盧澤宇+亓夫軍+石嬌

摘 要：利用LabVIEW軟件，并結(jié)合計算機聲卡設(shè)計了一款操作簡單、通用性較強的音頻信號采集、分析系統(tǒng)。借助該系統(tǒng)完成了在音頻范圍內(nèi)的信號采集工作，并在時域、頻域內(nèi)對頻譜進行了具體分析。該系統(tǒng)投入使用后，具備數(shù)據(jù)采集、在線分析和離線分析等功能，實用性較高。

關(guān)鍵詞：LabVIEW；聲卡；音頻信號；信噪比

中圖分類號：TP391.42 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.04.058

隨著科學(xué)技術(shù)水平的提升，虛擬技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。LabVIEW是當(dāng)前開發(fā)虛擬儀器的平臺之一，而聲卡是一種特殊的數(shù)據(jù)卡，主要用于收集音頻信號，將此二者結(jié)合運用，可創(chuàng)建音頻信號的采集、分析系統(tǒng)。

1 音頻信號采集、分析系統(tǒng)的具體設(shè)計

1.1 硬件設(shè)計

在硬件設(shè)計方面，主要運用了筆記本電腦的聲卡。聲卡一般分為Mic In和Line In信號輸入接口。通過Mic In輸入時，會受到前置放大器的影響，易引入噪聲信號，導(dǎo)致整個信號進入過負荷狀態(tài)；通過Line In輸入時，具有噪聲干擾較小的優(yōu)勢，且動態(tài)化特性良好。對于聲卡而言，采樣頻率最高能達到96 kHz，采樣位數(shù)可達16位和32位，每路輸入信號的最高頻率通常被控制在22.05 kHz。16位數(shù)字系統(tǒng)的信噪比能達到96 dB，與專業(yè)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備相比，具備一定的優(yōu)勢。

1.2 軟件設(shè)計

在軟件設(shè)計方面，將LabVIEW軟件作為基礎(chǔ)性平臺，可以循環(huán)模式搭建總體框架。循環(huán)模式作為生產(chǎn)數(shù)據(jù)的基本循環(huán)體系，可有效處理數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)音頻信號的傳播過程中，如果處理速度慢于生產(chǎn)數(shù)據(jù)的速度，則數(shù)據(jù)會存儲在列隊函數(shù)所創(chuàng)建的緩沖區(qū)中。當(dāng)數(shù)據(jù)處理能力無法滿足處理要求時，則會調(diào)用緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，最終將提供新的生產(chǎn)元素，確保生產(chǎn)與需求同步。此外，在軟件平臺的設(shè)計中，音頻信號的采集、分析系統(tǒng)具備同時處理多任務(wù)的能力。

1.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。本次設(shè)計主要采用LabSQL設(shè)計數(shù)據(jù)庫。在LabVIEW軟件中運用該數(shù)據(jù)庫十分便捷，工作人員無需深入了解ActiveX技術(shù)和SQL語言，只需要明確相關(guān)概念和設(shè)計要求即可。

2 音頻信號采集、分析系統(tǒng)的實現(xiàn)

2.1 音頻信號的采集

利用LabVIEW中聲音信號的相關(guān)函數(shù)節(jié)點可采集音頻信號。系統(tǒng)在采集音頻信號的過程中，會重新配置聲卡，包括聲卡信號的保存路徑、采樣和聲卡釋放等。具體步驟如下：①充分調(diào)用聲音輸入函數(shù)，配置聲卡并開始采集數(shù)據(jù)，將采樣率設(shè)置為44.1 kHz，通道數(shù)設(shè)置為2，采樣位數(shù)設(shè)置為16位，音頻信號的模式設(shè)置為連續(xù)采樣，并將緩存設(shè)置為每個通道10 000個樣本。②打開聲音文件，設(shè)定完成音頻采樣數(shù)據(jù)的保存路徑；采樣結(jié)束后，可通過播放器播放soundtest文件，程序進入while循環(huán)，開始連續(xù)采樣；充分運用讀取聲音輸入函數(shù)，從緩存中讀取數(shù)據(jù)，并將樣本數(shù)量設(shè)定為22 050.③調(diào)用聲音清零函數(shù)，停止音頻采集工作，并對緩存數(shù)據(jù)進行清零處理，避免系統(tǒng)內(nèi)存被占用。

2.2 音頻信號的分析

運用LabVIEW中函數(shù)選板信號處理模塊中的波形測量模塊，并提取單頻信息節(jié)點，可對采集到的音頻信號進行頻域范圍內(nèi)的功率譜分析、時域內(nèi)的單頻分析。LabVIEW軟件對信號的頻域分析主要是對信號進行FFT分析。此外，還可運用LabVIEW軟件強大的信號處理能力，對采集到的音頻信號進行時域內(nèi)的分析，并可充分運用數(shù)字濾波消除音頻失真、噪聲干擾等問題，從而提升信噪比。

3 音頻信號采集、分析系統(tǒng)的測試

為了測試基于LabVIEW軟件、聲卡的音頻信號采集、分析系統(tǒng)的性能，進行了具體的系統(tǒng)測試分析。采用該系統(tǒng)采集了一段音頻，并對音頻的輸出形態(tài)、信號波形進行了分析。由分析結(jié)果可見，采集得到的音頻信號由多個頻率構(gòu)成，且在整個音頻信號中，頻率主要集中在200～1 000 Hz、5 000 Hz和5 600 Hz處。在具體測試過程中，該系統(tǒng)可準(zhǔn)確地檢測音頻信號的頻率、幅度和相位等，運用LabVIEW波形顯示器可顯示音頻信號的波形，并最終顯示在功率譜中。因此，該系統(tǒng)在音頻信號的檢測中具有較高的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)束語

綜上所述，以LabVIEW軟件為開發(fā)平臺，運用計算機聲卡開發(fā)的操作簡單、具備良好的人機交互的音頻數(shù)據(jù)采集、分析系統(tǒng)的可靠性較高、檢測結(jié)果較為準(zhǔn)確，具有廣闊的市場前景。

參考文獻

[1]周南權(quán)，全曉莉.基于LabVIEW和聲卡的音頻分析儀設(shè)計[J].實驗技術(shù)與管理，2012，10（08）.

[2]董斌，齊列鋒，賀恒，等.基于LabVIEW音頻信號采集與分析系統(tǒng)設(shè)計[J].內(nèi)江科技，2015，4（09）.

〔編輯：張思楠〕