基于labview的語音信號(hào)采集系統(tǒng)

1、電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院LabVIEW編程實(shí)訓(xùn)評分表課程名稱：LabVIEW編程實(shí)訓(xùn)題目：基于labview的語音信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)班級(jí)：1601131自動(dòng)化學(xué)號(hào):160113113姓名：劉德旺標(biāo)指價(jià)評涵內(nèi)值分平時(shí)表現(xiàn)度態(tài)習(xí)011,嚴(yán)、作合團(tuán)0完與能力水平0自案方計(jì)設(shè),案析方分的行適進(jìn)合題擇問選量況則晴諭際測實(shí)際合實(shí)結(jié)寸匕匕X厶冃律并專方學(xué)計(jì)所設(shè)申F匕匕計(jì)厶冃水際力計(jì)實(shí)才設(shè)與的怎求因需等足境滿環(huán)如攸;文件安完健案、方會(huì)的社出慮提考據(jù)能艮1流交力述能陳中予計(jì)給設(shè)題及問計(jì)的設(shè)出件提軟所、行計(jì)同設(shè)或件帀硬剖陳慮回晰考確清所正報(bào)告撰寫量圖視整i雜#i帀O3DO0容工告結(jié)又扌夕晰，清論達(dá)理。表礎(chǔ)養(yǎng)一一口基素語

2、業(yè)業(yè)?Tp*Tp*rm1-理足的合立定構(gòu)容一結(jié)內(nèi)出分總指導(dǎo)老師：年月日常熟理工學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院LabVIEW編程實(shí)訓(xùn)技術(shù)報(bào)告題目：基于LabVIEW的語音信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)名：學(xué)號(hào)：班級(jí)：自動(dòng)化131指導(dǎo)教師：起止日期：2016年6月20日一7月8日LabVIEW編程實(shí)訓(xùn)答辯記錄自動(dòng)化專業(yè)1601131班級(jí)答辯人說明：主要記錄答辯時(shí)所提的問題及答辯人對所提問題的回答目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 1任務(wù)書1 HYPERLINK l bookmark18 2基于LABVIEW的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)概述3 HYPERLINK l bookmark20 2.

3、1虛擬儀器概念與傳統(tǒng)儀器概念主要區(qū)別32.1.1LabVIEW虛擬儀器簡介32.1.2LabVIEW虛擬儀器特點(diǎn)32.2LabVIEW圖形化程序的組成與特點(diǎn)42.2.1前面版42.2.2程序框圖42.2.3圖標(biāo)和連接器5 HYPERLINK l bookmark22 3語音信號(hào)采集總體設(shè)計(jì)方案與硬件配置6 HYPERLINK l bookmark24 3.1語音信號(hào)采集系統(tǒng)的功能分析6 HYPERLINK l bookmark26 3.2語音信號(hào)采集系統(tǒng)的總體構(gòu)成6 HYPERLINK l bookmark28 3.3語音信號(hào)采集系統(tǒng)的硬件配置6 HYPERLINK l bookmark30

4、4語音信號(hào)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)11 HYPERLINK l bookmark34 4.1語音信號(hào)采集系統(tǒng)的軟件前面板設(shè)計(jì)114.1.1語音信號(hào)采樣信息界面114.1.2語音采集控制按鈕界面114.1.3時(shí)域波形和頻域波形顯示界面11 HYPERLINK l bookmark36 4.2語音信號(hào)采集系統(tǒng)的軟件程序框圖設(shè)計(jì)12 HYPERLINK l bookmark38 5語音信號(hào)采集系統(tǒng)的運(yùn)行與分析18 HYPERLINK l bookmark46 6收獲與體會(huì)21參考文獻(xiàn)23LabVIEW編程實(shí)訓(xùn)報(bào)告LabVIEW編程實(shí)訓(xùn)報(bào)告 1任務(wù)書題目：基于LabVIEW的語音信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)1

5、、LabVIEW編程實(shí)訓(xùn)任務(wù)本課題所要求設(shè)計(jì)的基于虛擬儀器技術(shù)的語音采集系統(tǒng)硬件由MIC、喇叭和放大電路組成，其工作原理為MIC采集音樂信號(hào)，經(jīng)過放大電路的放大，送入數(shù)據(jù)采集平臺(tái)的模擬輸入通道，然后利用虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)LabVIEW來開發(fā)系統(tǒng)軟件，以實(shí)現(xiàn)對語音信號(hào)的采集、分析、處理與報(bào)表生成等。語音信號(hào)由計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析和處理，在程序中通過設(shè)置采樣點(diǎn)和采樣率，對數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域和頻域的分析、處理，可以觀察音頻的分布和語音信號(hào)的特點(diǎn)。具體指標(biāo)與要求如下：（1）、理解語音信號(hào)的特點(diǎn)，認(rèn)識(shí)語音信號(hào)處理的一些基本方法。要求對語音采集信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，說明其工作原理。（2）、要求采用狀態(tài)機(jī)的軟件設(shè)計(jì)結(jié)

6、構(gòu)來設(shè)計(jì)語音采集系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)軟件具有“系統(tǒng)初始化”、“系統(tǒng)等待”、“數(shù)據(jù)采集”、“報(bào)表生成”“打開報(bào)表”、“退出”等功能。2、LabVIEW編程實(shí)訓(xùn)目的通過本次編程實(shí)訓(xùn)使學(xué)生具備：1）了解現(xiàn)代儀器科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展前沿；2）學(xué)習(xí)和掌握虛擬儀器系統(tǒng)組成和工作原理；3）掌握虛擬儀器LabVIEW圖形化軟件設(shè)計(jì)方法與調(diào)試技巧；4）培養(yǎng)學(xué)生查閱資料的能力和運(yùn)用知識(shí)的能力；5）針對自動(dòng)化工程測試問題，能夠給出或形成設(shè)計(jì)方案；提高學(xué)生的溝通合作能力和技術(shù)報(bào)告撰寫；6）培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計(jì)思想、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)；7）培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和運(yùn)用知識(shí)的能力。3、LabVIEW編程實(shí)訓(xùn)要求3.1、了解和掌握整個(gè)虛擬儀器

7、平臺(tái)的系統(tǒng)組成、工作原理、各單元功能和應(yīng)用背景；3.2、根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行文獻(xiàn)資料的檢索，根據(jù)各種獨(dú)立測量儀器的功能和工作原理，確定語音采集系統(tǒng)的功能，制定設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)虛擬儀器面板；3.3、利用虛擬儀器LabVIEW軟件，編寫與調(diào)試虛擬儀器的圖形化程序；3.4、撰寫完整的編程實(shí)訓(xùn)報(bào)告。4、LabVIEW編程實(shí)訓(xùn)內(nèi)容1、語音采集系統(tǒng)前面板設(shè)計(jì)；2、語音采集系統(tǒng)框圖程序設(shè)計(jì)。5、LabVIEW編程實(shí)訓(xùn)報(bào)告要求報(bào)告中提供如下內(nèi)容：5.1、目錄5.2、正文LabVIEW編程實(shí)訓(xùn)任務(wù)書；總體設(shè)計(jì)方案(包括虛擬儀器概念與傳統(tǒng)儀器概念主要區(qū)別，虛擬儀器LabVIEW圖形化程序的組成和特點(diǎn)，虛擬計(jì)算器的設(shè)計(jì)思

8、路及總體結(jié)構(gòu)圖等)；硬件選型、硬件I/O分配或信號(hào)設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì)；簡述所設(shè)計(jì)的電路工作原理及所實(shí)現(xiàn)的功能，針對前面板要有操作使用說明，以便他人能夠正確使用所設(shè)計(jì)的計(jì)算器；程序流程圖、框圖程序的設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)方法等；調(diào)試、運(yùn)行及其結(jié)果；要求有源程序和運(yùn)行結(jié)果等。5.3、收獲、體會(huì)5.4、參考文獻(xiàn)6、LabVIEW編程實(shí)訓(xùn)進(jìn)度安排本課程設(shè)計(jì)共需2周時(shí)間，其具體安排見下表:周次工作日工作內(nèi)容第周1布置編程實(shí)訓(xùn)任務(wù)，查找相關(guān)資料2依據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的條件完成米集卡的選擇，并了解其使用方法；或?qū)φn題相關(guān)的信息的收集3元成總體設(shè)計(jì)方案4軟件設(shè)計(jì)5軟件設(shè)計(jì)第周1軟件設(shè)計(jì)2軟件設(shè)計(jì)3軟件設(shè)計(jì)并準(zhǔn)備編程實(shí)訓(xùn)報(bào)告4完成

9、報(bào)告并于下午兩點(diǎn)之前上交5答辯7、LabVIEW編程實(shí)訓(xùn)考核辦法編程實(shí)訓(xùn)滿分為100分，由平時(shí)表現(xiàn)、能力水平、報(bào)告撰寫三部分組成。平時(shí)表現(xiàn)20%，能力水平50%，報(bào)告撰寫30%。平時(shí)表現(xiàn)由學(xué)習(xí)態(tài)度和團(tuán)隊(duì)合作兩項(xiàng)組成占20%，能力水平由查閱文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)水平與實(shí)際能力、陳述交流能力四塊組成，其中查閱文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)方案占20%和設(shè)計(jì)水平與實(shí)際能力、陳述交流能力占30%，技術(shù)報(bào)告占30%。2基于LABVIEW的數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)概述虛擬儀器概念與傳統(tǒng)儀器概念主要區(qū)別2.1.1LabVIEW虛擬儀器簡介LabVIEW是由美國NI公司開發(fā)的、優(yōu)秀的圖形化編程開發(fā)平臺(tái)，是LaboratoryVirtualIn

10、strumentEngineeringWorkbench的簡稱，即實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái)，是目前應(yīng)用范圍最廣、功能最為強(qiáng)大的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)。LabVIEW集成了與滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動(dòng)有趣。圖形化的程序語言，又稱為“G”語言。使用這種語言編程時(shí)，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念。因此，LabVIEW是一個(gè)面向最終用戶的工具。它可以增強(qiáng)你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器

11、編程和數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率2.1.2LabVIEW虛擬儀器特點(diǎn)與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有高效、開放、易用靈活、功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、可操作性好等明顯優(yōu)點(diǎn)，具體表現(xiàn)為：（1）智能化程度高，處理能力強(qiáng)虛擬儀器的處理能力和智能化程度主要取決于儀器軟件水平。用戶完全可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，將先進(jìn)的信號(hào)處理算法、人工智能技術(shù)和專家系統(tǒng)應(yīng)用于儀器設(shè)計(jì)與集成，從而將智能儀器水平提高到一個(gè)新的層次。（2）復(fù)用性強(qiáng)，系統(tǒng)費(fèi)用低應(yīng)用虛擬儀器思想，用相同的基本硬件可構(gòu)造多種不同功能的測試分析儀器，如同一個(gè)高速數(shù)字釆樣器，可設(shè)計(jì)出數(shù)字示波器、邏輯分

12、析儀、計(jì)數(shù)器等多種儀器。這樣形成的測試儀器系統(tǒng)功能更靈活、更高效、更開放、系統(tǒng)費(fèi)用更低。通過與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，還可實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的分布式共享，更好地發(fā)揮儀器的使用價(jià)值。（3）可操作性強(qiáng)，易用靈活虛擬儀器面板可由用戶定義，針對不同應(yīng)用可以設(shè)計(jì)不同的操作顯示界面。使用計(jì)算機(jī)的多媒體處理能力可以使儀器操作變得更加直觀、簡便、易于理解，測量結(jié)果可以直接進(jìn)入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)或通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。測量完后還可打印、顯示所需的報(bào)表或曲線，這些都使得儀器的可操作性大大提高而且易用、靈活。虛擬儀器較之于傳統(tǒng)儀器,有顯而易見的優(yōu)勢。表2.1虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的對比表虛擬儀器傳統(tǒng)儀器開放、靈活，與計(jì)算機(jī)技術(shù)保持同步發(fā)展封閉，儀器

13、間相互配合差價(jià)格低廉，資源可重復(fù)利用價(jià)格昂貴，儀器間一般不能相互利用核心是軟件，系統(tǒng)性能升級(jí)方便關(guān)鍵技術(shù)是硬件，升級(jí)成本高用戶可根據(jù)需要定義儀器功能只有廠家能定義儀器功能可與網(wǎng)絡(luò)及周邊設(shè)備方便連接功能單一，只能連接有限的獨(dú)立設(shè)備開發(fā)與維護(hù)費(fèi)用可降至最低開發(fā)與維護(hù)費(fèi)用高技術(shù)更新周期短（一般來說，12年）技術(shù)更新周期長（一般來說，510年）2.2LabVIEW圖形化程序的組成與特點(diǎn)2.2.1前面版前面版是NILabVIEW提供給VI（圖形化程序）特有的組成部分之一。在VI中，前面版的作用是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話操作和交互式用戶界面操作。應(yīng)該講，它的引入是完全出于虛擬儀器的需要，因?yàn)樘摂M儀器需要在計(jì)算機(jī)顯示屏

14、上模擬出真實(shí)儀器的操作面板。在前面版上，程序的設(shè)計(jì)者可以根據(jù)程序的實(shí)際需要可以放置諸如開關(guān)、滑動(dòng)條等用戶可操作控件，也可以放置諸如儀表盤、圖形顯示器、圖表顯示器、LED顯示器等指示控件，所有這些控件都可以在NILabVIEW所提供的控件選項(xiàng)板上找到。前面版，它是每個(gè)VI（虛擬儀器）所必須包含的部件之一，也是將來用戶唯一可見的部分。在基于文本代碼的編程語言中，比如C、Java等，僅一個(gè)前面版就要撰寫很多行程序代碼。而在這里，NILabVIEW已經(jīng)替我們做完了這項(xiàng)工作。其余的工作就是如何發(fā)揮你的想像力做一個(gè)實(shí)用、美觀的用戶界面。如下圖所示，為一空的前面板。2.2.2程序框圖程序框圖也是NILabV

15、IEW提供給VI（圖形化程序）特有的組成部分之一。程序框圖用來放置LabVIEW圖形化程序源代碼。與基于文本的程序代碼不同，圖形化程序代碼是以圖形（圖標(biāo)）的方式展現(xiàn)在設(shè)計(jì)者面前。在程序框圖中，不僅可以放置圖形化代碼，并且還可以通過上面的工具攔進(jìn)行程序調(diào)試和即時(shí)編譯。程序框圖只是用來為程序設(shè)計(jì)者編程時(shí)所使用，最終的用戶是無法看到的。程序框圖類似于文本編輯器，它不僅可以放置圖形化代碼同時(shí)也可以進(jìn)行程序注釋的標(biāo)注，只不過是標(biāo)注的形式不相同。如下圖所示，為一空的程序框圖。圖標(biāo)和連接器圖標(biāo)和連接器也是NILabVIEW提供給VI（圖形化程序）特有的組成部分之一。在每個(gè)VI的前面版和程序框圖的右上角，都有

16、一個(gè)屬于這個(gè)VI的圖標(biāo)。圖標(biāo)以圖形化的方式被用來與其它VI相區(qū)別。程序的設(shè)計(jì)者可以在前面版或程序框圖中設(shè)計(jì)、修改這個(gè)圖標(biāo)。在前面版中，用鼠標(biāo)右鍵單擊圖標(biāo)，可以看到如圖所示的內(nèi)容。通過這個(gè)菜單既可以設(shè)定VI的屬性又可以編輯圖標(biāo)和顯示連接器。而在程序框圖中作同樣的操作，只可以設(shè)定VI的屬性和編輯圖標(biāo)。每個(gè)VI都有自己的圖標(biāo)和連接器。圖標(biāo)構(gòu)成區(qū)別不同VI的圖形符號(hào)，而連接器定義了VI的輸入和輸出（當(dāng)然也可以不進(jìn)行定義）。在前面板上可以設(shè)置或相互切換顯示圖標(biāo)或連接器。3語音信號(hào)采集總體設(shè)計(jì)方案與硬件配置3.1語音信號(hào)采集系統(tǒng)的功能分析對語音信號(hào)的采集、分析、處理與報(bào)表生成等。語音信號(hào)由計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析和

17、處理，在程序中通過設(shè)置采樣點(diǎn)和采樣率，對數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域和頻域的分析、處理。系統(tǒng)軟件具有濾波選擇，分為低通，高通，帶通濾波。同時(shí)也具有開始采集，停止采集，報(bào)表生成，停止等功能。語音信號(hào)采集系統(tǒng)的總體構(gòu)成由外界的語音采集板卡與計(jì)算機(jī)相連，語音采集板卡采集到的信號(hào)經(jīng)過放大電路輸送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析運(yùn)算。外部待測的物理信號(hào)：聲音聲音傳感器信號(hào)調(diào)理：將傳感器送來的信號(hào)轉(zhuǎn)換為儀器設(shè)備可以接受的范圍信號(hào)采集：使用儀器設(shè)備采集相關(guān)的電信號(hào)，并傳入計(jì)算機(jī)軟件處理：在計(jì)算機(jī)中處理所接收的信號(hào)語音信號(hào)采集系統(tǒng)的硬件配置3.3.1數(shù)據(jù)采集電路駐極話筒MIC由R0303串聯(lián)分壓供電。如圖3.3所示，當(dāng)有語音輸入時(shí)，MIC將

18、產(chǎn)生一個(gè)大小與語音強(qiáng)弱成正比的交變電壓，該電壓經(jīng)過電阻R0302耦合至放大器OPO7中，信號(hào)經(jīng)過放大之后，由模擬通道AI/02送入計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行分析處理。3.3.2傳感器選型傳感器實(shí)際上是一種換能器，它可以把聲音信號(hào)攜帶的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽娦盘?hào)的強(qiáng)度與聲強(qiáng)在一定范圍內(nèi)滿足線性關(guān)系。傳感器分類傳感器可以按照不同的能量轉(zhuǎn)換機(jī)理分為動(dòng)圈式、電容式、壓電式和半導(dǎo)體式等，其中動(dòng)圈式和電容式應(yīng)用最為廣泛;也可以按照其可錄制聲場的范圍分有指向性和無指向性兩種，其中無指向性也叫做全指向性，有指向性又可按照其指向性范圍分為心形指向性、超心形指向性、雙指向性和單一指向性幾種;按其在最佳工作狀態(tài)下與聲源的有效距離分

19、為遠(yuǎn)場傳感器和近場傳感器;也可按照用途分為人聲傳感器、樂器傳感器和測量傳感器等l）動(dòng)圈式傳感器動(dòng)圈傳感器由于其價(jià)格低廉、堅(jiān)固耐用、可承受較大聲壓而廣泛應(yīng)用于各種場合。動(dòng)圈傳感器主要由振膜、音圈、永磁體和阻抗匹配變壓器組成。當(dāng)聲音震動(dòng)通過空氣傳到傳感器時(shí)，會(huì)引起振膜的振動(dòng)，振膜帶動(dòng)音圈在永磁體的磁場中運(yùn)動(dòng)切割磁力線產(chǎn)生電流。由于音圈阻抗相對較低，通過阻抗匹配變壓器可以提高傳感器的輸出阻抗，更容易與后續(xù)放大器的阻抗進(jìn)行匹配。動(dòng)圈傳感器因其結(jié)構(gòu)和原理相對簡單、穩(wěn)定性高、可以承受較大聲壓、抗外界噪音能力較強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于擴(kuò)音、錄音等各種場合。但其缺點(diǎn)是靈敏度較低、瞬態(tài)響應(yīng)性能不佳、頻響曲線不夠平直。2）

20、電容式傳感器電容傳感器是利用電容器容量隨極板間距而變化的原理工作的，電容傳感器主要由振膜、剛性極板以及輔助部件組成。其內(nèi)部的導(dǎo)體振膜和剛性極板組成一個(gè)電容器，電容傳感器在工作是需要外部電源供電。當(dāng)聲音通過空氣傳導(dǎo)到傳感器時(shí)，振膜隨著空氣振動(dòng)而前后運(yùn)動(dòng)，其與剛性極板的間距隨即發(fā)生變化，從而因其電容的變化。在外部電源的作用下，極板兩端電壓便會(huì)發(fā)生改變，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。電容傳感器靈敏度高、頻響范圍寬、瞬態(tài)響應(yīng)好、失真較小，但其結(jié)構(gòu)精密、成本較高、且難以承受瞬間大聲壓的沖擊，因此僅用于音頻環(huán)境較好的錄音棚、消聲室，作為錄音傳感器或測量傳感器使用。3）駐極體式傳感器駐極體式傳感器是一種利用駐極體

21、材料做成的電容傳感器。主要結(jié)構(gòu)形式有兩種:一種是用駐極體高分子薄膜材料作振膜;另一種是用駐極體材料做后極板。因?yàn)轳v極體本身帶電，所以這種傳感器無須外部笨重的極化電源，簡化了電容傳感器的結(jié)構(gòu)。該傳感器是由一片駐極體薄膜和一片金屬電極（背電極）構(gòu)成的電容。當(dāng)聲波引起駐極體薄膜產(chǎn)生振動(dòng)而發(fā)生位移時(shí)，電容極板間的距離就會(huì)發(fā)生變化，從而引發(fā)了電容器兩端電壓的變化，完成聲電轉(zhuǎn)換。傳感器性能指標(biāo)靈敏度和指向性是傳感器的兩個(gè)重要性能，由此而關(guān)聯(lián)的傳感器性能指標(biāo)主要有以下幾條:l）靈敏度靈敏度是表征傳感器在一定聲壓作用下能產(chǎn)生多大的電輸出的一個(gè)物理量，表示傳感器的聲電轉(zhuǎn)換效率。一般說來它是傳感器的輸出電壓同該傳

22、感器所受聲壓的復(fù)數(shù)比。一般來說，傳感器的靈敏度越高，失真度就越小，其所接受的聲音信號(hào)的質(zhì)量就越好，輸出信號(hào)的音質(zhì)越接近于真實(shí)聲音。2）頻率響應(yīng)傳感器的頻率響應(yīng)是指在某一確定的聲場中，聲波以一指定的方向入射，并保持聲壓恒定時(shí)，傳感器的開路輸出電壓隨頻率的變化的曲線。傳感器的頻率響應(yīng)是傳感器的主要指標(biāo)之一，為了得到良好的音質(zhì)，一般要求傳感器的頻響曲線在較寬的頻率范圍之內(nèi)平直。3）指向性傳感器的靈敏度隨聲波入射方向而變化的特性就是傳感器的指向性。傳感器的指向性對音質(zhì)有較大影響。根據(jù)不同的使用目的，不同的聲源以及不同的聲場條件，選用具有不同指向性的傳感器，對提高音質(zhì)是很重要的。4）輸出阻抗輸出阻抗也稱

23、源阻抗是指傳感器的兩根輸出線之間在1kHz信號(hào)輸入時(shí)的阻抗。源阻抗在150-600歐之間的傳感器是低阻抗型的;在1-5千歐之間是中阻抗型的;在25-150千歐之間是高阻抗型的。應(yīng)注意的是，所有的電動(dòng)式傳感器都是低阻抗器件，那些有高阻抗輸出的電動(dòng)式傳感器使用一個(gè)內(nèi)置阻抗升高變換器。高阻抗傳感器的缺點(diǎn)是它們的高阻抗電纜線容易拾取到靜電噪聲，諸如發(fā)動(dòng)機(jī)和熒光燈等引起的噪聲，這就是要求使用帶屏蔽的電纜。另外，圍繞屏蔽的導(dǎo)體會(huì)形成一個(gè)電容器，它實(shí)際上是跨接在傳感器的輸出上。當(dāng)電纜的長度增加時(shí)，電容量就變大，直到6至8米長時(shí)，電容量開始短路掉由傳感器拾取的許多高頻信號(hào)。因此，使用高阻抗傳感器應(yīng)避免用長電纜

24、來連接，這種限制有時(shí)會(huì)給錄音帶來不便。5）最大聲壓級(jí)指的是在傳感器在不產(chǎn)生非線性失真時(shí)所能承受的最大聲壓。6）等效噪聲級(jí)用來衡量聲音傳感器本身的固有噪聲大小，固有噪聲主要由膜片的熱擾動(dòng)或有源器件的電噪聲引入。通常用等效噪聲的聲壓級(jí)來衡量傳感器固有噪聲的大小。7）動(dòng)態(tài)范圍指的是傳感器所能接收信號(hào)聲壓變化范圍的上下限，上限受到最大聲壓級(jí)的限制，下限受到等效噪聲級(jí)的限制。專業(yè)級(jí)傳感器的動(dòng)態(tài)范圍一般在110dB左右。8）失真度指的是聲信號(hào)經(jīng)傳感器拾音以后聲音發(fā)生畸變的程度。失真主要是因?yàn)閭鞲衅鞯恼駝?dòng)波形與聲源不符或傳感器接收聲音的聲壓超過其能接收的最大聲壓級(jí)造成的。傳感器的選擇我們在選擇傳感器的時(shí)候，

25、要在了解不同的目標(biāo)聲場特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合傳感器的技術(shù)特性來選擇。一般考慮兩個(gè)方面的需求:一方面要滿足環(huán)境特性的需求，包括對溫度、濕度、壓力和風(fēng)的適應(yīng)性等;另一方面要滿足技術(shù)特性的需求，包括對靈敏度、頻率響應(yīng)、動(dòng)態(tài)范圍和指向性等的需求。本系統(tǒng)所測的目的是語音采集，因此我們要選用靈敏度高、頻響寬而平直的傳感器。最終選定了一種測量電容式駐極體傳聲器。駐極體電容傳聲器是一種聲電轉(zhuǎn)換器件，類屬于電容傳聲器。但是，與早期的電容傳聲器相比，其內(nèi)部振膜或背極采用的是可儲(chǔ)存電荷的駐極體材料，因此無需外加極化電源。同時(shí)，由于駐極體電容傳聲器內(nèi)置了場效應(yīng)管，輸出靈敏度得到大幅度提升。而且駐極體電容傳聲器采用了超小型

26、的零部件，使得產(chǎn)品體積可以做的很小。由于擁有諸多優(yōu)良性能，駐極體電容傳聲器廣泛應(yīng)用于手機(jī)、電話機(jī)、MP3/MP4、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)、語音識(shí)別系統(tǒng)、電腦等產(chǎn)品上。4語音信號(hào)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)4.1語音信號(hào)采集系統(tǒng)程序流程圖如圖4.1所示，打開程序，先設(shè)置系統(tǒng)的采集參數(shù)，然后點(diǎn)擊開始采集按鈕。之后系統(tǒng)采集的語音信號(hào)經(jīng)過數(shù)字信號(hào)處理，根據(jù)設(shè)置的濾波參數(shù)，生成時(shí)域和頻域波形。然后點(diǎn)擊停止采集按鈕，系統(tǒng)停止采集。然后選擇你要保存的位置，然后打開報(bào)表，生成HTML報(bào)表。4.2語音信號(hào)采集系統(tǒng)的軟件前面板設(shè)計(jì)本系統(tǒng)是基于虛擬儀器的語音采集系統(tǒng)。前面板設(shè)計(jì)如圖4-2所示：圖4.2基于虛擬儀器的語音采

27、集系統(tǒng)前面板系統(tǒng)主要包括語音信號(hào)采樣信息界面、語音采集控制按鈕界面、語音采集狀態(tài)顯示界面以及時(shí)域波形和頻域波形顯示界面四個(gè)部分。4.2.1語音信號(hào)采樣信息界面語音信號(hào)采樣信息界面中包括物理通道、采樣點(diǎn)數(shù)、采樣速率、截止頻率、上下限截止頻率及頻域波形類型選擇框。其中頻域波形類型選擇框包括低通，高通及帶通下的波形如圖4.2.1所示。l.OOT.OT坳理通道7高通艇圖4.2.1語音信號(hào)采樣信息區(qū)雌曰14.2.2語音采集控制按鈕界面系統(tǒng)開始運(yùn)行，點(diǎn)擊采集按鈕，系統(tǒng)開始對語音信號(hào)的采集，之后按停止采集按鈕時(shí)系統(tǒng)停止對語音信號(hào)的采集。當(dāng)按報(bào)表按鈕時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成報(bào)表。黨按下急停開關(guān)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)立刻停止。如

28、圖4.2.2所示。圖4.2.2語音采集控制界面4.2.3時(shí)域波形和頻域波形顯示界面系統(tǒng)開始采集數(shù)據(jù)時(shí)，信號(hào)的時(shí)域波形和頻域波形分別在時(shí)域波形和頻域波形顯示界面中顯示。圖4.2.3為采集后的音頻信號(hào)經(jīng)過濾波后在時(shí)域上的波形，濾波的形式可在前面板上選擇，共有三種方式：低通濾波，帶通濾波，高通濾波。其中低通可用于檢測我們生活中的噪音，帶通濾波主要用于檢測我們?nèi)祟愓f話的聲音。高通濾波，用于檢測頻率較高的管弦樂樂器。時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)化為頻域波形，如圖4.2.3所示。根據(jù)我們所要采集聲音的頻率不同，我們可以設(shè)置X軸的坐標(biāo)。然后通過頻域上波形的分布，對采集的聲音進(jìn)行具體的分析。4.3語音信號(hào)采集系統(tǒng)的軟件程序框圖

29、設(shè)計(jì)圖4.3.1軟件總體程序框圖II*Ir.1如圖4.3.1所示，總體的程序框圖有DAQ函數(shù)，while循環(huán)，事件結(jié)構(gòu)，條件結(jié)構(gòu)，報(bào)表生成等幾部分組成。程序的主體為：采集聲音任務(wù)：數(shù)據(jù)通道采樣時(shí)鐘采集波形對波形的處理結(jié)束任務(wù)清除數(shù)據(jù)EMlSImifl圖4.3.2聲音信號(hào)處理如圖4.3.2所示，采樣的模擬波形通道為1通道多采樣通過設(shè)定采樣速率和采樣點(diǎn)數(shù)numarafrTTslaa|paruh.rw.l2He:HLieT亞*t引冃=E*且縮s來確定波形的質(zhì)量，速率越快，采樣點(diǎn)數(shù)越多，采樣波形越相近于實(shí)際波形。由于采集到的信號(hào)太小，不利于觀測，因此經(jīng)過放大器放大后來觀看。信號(hào)經(jīng)過放大器后進(jìn)入濾波環(huán)節(jié)

30、，共有三種濾波可供選擇，低通、帶通和高通。分別對應(yīng)不同的情況。同時(shí)將濾波后的波形在時(shí)域上表現(xiàn)出來，可將時(shí)域波形的數(shù)據(jù)精處理為動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)輸入頻譜測量，在示波器顯示出頻域波形。left叫匸DSIn翔甜下守:根據(jù)圖4.3.3所示，報(bào)表生成的一系列步驟。報(bào)表生成任務(wù)：新建報(bào)表修改報(bào)表，圖4.3.3HTML報(bào)表生成InndL片具體為添加頁眉頁腳，注釋說明以及程序的波形圖片保存報(bào)表，路徑可選擇打開報(bào)表。我選擇的是HTML報(bào)表。優(yōu)點(diǎn)是，它可以在報(bào)表內(nèi)添加超文本鏈接，圖片，影像，聲音以及注釋說明。LabVIEW編程實(shí)訓(xùn)報(bào)告LabVIEW編程實(shí)訓(xùn)報(bào)告/XX 語音信號(hào)采集系統(tǒng)的運(yùn)行與分析2時(shí)閆圖5.1時(shí)域波形頻域翊2200400600BOOLOGO1200時(shí)同國圖5.2頻域波形圖5.1與5.2采集到的是手機(jī)鬧鈴的震動(dòng)聲音?？梢钥闯?，該聲音信號(hào)在頻域上主要分布在低頻段，且幅值較高。DevUai212?-WBiiiiiiiiiBiiii賈tllBIIRB-25-50-0.20.40.60.&時(shí)間圖5.3時(shí)域波形0.02-0.04-0.01-0.05-頻域蹴20.06-m圖5.4頻域波形圖5.3與5.4為手機(jī)播放女高音，可以發(fā)現(xiàn)其頻域上的波形頻率較高，時(shí)域上也有很明顯的幾塊突出。而且根據(jù)傳感器靈敏度的提高，波形也會(huì)越精確。圖5.5時(shí)