使用LabVIEW简化音频测量

RMS
对于一些应用而言，信号幅值并不能提供足够信息。在例如需要计算增益与功率、信号均方根值等许多测量中，LabVIEW提供了可以通过对瞬间信号数 据取平方、对给定时间进行积分、计算开根号结果功能方便地计算均方根数值。Basic Averages DC-RMS.vi还能够对对信号计算得到的均方根数值取平均值。这个VI还包含了时间窗选项，可以得到更好的测量结果。图5展示了如何使用 LabVIEW使用汉宁窗计算线性平均直流与均方根数值。


图5：获得采集信号的平均均方根数值。

增益
增益是在音频系统中进行的一项基本测量。系统取得激励信号并产生响应信号。系统对信号进行放大的因数称为增益。在不同频率下计算一系列增益测量时， 能够生成系统的频率响应函数。图6给出了根据采集激励与响应，计算系统增益的基本VI。这个例子通过计算响应的均方根数值对输入均方根数值的比例得到增 益。这个实例用分贝表示增益，它是衡量响应的常用方法。

图6：根据采集信号计算系统增益。

通道间串扰
通常串扰定义为从一个通道向另一个通道的信号泄漏。要完成这个测量，将信号施加到一个输入上，测量这个信号在其他非驱动通道中的大小。对于不同情况 和特定的应用，这个类型测量的定义有不同的标准。通常将这个测量表示为非驱动通道与驱动通道比例的分贝数。图7是完成两个采集信号串扰分析的 VI。

图7：计算来自两个采集信号的串扰。

总谐波失真
谐波失真是输入信号整数倍频率的多余信号。这种失真通常是模拟电路产生的，在确定音频质量中是一个重要的测量参数。谐波失真通过一定阶次谐波电平对原始信号电平的比例进行计算。总谐波失真（THD）是输入信号谐波引入的总失真的度量。
噪声与失真信号
进行THD测量的另一个选择包含在LabVIEW SINAD analyzer.vi中。信号噪声及失真比（SINAD）是输入信号能量与噪声以及谐波中能量之和的比例。音频质量可以用SINAD测量进行评估，因为 这个结果让我们了解被测信号相对于不需要的噪声和失真相比占多少比重。
总谐波失真加噪声
得到信号的SINAD使其他测量变得更加简单，例如，总谐波失真加噪声（THD+D）可以通过SINAD方便地计算得到。THD+N通常用百分比表 示。用分贝表示的THD+N与SINAD互补，所以要得到用百分比表示的THD+N需要进行转换。激励信号的实际电平是十分重要的，因为SINAD和 THD+N与施加的激励信号有关。
图8中的例子展示了如何使用声音与振动工具包中的Tone Measurements Express VI来方便的获得输入信号的THD, SINAD, 以及THD+N等信息。


图8：使用LabVIEW测量总谐波失真（THD），噪声与失真信号（SINAD）以及总谐波失真加噪声（THD+N）

动态范围
动态范围是音频系统的常见指标，即整个信号范围相对于系统中最小信号的比例。动态范围可以视为信号噪声比，因为系统中的最小信号通常是噪声，主要区 别在于动态范围是在信号存在时，使用系统的背景噪声进行计算的。动态范围通常用分贝表示，可以在加权背景信号中进行计算，从而得到加权动态范围。图11计 算包含单音频信号的动态范围。可以使用SVT加权VI进行加权得到A加权的动态范围测量结果。

图9：确定单音高信号的动态范围。

声音强度测量
最常见的音频测量可能是声音强度。声音强度定义为声压的动态变化。通常测量参照人类可以产生 听觉的临界值（通常为20µP）进行度量，并且按照对数强度比例用分贝进行表示。在进行声音强度测量时，您通常使用加权滤波和平均。SVT能够方便地进行 多种声音强度测量。在图12中，我们给出了计算基于采集数据的不同声音压力。还可以进行重复测量，计算反响次数或是一定时间内的等效噪声强度。


图10：使用SVT从采集数据计算多个声音强度测量

音阶分析
分数音阶分析是分析音频与声学信号中广泛使用的技术，因为这种分析展示了类比于人耳响应的特性。这个过程包括通过带通滤波器发送时域信号，计算信号 的均方值以及在方块图上显示这些数值。ANSI与国际电工委员会（IEC）标准定义了音阶分析仪的规范。带通滤波器特性与图表通过所需的频率带和所需的音 阶分数定义。NI DSA板卡以及SVT能够创建与国际标准完全兼容的分数音阶分析仪。SVT包含符合ANSI和IEC标准的VI，它们可以进行全音阶直至1/24音阶分 析。图11展示了使用SVT进行三分之一音阶分析。


图11：基于ANSI标准完成1/3音阶分析。

频带功率
频率测量常用于音频应用中。SVT包含用于频率分析的强大工具。我们有用于基带FFT、基带子集分析与zoom FFT的工具，它们能够获取功率谱、功率谱密度等等。SVT Power in band.vi是频率谱分析VI之一。它计算指定频率范围内的总功率。如图12所示，您可以从功率谱、功率谱密度、幅值谱或连续输出功率谱中获得频带功 率。结果根据输入单位，用适当的单位进行表示。