基于LabVIEW和声卡的音频信号采集、分析系统设计

卢泽宇+亓夫军+石娇

摘 要：利用LabVIEW软件，并结合计算机声卡设计了一款操作简单、通用性较强的音频信号采集、分析系统。借助该系统完成了在音频范围内的信号采集工作，并在时域、频域内对频谱进行了具体分析。该系统投入使用后，具备数据采集、在线分析和离线分析等功能，实用性较高。

关键词：LabVIEW；声卡；音频信号；信噪比

中图分类号：TP391.42 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.04.058

随着科学技术水平的提升，虚拟技术得到了广泛应用。LabVIEW是当前开发虚拟仪器的平台之一，而声卡是一种特殊的数据卡，主要用于收集音频信号，将此二者结合运用，可创建音频信号的采集、分析系统。

1 音频信号采集、分析系统的具体设计

1.1 硬件设计

在硬件设计方面，主要运用了笔记本电脑的声卡。声卡一般分为Mic In和Line In信号输入接口。通过Mic In输入时，会受到前置放大器的影响，易引入噪声信号，导致整个信号进入过负荷状态；通过Line In输入时，具有噪声干扰较小的优势，且动态化特性良好。对于声卡而言，采样频率最高能达到96 kHz，采样位数可达16位和32位，每路输入信号的最高频率通常被控制在22.05 kHz。16位数字系统的信噪比能达到96 dB，与专业的数据采集设备相比，具备一定的优势。

1.2 软件设计

在软件设计方面，将LabVIEW软件作为基础性平台，可以循环模式搭建总体框架。循环模式作为生产数据的基本循环体系，可有效处理数据。在数据音频信号的传播过程中，如果处理速度慢于生产数据的速度，则数据会存储在列队函数所创建的缓冲区中。当数据处理能力无法满足处理要求时，则会调用缓冲区中的数据，最终将提供新的生产元素，确保生产与需求同步。此外，在软件平台的设计中，音频信号的采集、分析系统具备同时处理多任务的能力。

1.3 数据库设计

数据库是系统设计的基础。本次设计主要采用LabSQL设计数据库。在LabVIEW软件中运用该数据库十分便捷，工作人员无需深入了解ActiveX技术和SQL语言，只需要明确相关概念和设计要求即可。

2 音频信号采集、分析系统的实现

2.1 音频信号的采集

利用LabVIEW中声音信号的相关函数节点可采集音频信号。系统在采集音频信号的过程中，会重新配置声卡，包括声卡信号的保存路径、采样和声卡释放等。具体步骤如下：①充分调用声音输入函数，配置声卡并开始采集数据，将采样率设置为44.1 kHz，通道数设置为2，采样位数设置为16位，音频信号的模式设置为连续采样，并将缓存设置为每个通道10 000个样本。②打开声音文件，设定完成音频采样数据的保存路径；采样结束后，可通过播放器播放soundtest文件，程序进入while循环，开始连续采样；充分运用读取声音输入函数，从缓存中读取数据，并将样本数量设定为22 050.③调用声音清零函数，停止音频采集工作，并对缓存数据进行清零处理，避免系统内存被占用。

2.2 音频信号的分析

运用LabVIEW中函数选板信号处理模块中的波形测量模块，并提取单频信息节点，可对采集到的音频信号进行频域范围内的功率谱分析、时域内的单频分析。LabVIEW软件对信号的频域分析主要是对信号进行FFT分析。此外，还可运用LabVIEW软件强大的信号处理能力，对采集到的音频信号进行时域内的分析，并可充分运用数字滤波消除音频失真、噪声干扰等问题，从而提升信噪比。

3 音频信号采集、分析系统的测试

为了测试基于LabVIEW软件、声卡的音频信号采集、分析系统的性能，进行了具体的系统测试分析。采用该系统采集了一段音频，并对音频的输出形态、信号波形进行了分析。由分析结果可见，采集得到的音频信号由多个频率构成，且在整个音频信号中，频率主要集中在200～1 000 Hz、5 000 Hz和5 600 Hz处。在具体测试过程中，该系统可准确地检测音频信号的频率、幅度和相位等，运用LabVIEW波形显示器可显示音频信号的波形，并最终显示在功率谱中。因此，该系统在音频信号的检测中具有较高的准确性。

4 结束语

综上所述，以LabVIEW软件为开发平台，运用计算机声卡开发的操作简单、具备良好的人机交互的音频数据采集、分析系统的可靠性较高、检测结果较为准确，具有广阔的市场前景。

参考文献

[1]周南权，全晓莉.基于LabVIEW和声卡的音频分析仪设计[J].实验技术与管理，2012，10（08）.

[2]董斌，齐列锋，贺恒，等.基于LabVIEW音频信号采集与分析系统设计[J].内江科技，2015，4（09）.

〔编辑：张思楠〕