基于聲卡的音頻信號分析儀的設(shè)計-文庫吧資料
2025-07-03 20:38本頁面
【正文】 下, 可以創(chuàng)建32位的編譯程序, 該程序可脫離LabVIEW開發(fā)環(huán)境執(zhí)行, 從而為完成常規(guī)的數(shù)據(jù)采集、測試、測量等任務(wù)提供了更快的運行速度。在信號分析之前加人了Butterworth低通濾波器, 對原始信號進行平滑濾波處理以消除高次諧波失真和噪聲干擾, 提高信噪比。圖 5 所示局部用戶界面中的波形是通過麥克風實時采集的兒童高音, 其效果已經(jīng)滿足了普通測量要求, 在采集暫停和終止時可以通過LabVIEW波形顯示器(Waveform Graph)自帶的功能對波形進行觀察和測量, 對穩(wěn)定的周期信號還可以直接準確地讀出幅值和頻率。本文根據(jù)主流聲卡的性能指標, , 采樣位數(shù)為16位, 采樣方式為單聲道, 這樣采樣的波形穩(wěn)定, 而且干擾小。由于PCM波形音頻格式輸出的信號質(zhì)量最好, 所以本文使用該格式對信號進行數(shù)字化處理。采集到的數(shù)據(jù)及其頻譜特性以直觀的圖形方式呈現(xiàn)于用戶面前。根據(jù)VI結(jié)構(gòu)化的特征, 把整個系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集和信號分析兩個模塊, 以友好的圖形界面與用戶進行交互?？梢哉f系統(tǒng)設(shè)置面板是系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的設(shè)置說明和使用說明。通過圖形窗口的選擇、單位的選擇、坐標顯示模式的選擇等參數(shù)設(shè)置, 顯示信號的自功率譜。系統(tǒng)設(shè)置可以設(shè)置聲卡的采樣頻率和采樣位數(shù), 同時可以設(shè)置緩沖區(qū)的容量。本文設(shè)計的虛擬音頻信號分析儀的前面板分3個功能示波器、頻譜分析儀和系統(tǒng)設(shè)置, 如圖5所示。一個LabVIEW程序包括兩部分：前面板和圖形代碼。 圖 3 聲卡輸入模塊聲卡的數(shù)據(jù)采集流程如圖 4 所示。在設(shè)定了聲卡的主要參數(shù)后, 在利用聲卡的DMA方式進行數(shù)據(jù)采集。CPU保證在讀寫8KB長度的內(nèi)存緩沖區(qū)時, 速度足夠快, 并且不會被其他外來事件打斷。所以一般設(shè)定為16位。位數(shù)越高, 在定域內(nèi)能表示的聲波振幅的數(shù)目越多, 記錄的音質(zhì)也就越高。 采樣位數(shù) 將聲音從模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的二進制位數(shù)（bit）。 采樣頻率 目前, , 一般采樣頻率分為4檔, , ，8kHz。聲卡的基本工作流程為:輸入時, 麥克風或線路輸人獲取的音頻信號通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號, 送到計算機進行播放、錄音等各種處理輸出時, 計算機通過總線將數(shù)轉(zhuǎn)換器, 變成模擬的音頻信號, 進而通過功率放大器或線路輸出送到音箱等設(shè)備轉(zhuǎn)換為聲波字化的聲音信號以PCM(脈沖編碼調(diào)制)方式送到D/A轉(zhuǎn)換器, 變成模擬的音頻信號, 進而通過功率放大器或線路輸出送到音箱等設(shè)備轉(zhuǎn)換為聲波。本文就是利用普通聲卡作數(shù)據(jù)采集卡, 以LabVIEW軟件為開發(fā)平臺, 設(shè)計了一種低成本高性能音頻信號分析儀, 該分析儀具有波形顯示功能和頻譜分析功能, 即具有示波器和頻譜分析儀的基本功能。系統(tǒng)據(jù)此調(diào)節(jié)程控衰減器,使調(diào)理后信號適宜A/ D 變換,同時為100Hz 方波,儀器實際測試的功率譜如下圖所示： 方波頻譜分析結(jié)果第2章 軟件設(shè)計與實現(xiàn) 程序流程圖本系統(tǒng)的要求是PC機聲卡可以成為一個優(yōu)秀的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng), 它同時具有A/D和D/A轉(zhuǎn)換功能, 不僅價格低廉, 而且兼容性好、性能穩(wěn)定、靈活通用, 驅(qū)動程序升級方便。當被測信號輸入后,幅度定了模擬通道整體增益。用普通的計算機聲卡代替商用數(shù)據(jù)采集卡, 利用聲卡的DSP技術(shù)和LabVIEW的多線程技術(shù)實現(xiàn)音頻信號的數(shù)據(jù)采集, 開發(fā)基于PC機聲卡的虛擬音頻信號分析儀。 聲卡作為語音信號與計算機的通用接口, 其主要功能就是將所獲取的模擬音頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號, 經(jīng)過DSP音效芯片的處理, 將該數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號輸出。系統(tǒng)據(jù)此調(diào)節(jié)程控衰減器,使調(diào)理后信號適宜A/ D 變換,同時也設(shè)定了模擬通道整體增益。其基本工作原理是對所測量的音頻信號進行 DF T (離散傅立葉變換) 或 FF T ( 快速傅立葉變換) 變換,把時域信號轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域信號 ,在此基礎(chǔ)上可以進行各種分析。 音頻信號分析儀的原理音頻信號分析儀是一種用來對被測信號進行頻率 、頻譜及波形分析的重要測量工具 。同時一般聲卡16位的A/D轉(zhuǎn)換精度, 比通常12位A/D卡的精度高, 對于許多工程測量和科學(xué)實驗來說都是足夠高的, 其價格卻比普通數(shù)據(jù)采集卡便宜得多。目前市售的數(shù)據(jù)采集卡價格與性能基本成正比, 一般比較昂貴。在虛擬儀器系統(tǒng)中, 硬件解決信號的輸人和輸出, 軟件可以方便地修改儀器系統(tǒng)的功能, 以適應(yīng)不同使用者的需要〕。介紹了在LabVIEW下,通過調(diào)用NI2VISA 子程序控件,實現(xiàn)與USB 設(shè)備的直接通信,避免了二次編程的麻煩和數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)。在LabVIEW 下使用USB 總線,可以同樣實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集,并且彌補了采集卡的不足。LabVIEW 程序采用方框圖編程,具有友好的人機界面,在前面板中有用于模擬真實儀器面板的控件可供調(diào)用,可用于設(shè)置輸入數(shù)值、觀察輸出值以及實現(xiàn)圖表、文本等顯示。其基本工作原理是對所測量的音頻信號進行DFT (離散傅立葉變換) 或FFT (快速傅立葉變換) 變換，把時域信號轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域信
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