a signal is required. The NI Sound and Vibration Toolkit provides a VI that easily putes the rms value by squaring the instantaneous signal data, integrating over the desired time, and taking the square root. The Amplitude and Level Express VI is also capable of averaging the rms values calculated from the signal. This VI also includes the option of time windowing for better measurements. GainOne of the basic measurements performed on an audio system is gain. The system gets a stimulus signal and generates a response signal. The factor by which t。 raw data es in regular voltage units. Signal scaling is the required process of converting the voltage values to the correct engineering units. The SVS Scale Voltage to provides an easy way to scale a voltage signal to units such as Pascals (Pa), g, m/s178。感謝東北大學秦皇島分校對我的培養(yǎng)，母校四年教授于我的不僅僅是專業(yè)技能，更是幫我樹立了樂觀、積極、奮進的人生觀和價值觀，這些都將是我畢生的財富。他淵博的學識、嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L、敏銳的科學探索眼光、良好的科學素養(yǎng)以及對學生在學習上無微不至的關(guān)懷，使我深受教育和感動，并將使我受益終身。 本文提出的基于LabVIEW利用聲卡作為音頻數(shù)據(jù)采集設(shè)備而構(gòu)建的信號分析系統(tǒng)，具有較高的性價比，但由于作者的專業(yè)是測控技術(shù)與儀器，對于數(shù)字處理方面了解不夠深入，水平有限，所以在音頻信號處理部分仍需要專業(yè)人士指正修改后方可投入實際使用中。 設(shè)計的信號分析系統(tǒng)有數(shù)據(jù)采集、波形顯示與保存、濾波、加窗、參數(shù)測量、數(shù)據(jù)分析、存儲以及數(shù)據(jù)文件再調(diào)用分析等功能，基本上滿足了音頻信號分析和實驗教學的需要。分析信號分析系統(tǒng)實現(xiàn)的可行性，比較各種設(shè)計方案的優(yōu)劣，確定最終的設(shè)計方案。與實時信號相同，聲音信號波形和FFT窗口分別顯示經(jīng)濾波后得到的波形和經(jīng)FFT功率譜分析后得到的波形，直流波形和均方根波形窗口則是以數(shù)據(jù)的形式顯示出波形的平均值流和均方根值。若沒有選擇路徑，則音頻信號存儲為默認路徑。其中聲音波形顯示的是實時信號經(jīng)過濾波后得到的波形，F(xiàn)FT波形圖窗口顯示的是對實時信號進行了FFT功率譜分析后得到的波形，直流波形和均方根波形窗口則是以數(shù)據(jù)的形式顯示出波形的平均值流和均方根值。這就要求設(shè)計者在開發(fā)程序的過程中一定要仔細地把好每一關(guān)，在模塊內(nèi)部將錯誤清除，才能減輕最終程序調(diào)試的難度。5）保存連線值可以通過單擊保存連線值按鈕，在程序運行時保存流過連線的數(shù)據(jù)流的值。該窗口總是被顯示在前面板窗口或框圖窗口的上面。從Tools工具模板選擇探針工具，再用鼠標左鍵點擊探針的連接線。按下單步執(zhí)行按鈕，閃爍的節(jié)點被執(zhí)行，下一個將要執(zhí)行的節(jié)點變?yōu)殚W爍，指示它將被執(zhí)行。斷點的顯示對于節(jié)點或者圖框表示為紅框?qū)τ诼?lián)機表示為紅點。使用斷點工具可以在程序的某一地點中止程序執(zhí)行，用探針或者單步方式查看數(shù)據(jù)。這樣，你就可以在根據(jù)數(shù)據(jù)的流動狀態(tài)跟蹤程序的執(zhí)行。點擊它，則LabVIEW彈出錯誤清單窗口，點擊其中任何一個所列出的錯誤，選用Find功能，則出錯的對象或端口就會變成高亮。在程序調(diào)試中根據(jù)出現(xiàn)的問題，找到以下幾種解決方法:1）找出語法錯誤如果一個V1程序存在語法錯誤，則在面板工具條上的運行按鈕將會變成一個折斷的箭頭，表示程序不能被執(zhí)行。有些節(jié)點或子VI的一些輸入或輸出接線端必須連接，不能置空。在運行VI之前，必須保證VI是可運行的，導致VI斷開的常見情況有：1）數(shù)據(jù)類型不匹配或存在沒有連接的連線端，導致程序框圖中有斷線。在創(chuàng)建或編輯完成一個VI對象后，需要通過調(diào)試來排除VI對象中的問題。 我們將程序運行中應該注意的問題，程序?qū)崿F(xiàn)的功能和用法等寫入“”文檔中，通過單擊主界面“幫助”按鈕調(diào)用。在此，我們僅以時域分析中的“平均直流均方根”節(jié)點和頻域分析中的“FFT功率譜密度”函數(shù)節(jié)點為例，來說明對音頻信號的處理和分析。 打開聲音文件 關(guān)閉聲音文件 利用以上節(jié)點即可實現(xiàn)對聲音信號的采集。下面對本文所用到幾個節(jié)點進行介紹： 配置聲音輸入 配置聲音輸入設(shè)備（聲卡）參數(shù)，用于獲取數(shù)據(jù)并且將數(shù)據(jù)傳送至緩沖區(qū)； 配置聲音輸入 1）每通道采樣數(shù)：指定緩沖區(qū)中，每個通道的采樣點數(shù) 2）采樣模式：用于設(shè)定采樣模式，用戶可以設(shè)定兩種采樣模式，分別是“連續(xù)采樣”和“有限采樣” 3）設(shè)備ID：用于指定聲音的輸入/輸出設(shè)備，一般情況下，選擇默認值0 4）聲音格式：用于設(shè)置聲音的格式，該項設(shè)置包含3個方面，分別是：“采樣率”，用于指定采樣頻率；“通道數(shù)”，用于設(shè)定通道的數(shù)目，對于多數(shù)多媒體聲卡，1為單聲道、2為雙聲道。與聲音相關(guān)的函數(shù)節(jié)點位于“編程”選板下的“圖形與聲音”函數(shù)子選板的“聲音”函數(shù)選板的各子選板中。下面分采集和處理兩部分說明：由于虛擬儀器設(shè)計是以軟件為核心，即主要部分在LabVIEW編程上，在這里涉及到音頻信號的采集，便簡單介紹一下硬件部分。值得注意的是，必須現(xiàn)在前面板中選擇載入的歷史信號的正確路徑，再單擊 “歷史重載信號” 按鈕，程序才能正確運行，關(guān)于這一點，我們將在 “幫助文檔” 中提醒用戶。 實時采集信號的前面板 歷史重載信號模塊的設(shè)計 為了簡化設(shè)計，我們將歷史重載信號的顯示面板設(shè)置在主頁面上，見圖44。 實時信號的采集和處理 ，這是程序運行時的一個截圖。 主界面程序框圖 本程序利用PC機的聲卡（獨立聲卡或集成聲卡），通過麥克將傳聲器輸出信號接入到聲卡，并將采集到的聲音信號保存成聲音文件。 系統(tǒng)主頁面的設(shè)計 系統(tǒng)主界面包括 “信號源選擇” 、“信號處理分析” 和 “幫助” 三個模塊構(gòu)成，這三個大模塊又分別包括各自的小模塊；“信號源選擇” 模塊包括“實時采集信號”和“歷史重載信號” 兩個小模塊，“信號處理分析” 模塊包括“時域分析” 和“頻域分析” 兩個小模塊，“幫助” 模塊則調(diào)出 “幫助文檔” ，以方便用戶了解本程序的使用方法。 系統(tǒng)歡迎界面 選擇是否進入系統(tǒng) 歡迎界面的程序框圖 歡迎界面的程序框圖中主要是一個事件結(jié)構(gòu)，由單擊 “進入系統(tǒng)” 按鈕觸發(fā)， “進入系統(tǒng)” 通過調(diào)用 “主頁面” 子VI實現(xiàn)，在子VI的 “文件|VI屬性|窗口外觀|自定義” 對話框中，選擇 “調(diào)用時顯示前面板” 選項。當按下 “進入系統(tǒng)” 時，將彈出對話框 “是否進入系統(tǒng)？” ()點擊 “確定” 后將彈出信號處理的主程序界面。本系統(tǒng)總體包括 “實時信號” 、“歷史重載信號” 、“時域分析” 、“頻域分析” 、“輔助功能” 等五個小模塊。 5）輔助模塊主要實現(xiàn)信號的保存。 3）時域分析模塊主要實現(xiàn)電壓、頻率等參數(shù)測量，諧波失真分析、自相關(guān)分析，并可在前面板顯示相應數(shù)據(jù)、波形。各模塊主要功能介紹如下： 1）實時采集信號模塊主要可以通過對聲卡參數(shù)設(shè)置，實現(xiàn)實時采集數(shù)據(jù)，并可以對采集信號進行存儲。LabVIEW開發(fā)平臺系統(tǒng)主頁數(shù)據(jù)采集卡（聲卡）信號源選擇信號分析模塊幫助實時采集信號歷史重載信號時域分析頻域分析輔助功能 系統(tǒng)模塊示意圖 本程序共包括3個大模塊、5個小模塊，在系統(tǒng)設(shè)計時，先設(shè)計小的功能模塊，然后按照系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)從下往上分別設(shè)計各個大的功能模塊。 系統(tǒng)模塊劃分 根據(jù)系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能，我們將系統(tǒng)模塊劃分為以下幾個部分。至此，系統(tǒng)的設(shè)計方案已經(jīng)確定，那就是用聲卡作數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)，用Lab VIEW進行軟件編程，開發(fā)基于LabVIEW的信號分析系統(tǒng)。通過上面的方案比較可以知道，聲卡作數(shù)據(jù)采集卡在許多方面比其它數(shù)據(jù)采集卡更具優(yōu)勢。而其缺點也是顯而易見的，諸多代碼的編寫使程序開發(fā)更復雜，這給普通用戶組建自己的測量系統(tǒng)帶來極大的困難。這里撇開題目“基于LabVIEW信號分析系統(tǒng)的設(shè)計”不談，僅討論用Visual C++編程的優(yōu)點與不足。第四個方案是用聲卡作數(shù)據(jù)采集卡、用Visual C++（或其他文本式編程語言）進行軟件編程。雖然說國產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集卡比較便宜，但這只是相對國外品牌的數(shù)據(jù)采集卡而言的，對普通用戶來說，價錢依然昂貴，如中泰的數(shù)據(jù)采集卡要3000多元人民幣，凌華的DAQ2006（250k四通道同步采樣,16位分辨率）要13000多元人民幣。第三個方案是用國產(chǎn)的普通數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)、用LabVIEW進行軟件編程。這與第一個方案的不同之處在于數(shù)據(jù)采集卡，因此在這里重點比較數(shù)據(jù)采集卡的優(yōu)勢與劣勢。這個方案的優(yōu)點是充分發(fā)揮聲卡的數(shù)據(jù)采集性能，系統(tǒng)造價低、開發(fā)方便、系統(tǒng)移植能力強；缺點是對低于20Hz的信號采集效果不理想，采樣精度不夠高、通道數(shù)量比較少（當然，可以通過配置多塊聲卡來解決這個問題）。信號分析系統(tǒng)的設(shè)計方案有很多，并且各有各的優(yōu)點與不足，下面探討系統(tǒng)的一些開發(fā)方案，比較各個方案的優(yōu)勢與劣勢。從上面的分析可以知道，用聲卡作為數(shù)據(jù)采集卡，結(jié)合LabVIEW編程可以組成一個低成本高性能的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。LabVIEW具有Express VIs技術(shù)，可以方便地調(diào)用聲卡VI來控制聲卡數(shù)據(jù)的輸入與輸出。此外，聲卡不僅價格低廉（大多數(shù)是PC主板集成）、性能穩(wěn)定，而且兼容性好、靈活通用，軟件特別是驅(qū)動程序升級方便；ISA（Industry Standard Architecture，工業(yè)標準結(jié)構(gòu)）總線向PCI總線的過渡，解決了以往聲卡與系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)的瓶頸問題，同時也充分發(fā)揮了DSP芯片的性能。例如，%的聲卡，在采樣頻率為44100Hz時。但是不能因為便宜就小看了聲卡，因為便宜只是大批量生產(chǎn)的結(jié)果，正是因為大批量生產(chǎn)，所以性能相當穩(wěn)定。通常是外置聲卡最好，其次是內(nèi)置獨立聲卡，最后是板載聲卡，專業(yè)級聲卡優(yōu)于消費級聲卡。由于聲卡內(nèi)部都帶有增益