基于声卡和multi—instrument的相位法测声波波长

田文秀 李宏敏 王红心

摘 要：本设计是一種基于计算机声卡的数据采集方法，巧妙地将两个小麦克风改装成了两个声波信号发生器，充分利用Multi-instrument的强大功能分析两信号的相位差，从而实现波长的精确测量.本测量声音的波长的方法可取，取材方便，形象直观，精度较高.

关键词：声卡；Multi-instrument；相位差

一、设计原理

利用声卡以相位差方法测量声速，让声源发出某一定频率f的可闻声波，利用相隔距离d两个麦克风接受声波信号，微型麦克风经简单的电路处理分别接电脑声卡左、右声道。计算机收集从L、R两个线路的声音信号，经过虚拟示波器软件（multi-instrument）分析两信号的相位φ1和φ2，从而计算可闻声波的波长。由于调节距离d小于一个波长，所以波长为法测波长须改：

二、设计过程

1）焊接外围电路，电路图如图2。焊接过程中利用到了电阻、陶瓷电容、3.7V电池等常规电路元件，取材方便。

2）首先将2个驻极体麦克风插入已经焊接好的电路中，打开虚拟示波器软件，再将插头插入电脑的MIC插孔。

3）把两个麦克风固定在一条直线上，使两个麦克风之间有一定的距离d，制成实物如图3所示。

4）保持室内的安静，开启自制声源（频率200HZ至1000HZ，每100HZ可调），操作软件的示波器功能，很明显的看到两个波形出现在两个独立的声道栏里，调出两通道的相位差，如图4。

5）计算波长和波速。

三、实验数据与处理

1）在测试过程中，我们改变了两麦克风之间的距离和声源频率，做了多次实验。实验误差较小，第一次测量中由（1）式可得波长。

表1是我们利用相位法测波长的部分数据，可以看出实验误差较小，可以控制在3%以內，实验效果较好。

四、总结与分析

本设计测量方法、测量设备简单，只需小功率麦克风和计算机即可，接受波形较直观地显示在屏幕上，声音图像结合，眼耳并用，形象、直观，实验精度有保证。基于本设计的启示，利用虚拟示波器改造经典力学实验，可以使我们较早地接触到虚拟示波器，了解仪器发展的最新方向。以后利用虚拟仪器替代传统仪器可以节约大量经费，例如可以实现示波器、频率计、信号源、万用表等多种仪器的虚拟.

参考文献：

[1] 郑继明，李仪.声卡在数据采集中的应用[J].国外电子测量技术，2000（5） .

[2] 周敬利，余胜生，等.多媒体计算机声卡技术及应用[M].北京：电子工业出版社，1998.

[3] 王小宁，祝轩，闰丽.基于声卡数据采集系统[J].电子测量技术，2001（1）：23- 24.

作者简介：田文秀（1982-），男，湖北蕲春人，硕士，讲师，湖北大学知行学院大学物理主讲教师。