基于LabVIEW和聲卡的聲音均衡器設計

摘要：本文介紹了一種將聲卡作為A／D和D／A，用LabVIEW實現聲音播放、聲音采集以及對聲音信號做頻譜分析實現聲音均衡器的功能。文中設計的聲音均衡器可以加深對信號采集和信號處理的理解，具有一定的參考借鑒價值。

關鍵詞：LabVIEW 聲卡 聲音均衡器

中圖分類號；TP274

文獻標識碼：B

文章編號：1002-2422(2010)03-0022-02

1聲音均衡器設計原理

聲音均衡器擬達到以下目的：從物理介質獲得聲音(麥克風或者聲卡)，經過AD采樣。對采樣后的數據進行分段濾波增益，并且輸出分段濾波增益后的信號時域和頻域圖形到波形顯示器。然后將分段濾波后的信號相互疊加，輸出。

均衡器的調整主要包括以下頻率段信息的調整。

超低音：20Hz～40Hz，適當時聲音強而有力。能控制雷聲、低音鼓、管風琴和貝司的聲音。過度提升會使音樂變得混濁不清。

低音：40Hz～150Hz，是聲音的基礎部份，其能量占整個音頻能量的70％，是表現音樂風格的重要成份。適當時，低音張弛得宜，聲音豐滿柔和，不足時聲音單薄，150Hz過度提升時會使聲音發悶，明亮度下降，鼻音增強。

中低音：150Hz～500Hz，是聲音的結構部分，人聲位于這個位置，不足時，演唱聲會被音樂淹沒，聲音軟而無力，適當提升時會感到渾厚有力，提高聲音的力度和響度。提升過度時會使低音變得生硬，300Hz處過度提升3～6dB，如再加上混響，則會嚴重影響聲音的清晰度。

中音：500Hz～2KHz，包含大多數樂器的低次諧波和泛音，是小軍鼓和打擊樂器的特征音。適當時聲音透徹明亮，不足時聲音朦朧。過度提升時會產生類似電話的聲音。

中高音：2KHz～5KHz，是弦樂的特征音(拉弦樂的弓與弦的摩搡聲，彈拔樂的手指觸弦的聲音等)。不足時聲音的穿透力下降，過強時會掩蔽語言音節的識別。

高音：7KHz～8KHz，是影響聲音層次感的頻率。過度提升會使短笛、長笛聲音突出，語言的齒音加重和音色發毛。

極高音：8KHz～10KHz，合適時，三角鐵的金屬感通透率高，沙鐘的節奏清晰可辨。過度提升會使聲音不自然，易燒毀高頻單元。

在本文的設計中采用八段濾波器，其他的依次類推。

2聲音均衡器程序設計

2，1聲音播放部分

聲音播放模塊程序框圖如圖1所示。此模塊調用FilePath、Sound File Info與Sound file Open以及Sound OutputConfigure控件，實現.wav格式音頻文件的播放。在圖2中Sound File Path可以獲取播放文件路徑，控件Sound Out-put Configure選擇連續采樣。

2，2數據采集部分

首先從LabVIEW軟件中聲音模塊選項卡中找到聲音文件打開Ⅵ、聲音輸入配置VI、聲音輸入讀取Ⅵ、聲音輸入清除Ⅵ和聲音文件關閉Ⅵ，再加上一個while循環語句。其中while循環語句的隧道可改為移位寄存器，而移位寄存器可用于將上一次循環的值傳遞至下一次循環。移位寄存器以一對接線端的形式出現，分別位于循環兩側的邊框上，位置相對。右側接線端含有一個向上的箭頭，用于存儲每次循環結束時的數據。

LabVIEW將數據從移位寄存器右側接線端傳遞到左側接線端。循環將使用左側接線端的數據作為下一次循環的初始值。該過程在所有循環執行完畢后結束。循環執行后，右側接線端將返回移位寄存器保存的值。右鍵單擊循環的左側或右側邊框，并從快捷菜單中選擇添加移位寄存器可以創建一個移位寄存器。

2，3均衡器部分設計

均衡器部分設計如圖2所示。通過Sound Input Read讀取輸入的聲音波形，將波形輸入到濾波器模塊。8段均衡器需要8個濾波器，前7個濾波器配置為帶通濾波，最后一個配置為高通濾波，濾波頻率范圍按照設計原理所講依次配置。濾波后的信號通過乘法控件，可以控制其增益，最后將各個濾波后的信號疊加。為了便于觀察，通過對疊加后的信號做時域分析。并且通過頻譜測量控件對其做頻域分析。

2，4整個系統設計

將聲音播放部分，數據采集部分和均衡器部分串接在系統中，并且加入音量控制控件，就構成了整個系統，整個系統程序框圖如圖3所示。

3聲音均衡器前面板設計

LabVIEW的前面板即交互式界面，用于設置輸入數值和觀察輸出量。在前面板中，使用了各種圖標如開關、實時趨勢圖等來模擬真實儀器的面板，并可如同操作實際儀器一樣方便地調節輸入參數和進行輸出模式定制。前面板的設計，充分發揮了LabVIEW的特長，即建立了友好的人機操作界面。前面板如圖4所示。

為了使用戶使用便捷直觀而不用關心后臺程序運行情況，設計中盡量減少了輸入控制按鈕，并且增加了輸出圖形的顯示。這樣時域波形顯示、頻域波形顯示在同一個界面上，大大的增強了系統的直觀性，設置區中包括音量控制、波形顯示、聲音均衡、播放文件路徑選擇，以及一個停止按鈕組成。用戶可以根據實際需要調節播放聲音和均衡器而觀察時域和頻域波形的變化。另外系統的前面板設計中采用了裝飾框，使整個虛擬面板變得簡潔、美觀。

4生成獨立應用程序

在VI中可使用應用程序生成器創建程序生成規范并生成一個獨立應用程序。在vI設置中可實現添加密碼、刪除程序框圖或應用其它配置等操作。可為Ⅵ選擇不同的目標目錄，而且VI和子vI的連接不會因此中斷。另外使用應用程序生成器還可以創建LabVIEW項目中各文件的安裝程序。限于篇幅生成獨立的應用程序和安裝程序的步驟這里不做詳細介紹。

5結束語

使用LabVIEW軟件，將從物理介質獲得的聲音，經過AD采樣后，通過做濾波處理和增益控制實現了聲音均衡器設計。聲卡是現在計算機通用的設備，其本身就是一個高性能的數據采集設備，用聲卡采集完全滿足采樣定理的要求。