音频信号采集分析虚拟系统的设计摘 要

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摘要 .................................................................................................................................................. 3

Abstract: In order to achieve virtual instrument software development platform and the computer

sound card's digital processing between the application of virtual technology to improve the

promotion and expansion, this paper presents a virtual sound card based Signal Generator design.

The program uses an ordinary PC sound card as a signal of the output channels, with LABVIEW

software to complete the design of the virtual signal generator. Experimental results show that the

virtual signal generator can achieve the traditional function of the basic functions of the signal

generator ........................................................................................................................................... 3

［收稿时间］2021-09-06［基金项目］五邑大学教学质量工程与教学改革工程项目（JX2020027）；五邑大学课程思政示范课程项目（SZ2021006）。［作者简介］胡异丁（1974—），男，湖北人，博士，副教授，研究方向为声、

振信号处理。［摘要］信号与系统课程教学内容理论性较强，教师可引入LabVIEW设计课程知识点仿真演示程序，并进一步设计贴近工程实际的教学案例，深入浅出地把科学思想、工程思想贯穿于教学内容中，帮助学生理解课程中的抽象理论知识，使其初步领会从工程实践中提炼问题、分析问题、解决问题的基本方法，并在理解课程理论知识的基础上提高工程实践能力。［关键词］信号与系统；LabVIEW；案例教学［中图分类号］G642［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2023）06-0058-042023年3月March，2023UniversityEducation

信号与系统一直是电子电气信息类专业必修的专业基础课程。信号与系统在各种不同的工程系统和领域中，比如地震数据处理、通信、语音处理、图像处理、电子产品、装备制造业等，扮演着极其重要的角色。它将各种数学基本概念应用于产品研发和设计中。近几年，一些“双一流”高校的机械、土木等工科专业为了培养从事工程振动信号检测、机械设备状态及故障诊断等工作的专门人才，也增设了信号与系统课程。信号与系统课程教学内容理论性较强，特别是基本概念比较抽象，部分学生认为该课程的内容主要是数学公式的记忆和使用，缺乏对数学概念与实际应用的理解。为了充分调动学生的积极性和主动性，教师可在该课程中引入LabVIEW并结合实际案例进行分析，把关键知识点融入案例教学过程中，借助案例的直观性和趣味性，将理论知识和工程有机地结合在一起，通过案例教学让学生悟透所学知识。一、LabVIEW仿真演示的引入LabVIEW是一种图形化开发环境语言，它结合了图形化编程方式的高性能与灵活性，使工程系统可视化，创建图形和编程变得更为简单。将LabVIEW引入信号与系统课程教学实践中，相对于Matlab语言具有形象性、直观性、数据实时处理能力更强等优势[1]。借助Lab⁃VIEW编程，对信号与系统的知识点进行图形演示、案例实时测试分析，可以加深学生对理论知识的理解[2]，了解理论知识所蕴含的工程意义，树立工程理念，从而提高学生的学习主动性。例如在讲授采样定理时，理论知识点注重的是奈奎斯特采样频率及频谱混叠，但是教师不能很好地展示采样频率与采样前、后信号的时域、频域之间的对比关系。借助LabVIEW编程，可很好地动态展示和解释采样频率与频谱混叠现象，程序前面板如图1所示。程序可以生成特定的原始信号，如可设定频率（20Hz）的正弦波为原始信号，时域上可以清楚地看到1秒钟原始信号有20个周期；如果将该正弦信号按照某一采样频率（16Hz）采样，得到1秒钟16个采样点的采样信号，如图显示为1秒钟4个周期的三角波信号，即经采样的信号频率变成了4Hz，这正是频谱混叠产生的结果。从频谱图可以看到原始信号和采样信号的频率。由于LabVIEW的参数设置与结果呈现十分方便，用户还可以通过旋钮调整采样频率，在程序运行时，右边的时域、频域图都随之实时发生改变。如当采样频率调整到24Hz时，仍旧对20Hz正弦信号进行采样，由采样定理可以知道频谱混叠到4Hz，此时得到的时域波形如图2所示。比较图1和图2的采样信号时域波形，尽管二者都是频率混叠的结果，且频率都为4Hz，但是采样定理中并未提到的信号相位信息也被呈现出来，即二者相位相反。引入案例说明：当看电影或电视，画面有汽车启动镜头时，常常能看到车轮开始时越转越快，突然某个时刻变慢了甚至倒着转的现象，这是因为影视作品往往以一个固定的帧率对连续转动的车轮进行采样，当车轮的转速不断提高，帧率不满足奈奎斯特采样频率时，观众看到的就是频率混叠干扰下的视频结果，即转速明显与实际车速相比较慢，且可能反相（倒转）。这种现象可通过以上LabVIEW程序反映出来。利用LabVIEW虚拟仪器前面板编程，使得人机交互接口更形象直观。学生可通过设置原始信号类型为正弦波、三角波、方波和锯齿波，还可旋钮控制调整原始信号的频率，并观察不同类型信号频率变化下的采样过程及可能频谱混叠的时域、频域图。可见引入LabVIEW将采样定理的知识点全面、动态地展示出来，并结合生活实际案例，能使学生更容易理解基本概念，打消学生的畏难情绪，从而帮助学生洞悉数学公式背后的物理意义。目前，已开发完成的LabVIEW仿真演示程序如图3引入LabVIEW的信号与系统课程案例研究与实践

虚拟低音算法的设计与实现

王红梅;刘华平

【摘 要】先介绍虚拟低音算法中最有代表性的两种算法,MaxxBass算法和EVB

Phase Vocoder算法.并给出了基于VB Phase Vocoder方法设计的虚拟低音增强系统,并对虚拟低音增强结果进行对比分析.实验结果表明,该虚拟低音增强系统能产生较为浑厚饱满的低音增强效果.

【期刊名称】《电声技术》

【年(卷),期】2014(038)011

【总页数】4页(P53-56)

【关键词】虚拟低音;谐波;增强

【作 者】王红梅;刘华平

【作者单位】浙江天格信息技术有限公司,浙江金华321000;上海大学通信与信息工程学院,上海200072

【正文语种】中 文

【中图分类】TN912.35

1 引言

随着移动互联网时代的到来，手持智能终端的普及率越来越高，各大手机厂商对系统易用性及多媒体表现方面也原来越重视。在音频方面，手机厂商将好音质等作为推广重点也可以看出，消费者对于多媒体影音方面的要求越来越高。但同时，智能终端如手机、平板计算机都趋向于纤薄和细小，受到体积尺寸的影响，在这些设备中无法防止尺寸过大的扬声器。所以，从传统意义上做硬件改进比如增大扬声器尺寸改进材料以及腔体结构已经没有太多提升的空间。较小的扬声器口径通常其低频谐振频率较高低频放音能力差，也就是低音表现不足。消费者对高品质音乐的追求和小扬声器低音表现力差的矛盾成为了急需改进的问题。

对于该问题，目前多采用均衡器的方法来解决。但简单地通过均衡器提高低频能量容易产生信号畸变，并降低扬声器的使用寿命。而利用虚拟低音增强技术实现的低音增强，则避免了上述问题。

其中，虚拟低音增强方案最有代表性的两个方案分别为 MaxxBass[1]算法和 VB

Phase Vocoder算法。后续章节将分别介绍这两种方法，并给出基于VB Phase

Vocoder[2]方法设计的虚拟低音增强系统，并对虚拟低音增强结果进行对比分析。

基于MSP430的FM音频频谱分析仪设计与实现

【摘要】频谱分析在教学科研和生产实践中都有着非常广泛的应用，显示的是信号频率和功率的关系，广泛应用于电子对抗、移动通信和广播电视等领域。调频广播的音频范围在30Hz～15KHz，音频质量的好坏影响了调频广播发射机整体的指标。因此有必要对调频广播的输入音频进行频谱分析，从而采用适当的措施来进行调整和改进。

【关键词】音频频谱分析；快速傅立叶变换；数字信号处理

1.前言

在实际的广播电视发射工作中，新的发射机的进场测试，发射机的日常指标测试等都涉及了音频的测试。本文设计的音频频谱分析仪就是从信号源的角度出发，测量音频信号的频谱，从而确定各频率成分的大小，为调频广播的各项音频指标的提供参考。

在本文中主要讨论了以MSP43处理器为核心的音频频谱分析仪的设计与实现。以数字信号处理的相关理论知识为指导，利用MSP430处理器的优势来进行音频频谱的分析，并最终在TFT液晶HD66772上面显示。

2.频谱分析仪设计原理

由于在数字系统中处理的数据都是经由采样得到，所以得到的数据必然是离散的。对于离散的数据，适用离散傅立叶变换来进行处理。

快速傅里叶变换，是离散傅里叶变换的快速算法，也可用于计算离散傅里叶变换的逆变换，目前已被数字式频谱仪广泛采用。对于长度为N的复数序列，离散傅里叶变换公式为：

（1）

式1中，称为旋转因子，并有：，。假设序列长度，在计算式1的时候，把它拆分成偶数项和奇数项和的形式，则式1变化成：

（2）

令，，利用的性质，则式2可以化简为：

（3）

于是一个序列的运算被分解成两个运算的和的形式，和可以继续向下分解，最终分解为两点的FFT运算。如果想要FFT运算后的输出为自然顺序排列，则

输入序列需要按位倒序来排列。图1为8点FFT的运算图。

图1 8点FFT蝶形运算图

经过FFT运算后，可以将一个时域信号变换到频域。有些信号在时域上是很难看出什么特征的，但是如果变换到频域之后，就很容易看出特征了，这就是频谱仪的一般原理。