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1、2016届机械电子工程专业（论文）毕业设计（论文） 题 目 基于虚拟仪器的声音采集系统设计摘 要声音信号充斥着我们的生活，它在各个领域都有着非常重要的应用，包括医学、教育、军事、机械加工等领域。现在的声音分析测试系统主要以传统的仪器为主，但是传统仪器存在很多缺点：开发周期长，成本高，功能固定，升级换代很不方便，已经越来越不能满足使用者的要求。本文简要的介绍了一种基于labview的虚拟声音信号采集分析系统，它很好的解决了传统仪器存在的弊端，不仅开发成本低，构建精度高，功能也非常的灵活，还可以根据用户的需要进行自定义，为实现声音信号的采集分析提供了一种新的途径。在整个系统的设计上，结合声音信号分
2、析的功能需求和labview的设计方法，从硬件和软件两个方面来进行整个系统的设计。其中最重要的就是传感器的选择，在保证可靠性和可行性的前提下，用计算机本身自带的声卡来代替传统的数据采集卡进行声音信号的采集，可以实现44.1KHz的采样频率，以及16位的采样位数，并且可以选择单通道和双通道。然后在labview平台上完成信号分析的软件部分，实现声音的采集，回放，以及分析。声音的分析包括声音信号瞬态特征的提取，滤波，频谱分析，功率分析，谐波失真分析。系统经过测试，满足了声音信号分析的需求，价格低廉，功能灵活，升级方便，通用性好。可以应用到振动声音，语音信号等信号的检测分析中，还可以应用在声音信号的
3、科研工作中，以及虚拟仪器的教学中，可以说它的应用前景非常广阔。关键词：声音信号，虚拟仪器，labview，声卡采集AbstractSound signal is full of our life, it in various fields have very important applications, including medicine, education, military, machinery processing and other fields. Now the voice analysis test system is mainly to the traditional in
4、strument, but traditional instruments exist many shortcomings: development cycle is long, high cost, fixed function, the upgrade is not convenient, has become increasingly unable to meet the users requirements.This paper briefly introduces a kind of analysis system based on labview virtual sound sig
5、nal acquisition. It well solves the disadvantages existing in the traditional instruments, not only low cost of development, construct a high accuracy, function is also very flexible, can also customize according to the needs of users, provides a new way to realize the voice signal acquisition and a
6、nalysis.In the design of the whole system, combined with the design method of voice signal analysis of functional requirements and labview, from two aspects of hardware and software design of the whole system. The most important is the choice of sensor, under the precondition of ensuring the reliabi
7、lity and feasibility, with a total count machine comes with its own sound card to replace the traditional data acquisition card for sound signal acquisition, can achieve 44.1 kHz sampling frequency, and 16 of the sample quantile, and can choose the single channel and dual channel. And then complete
8、the signal analysis software in labview platform, to achieve the sound capture and playback, and Analysis of sound analysis, including the extraction of the transient characteristics of the sound signal, filtering, spectrum analysis, power analysis, harmonic distortion analysis.System after the test
9、, to meet the demand for voice signal analysis, low price, flexible, easy to upgrade, good versatility. Can applied to vibration sound, speech signals, signal detection and analysis, application in the scientific research work of the voice signal, and virtual instrument teaching, we can say that it
10、is very broad application prospects.KEY WORDS: sound signal, virtual instrument, labview, sound card collection目 录摘 要IAbstractII前 言IV第一章 绪论11.1选题的目的与意义11.2课题主要研究内容11.3论文的组织结构2第二章 声音的描述32.1分贝32.1.1分贝的运算法则32.1.2为什么采用分贝32.2 声压32.2.1声压的定义32.2.2声压与声强的关系42.3声压级42.3.1什么是声压级42.3.2工作原理52.3.3传声器52.3.4放大器52.3.
11、5计权网络5第三章 虚拟仪器、labview及声音采集简介73.1.虚拟仪器的介绍73.1.1虚拟仪器的概念73.1.2虚拟仪器的特点73.2labview简介73.2.1 labview的系统组成及应用83.2.2测试软件控制83.3声音采集介绍83.3.1声音采集的概念83.3.2声音采集的特点：9第四章 基于labview的声音采集方案设计104.1 声音信号采集方案104.2 声卡作为声音信号采集装置的可行性分析104.3 声卡的基本结构114.3.1声音控制芯片114.3.2数字信号处理器124.3.3FM合成芯片124.3.4波形合成表124.3.5波表合成器芯片124.4 声卡的
12、工作原理124.41 声卡的性能指标12第五章 基于labview的声音采集系统的软件部分145.1声音采集与分析流程155.2声音分析模块195.3声音读取与回放26第六章 声音采集系统的运行和测试结果286.1系统运行需要以下要求：286.2 采集程序测试结果286.2.1采集到的波形如下图所示：286.2.2 声音回放波形29总结与展望33致 谢34参考文献35前 言声音采集是指把声音信号数字化 ,并在数字状态下进行传送、记录、重放以及其它加工处理等的一整套技术。相应地把声音信号在原来模拟状态下进行加工处理的技术称为模拟音频。模拟音频信号的振幅具有随时间连续变化的性质。所谓数字化就是指把
13、这种模拟信号按一定的时间间隔取值 ,并将所取的值用一组二进制编码表示 ,从而将连续的模拟信号变换为离散的数字信号的操作过程。 数字音频有许多优点。它可以实现很宽的动态范围，低失真，高信噪比，以及能经受很多代的复制与处理而不会明显地降低质量。随着计算机技术的发展与普及数字设备正越来越多地取代模拟设备在生产过程控制和科学研究等广泛的领域中计算机测控技术正发挥着越来越重要的作用。随着音频处理技术的发展音频处理算法越来越复杂，采用传统的模拟信号处理的办法来实现这些算法不仅难度大，成本高，有的甚至根本无法实现。传统的声音测试技术由于硬件昂贵（一个数据采集卡可达数千元），并且不同的测试对象所需要的传感器也
14、不一样，导致现代测试技术一直不能很好的发展，这无疑在很大程度上限制了音频处理技术的发展。虚拟仪器是现代计算机技术和仪器技术深层次结合的产物，是计算机辅助设计领域的一项重要技术。它利用计算机的显示器的显示功能模拟传统器的控制面板。虚拟仪器利用计算机来控制与其相连接的各种硬件，来实现对输入输出信号的采集、分析、控制以及显示。它不仅能够实现传统仪器的各种功能，还解决了传统仪器存在的各种弊端。利用labview的强大功能实现数据信号的运算，分析，处理。计算机的声卡具有采集信号的能力并实现A/D转换。基于虚拟仪器的声音采集系统设计可以在很大的程度上降低实验的成本，整个实验也变得简便，具有很好的可行性。与
15、传统仪器相比，它的成本更低，功能更强大，精度可靠，维护更方便。用labview来搭建一个声音采集系统有如此多的有点，正是促使我写这篇论文的原因。在这里，我有利用labview的平台来搭建一个声音采集系统，实现对声音信号的采集，回放，以及分析。具体的工作从开始了解虚拟仪器开始。在学习labview的过程中，主要使用的是labview中的帮助信息及实例。在网上可从电子发烧友论坛上获取大量的有关labview的信息，结合课本上的讲解，有助于快速上手，对编程有很大的帮助。在整个设计的过程中，对声音进行了一定的了解，表示方法有分贝、声压、声强，V测量的有声级计及其原理。接着结合自己电脑，推敲用声卡作为采集器，实现对声音信号的采集的可行性。对声卡的参数的选择对于声音信号保留的影响作分析。明确了设计任务是采集声音、声音回放以及对声音信号进行分析。那么先从程序的总体结构入手。在这里我采用的是选择结构，因为操作人员能够确定现在这个程序执行的是采集声音信号或者是回放声音信号的任务，通过改变选择结构的条件，可以让操作人员自己进行选择。其次，对采集到的声音信号进行分析。其中最主要的有功率谱、谐波、包络谱分析。在完成声音采集之后，分析信号时引入了白噪声。加
