基于 labview 的声音信号采集分析系统开发

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1、万方数据第24卷第3期2012年9月北方工业大学学报J．NORTHCHINAUNIV．OFTECH．V01．24No．3Sept．2012基于LabVIEW的声音信号采集分析系统开发*张．．振李香飞甘淑敏皮世威张从鹏(北方工业大学机电工程学院，100144，北京)摘要利用麦克和计算机声卡作为声音信号采集的硬件，在LabVIEW环境下开发了计算机音频采集分析系统．本系统能够采集各种工况环境的声音信号，并具有信号保存、调用、回放等功能，同时实现了对声音信号的各种数字分析，为声音振动研究和工况状态识别提供了有效的工具．关键词声卡；LabVIEW；声音采集；时频分析分类号TP216+．2；TP274+

2、．2工况环境中的噪声基本上反映了设备的运行状态，所以可以通过声音信号来判断或识别工况中设备的运行状态[1]．常用的声音采集系统包括传声器和高动态音频采集卡，系统成本较高．本文利用计算机的多媒体声卡和麦克作为声音信号采集的硬件，在LabVIEW开发环境下开发了一个声音信号采集分析系统，可以实现声音信号的采集及分析，具有使用方便，成本低廉等优点．1系统硬件搭建设计了一个基于LabVIEW和声卡的声音信号采集与识别系统，它可以通过麦克采集声音信号，并对采集的信号加以存储，而后对存储的信号进行频谱分析，最终能够实现对声音信号的识别．根据这个设计思路，方案设计所需硬件大致可以分为3部分，如图1所示．图1

3、方案设计所需硬件收稿日期：2012-01—05’北京市大学生科学研究与创业行动项目(2011012)．第一作者简介：张振，本科生．专业：材料成型及控制工程2系统程序框图设计本系统程序设计主要分为两部分，即声音信号的采集存储和对声音信号的分析，开发工具采用LabVIEW8．6．2．1声音信号的采集与存储要实现对声音信号的采集与存储，首先需要通过麦克的声音采集功能来实现声音信号到电信号的转换，然后通过LabVIEW的配置声音输入子vi和写入声音文件子vi来实现声音信号的采集和声音模板的录入．其中配置声音输人子vi是用来配置一个声音输入设备，采集数据并将数据发送到缓存，然后通过写入声音文件子vi将来

4、自波形或波形数组的数据写入wav文件．通过这些子vi便可以实现声音信号的采集，并将其存储为wav格式的文件．程序框图如图2所示．2．2声音信号的分析基于LabVIEW的设备运行噪声采集分析．系统的功能设计包括：时域分析、频域分析、功率谱分析和频谱分析，如图3所示．万方数据第3期张振等：基于LabVIEW的声音信号采集分析系统开发432．2．1打开声音文件要实现声音信号的处理，便于后续分析，首先需要通过打开声音文件子vi和配置声音输出子vi，把采集到的声音信号打开．其中，打开声音文件的程序如图4所示．图3声音信号分析框图驾2声音信号的采集与储存2．2．2对采集声音文件的分析频域分析是通过傅里叶变

5、换将时域信号变换到频域，其主要是分析信号的频谱成分以及各种成分的强度．对采集声音文件的即时频谱分析，需要运用LabVIEW中的频谱测量控件，通过频谱测量控件对其进行FFT分析，这样就把一个时域的信号转换为频域的信号．频谱即时分析部分的程序框图如图5所示．波形即时显示虱5采集的声音文件的频谱分析图4打开声音文件使用LabVIEW中的FFTPowerSpec—trum．vi完成功率谱分析，使用FFTSpectrum(Mag—Phase)．vi得到频域信号的幅值谱和相位谱．同时，为了防止采集信号发生泄露，对所采集信号进行加窗处理，系统选择了汉宁窗[2]．加窗后的功率谱分析和频谱分析的程序框图如图6所

6、示．后功率诺后FF撇谨后FFT}日位诺图6采集声音文件加窗后的功率谱和频谱分析万方数据4．4北方工业大学学报第24卷3系统前面板设计开发的基于I。abVIEw的声音采集分析系统包括硬件和软件两部分。’其硬件部分包括：计算机、声卡(位于计算机内)、麦克；软件部分包括：声音的采集储存软件包、声音分析软件包．其中麦克用于采集声音信号，将空气振动信号转换为电信号；声卡实现声音电信号(模拟信号)与数字信号(WAV格式)的相互转换[3]．3．1声音采集储存面板设计本模块用LabVIEW自带的SoundInputConfigure．vi来配置声卡采样所需的各个参4实例分析虱7采样数据前呵板采用本系统对钻床工

7、作时的噪声信号进行采集分析，钻台布置图如图9所示。钻床参数如表1所示．数，如：设备ID、采样数、采样模式等．本系统可根据需要设置采样频率、采样位数和采样方式．采集数据前面板如图7所示，其中系统界面中的采集信号波形是通过麦克实时采集的环境噪声信号．3．2声音分析面板设计声音信号保存完毕后，接下来对刚保存的声音文件进行各种分析．I。abVIEw内建立了600多个分析函数，能够轻松地提取有用的信息进行测