基于声卡的虚拟仪器研究声波和拍

1 引 言
计算机的声卡在音频范围是性能良好的 A /D 转 换器 ,且具有双通道 ,可达 16 bits量化精度 ,这就为声 [ 12 3] 卡代替专业数据采集卡提供了可能 。本文基于声 卡的虚拟仪器 V0. 94 利用电脑声卡的 A /D 转换电路 , 以美国 N I公司的虚拟仪器软件 Lab V IEW 为平台 , 把 电脑变成 1 台集信号发生器 、 数字存储示波器 、 频率 [4] 计、 万用表 、 频谱分析仪等多功能于一体的仪器 。 本文把 V0. 94 的信号发生器 、 数字存储示波器 、 频谱
与探索 , 2006, 25 ( 5) : 635 2 636, 736.
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图 1 仪器装置
3. 2 实验原理及测试结果
如果两列声波向同一方向传播 , 频率分别为 f1 和
f2 , 根据波的叠加原理 , 两列波在空间某点产生的合振
动是各自振动之和 。如在某一给定点 , 时刻 t, 一列波 所产生的振动位移 y1 为 πf1 t y1 = ym co s 2
( 1)
图 2 两频率相近的声音信号产生的拍波形 ( f1 = 2. 0 kHz)
2. 2 硬件准备与联接
计算机声卡不具备过载保护功能 , 其输入信号一
第 1期
杨学锋 : 基于声卡的虚拟仪器研究声波和拍 在同一点处 , 另一列波所产生的振动位移 y2 为 πf2 t y2 = ym co s 2 则这两列波在该点的合振动位移为
y = y1 + y2 =
29
般不应超过 1 V , 必要时应增加电阻衰减网络 。声卡 的输入 、 输出至少有 3 个接口 : L ine in、 L ine out和 M ic。 把话筒插入 M ic 接口可直接观察和测量声音信号 。把 一根 3 芯屏蔽线的 3 条芯线分别与直径为 3. 5 mm 立 体声耳机插头的左声道 L、 右声道 R 和地 Gnd 的引出 端焊 接 好 , 分 别 用 于 L ine in 和 L ine out 接 口 的 连 [4] 接 。 2. 3 虚拟仪器 V0. 94 的功能和使用方法 软件启动后 ,直接进入示波器测试状态 ,有 5 种工 作方式 : X 单踪工作 , 显示 L ine in 左声道或 M ic 的输 入信号 ; X1 和 X2 双踪工作 ,分别显示左右声道的输入 信号 ; X 1 + X2 显示左右声道叠加的结果 ; X - Y 左右声 道信号分别从 X 轴和 Y 轴输入 ; 频域 ,对信号进行 FET 频谱分析 。通过调节“ 增益 ” 改变信号波形的幅度 , 调 节“ 时基 ” 改变水平扫描频率 ,调节“ 基准线 ” 改变波形 上下的位置 , 点“ 同步 ” 按钮使波形稳定显示 ,“RE2
由于受到采样时间的限制 , 虚拟仪器 V 0. 94观测 (下转第 110 页 )
110
实 验 室 研 究 与 探 索
室研究与探索 , 2006, 25 ( 4) : 93 2 94, 194.
第 29 卷
学习的兴趣 ,增强了学生的实际动手能力 ,加强了激发 粉煤灰活性的机械磨细法 、 水热合成法和碱性激发法 等内容的理解 。
收稿日期 : 2009 - 04 - 22 基金项目 : 应用型本科院校“ 十一五 ” 国家课题 ( F I B 070335 2 A7 2 35) 作者简介 : 杨学锋 ( 1968 - ) , 男 , 山东乐陵人 , 副教授 , 现主要从事 虚拟和仿真实验研究 . Tel . : 0534 2 8985834; E 2 mail: dzxyyxf@163. com
摘 要 : 提出一种利用基于声卡的虚拟仪器研究声拍和和测量拍频的方法 , 仪器由装有 V0. 94 软件的 PC、 扬声器和话筒组成 ; 计算机的虚拟信号发生器产生 2 路频率相近的信号 ,通过 L ineout接口输出 ,并 分别连接至 2 个扬声器作为声源 ; 驻极体式话筒作为声音传感器通过 M ic 接口 ,输入到计算机 ,通过虚 拟示波器观察两声源叠加后产生的拍波形 ; 根据每格采样时间 ,从拍波形图测量 2 个同一侧相邻峰值点 对应的时间 ,从而得到振声信号的拍频 ; 虚拟仪器的 FET功能用来对拍信号进行频谱分析 。实验现象 形象 、 直观 、 清晰 ,操作简便 ,既可作为演示性实验 ,又可定量测定拍频 ,改变了传统实验无法定量分析的 缺陷 ,同时还可对声拍信号逆向进行 FET频谱分析 。 1 台计算机同时实现了 2 台信号发生器 、 1 台数字 存储示波器和 1 台频谱分析仪的功能 。 关键词 : 声卡 ; 虚拟仪器 ; 声拍 ; 拍频 中图分类号 : TP 29 文献标识码 : A 文章编号 : 1006 - 7167 ( 2010 ) 01 - 0028 - 02
分析仪等虚拟功能联合使用 ,用以研究声波和拍 。
2 V0. 94 硬件准备和调整 、 使用方法
2. 1 计算机声卡的设置
目前 , 声卡主流产品均为 16 bits, 采用 Δ2∑ 方式 的 ADC 足以代替一般专业数据采集卡的 12 bits采样 精度的逐步渐进式 ADC, 而其最高采样频率一般在 [ 12 2] 44. 1 kHz 。V0. 94 在使用前应首先对声卡进行以 [ 42 5] 下设置 : 打开电脑的音量调节并选择录音属性 , 打 开录音音量控制面板 , 将输入方式选为 L ine 或 M ic2 phone,禁用一些不常用的设备如 MODEM、 CD 等 , 关 闭混响 、 环绕等声音特效 ,以尽量减少对测量的干扰 。
பைடு நூலகம்
B y U sing V irtua l Instrum ent B a sed on Sound Ca rd to Re sea rch Sound W ave s and Sound B ea t
YAN G X ue2feng
(Departm ent of Physics, Dezhou University, Dezhou 253023, China ) Abstract: This article p roposed a method of virtual instrum ent based on sound card to research sound waves and sound beat . A t the same tim e one computer can be realized as the functions of signal generator, digital storage oscilloscope and spectrum analyzer . The result of the experi m ent is visualized, intuitive and clear, and it can m easure quantitative beat frequency . Key words: sound card; virtual instrum ent; sound beat; beat frequency
第 29 卷 第 1 期 2010 年 1 月
实 验 室 研 究 与 探 索
RESEARCH AND EXPLORATI ON I N LABORATORY
Vol . 29 No. 1 Jan. 2010
基于声卡的虚拟仪器研究声波和拍
杨学锋
(德州学院 物理系 ,山东 德州 253023 )
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CORD ” 按钮将信号保存为 WAV 文件 ,“PAUSE ” 按钮
( 2)
π 2 ym co s 2
f1 - f2
2
π t co s 2
f1 + f2
2
t
( 3)
由上式可知 , 合振动的振幅是时间的函数 , 这一现 [ 62 9] 象称为拍 。由于振幅所涉及的是绝对值 , 其变化周 π 期即 cos 2
3. 1 仪器装置
仪器装置如图 1 所示 , 由装有 V0. 94 软件的 PC、 扬声器和话筒组成 ,计算机同时实现信号发生器 、 数字 存储示波器和 FET频谱分析仪的功能 。虚拟信号发 生器产生 2 路频率相近的信号 ,通过计算机的 L ine out 接口输出 ,并分别连接至 2 个扬声器作为声源 。驻极 体式话筒作为声音传感器通过 M ic 接口 , 输入到计算 机 ,通过虚拟示波器观察两声源叠加后产生的拍波形 。 虚拟仪器的 FET功能用来对拍信号进行频谱分析 。
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5 结 语
随着实验室条件的改善 , 固体废物实验教学工作 将更好地开展 ,本实验的开展为后期危险固体废弃物 的固化实验打下坚实的基础 。固体废弃物胶凝固化实 验是一个综合设计性实验 ,为了准备实验 ,学生们平时 就注意阅读大量与自己研究方向有关的文献 , 能够扩 大知识面 、 锻炼表达能力 , 提高查新能力 、 科研能力和 实际操作能力 ,同时本实验需要同组的所有成员协同 操作 ,这样学生既能掌握各种实验设备的操作技能 ,提 高自己的专业知识水平 ,提高分析问题和解决问题的能 力 ,增强自己的竞争能力 ,同时也能培养学生团结协作 能力 ,学校也能够培养出更多合格的环境类专业人才 。 参考文献 ( References) :
f1 - f2
2
π t 的周期 , 由 2
f1 + f2
2
t =π 决
定 , 故振幅变化频率
f = | f1 - f2 | ( 4)
即两列波的频率之差 , f 称为拍频 。当 f1 和 f2 相差很 小时 , ( f1 - f2 ) / 2 与 ( f1 + f2 ) / 2 相比很小 , 得到波有典 型的拍 ; 当 f1 和 f2 相差较大时 , ( f1 - f2 ) / 2 与 ( f1 + f2 ) / 2 相近 , 得到的波包不明显 , 拍频很高以至于听不 到拍 。
可将显示暂停 , 以便观察 , 此时可以通过“ 保存屏蔽 ” 将当前显示波形保存为位图文件 , 从而实现数字存储 示波器的波形存储功能 。通过“ 电源开关 ” 中的切换 按钮可以实现信号发生器 、 频率计 、 数字万用表等多种 虚拟仪器功能 ,且多种功能可联合使用 。
3 利用基于声卡的 V0. 94 研究声波和拍