基于LabVIEW和聲卡的音頻信號采集、分析系統設計

盧澤宇+亓夫軍+石嬌

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

關鍵詞：LabVIEW；聲卡；音頻信號；信噪比

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

隨著科學技術水平的提升，虛擬技術得到了廣泛應用。LabVIEW是當前開發虛擬儀器的平臺之一，而聲卡是一種特殊的數據卡，主要用于收集音頻信號，將此二者結合運用，可創建音頻信號的采集、分析系統。

1 音頻信號采集、分析系統的具體設計

1.1 硬件設計

在硬件設計方面，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，導致整個信號進入過負荷狀態；通過Line In輸入時，具有噪聲干擾較小的優勢，且動態化特性良好。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位數字系統的信噪比能達到96 dB，與專業的數據采集設備相比，具備一定的優勢。

1.2 軟件設計

在軟件設計方面，將LabVIEW軟件作為基礎性平臺，可以循環模式搭建總體框架。循環模式作為生產數據的基本循環體系，可有效處理數據。在數據音頻信號的傳播過程中，如果處理速度慢于生產數據的速度，則數據會存儲在列隊函數所創建的緩沖區中。當數據處理能力無法滿足處理要求時，則會調用緩沖區中的數據，最終將提供新的生產元素，確保生產與需求同步。此外，在軟件平臺的設計中，音頻信號的采集、分析系統具備同時處理多任務的能力。

1.3 數據庫設計

數據庫是系統設計的基礎。本次設計主要采用LabSQL設計數據庫。在LabVIEW軟件中運用該數據庫十分便捷，工作人員無需深入了解ActiveX技術和SQL語言，只需要明確相關概念和設計要求即可。

2 音頻信號采集、分析系統的實現

2.1 音頻信號的采集

利用LabVIEW中聲音信號的相關函數節點可采集音頻信號。系統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充分調用聲音輸入函數，配置聲卡并開始采集數據，將采樣率設置為44.1 kHz，通道數設置為2，采樣位數設置為16位，音頻信號的模式設置為連續采樣，并將緩存設置為每個通道10 000個樣本。②打開聲音文件，設定完成音頻采樣數據的保存路徑；采樣結束后，可通過播放器播放soundtest文件，程序進入while循環，開始連續采樣；充分運用讀取聲音輸入函數，從緩存中讀取數據，并將樣本數量設定為22 050.③調用聲音清零函數，停止音頻采集工作，并對緩存數據進行清零處理，避免系統內存被占用。

2.2 音頻信號的分析

運用LabVIEW中函數選板信號處理模塊中的波形測量模塊，并提取單頻信息節點，可對采集到的音頻信號進行頻域范圍內的功率譜分析、時域內的單頻分析。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的分析，并可充分運用數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、分析系統的性能，進行了具體的系統測試分析。采用該系統采集了一段音頻，并對音頻的輸出形態、信號波形進行了分析。由分析結果可見，采集得到的音頻信號由多個頻率構成，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，該系統可準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，該系統在音頻信號的檢測中具有較高的準確性。

4 結束語

綜上所述，以LabVIEW軟件為開發平臺，運用計算機聲卡開發的操作簡單、具備良好的人機交互的音頻數據采集、分析系統的可靠性較高、檢測結果較為準確，具有廣闊的市場前景。

參考文獻

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[2]董斌，齊列鋒，賀恒，等.基于LabVIEW音頻信號采集與分析系統設計[J].內江科技，2015，4（09）.

〔編輯：張思楠〕