1、 HYPERLINK 電腦音頻虛擬儀儀器的構建與與使用原文出處：鄭重聲明：本文文來自網(wǎng)絡，使用本文及其涉及的技術請遵守相關法律規(guī)定前言近年來電腦虛擬擬儀器的發(fā)展展很快。在飛飛速發(fā)展的計計算機技術支支持下，“軟件即儀器”的理念得到到了充分的發(fā)發(fā)揮。計算機機加軟件配合合合適的AD/DA界面和傳感感器/控制器，就就可以完成形形形色色的傳傳統(tǒng)儀器的所所有功能，應應用領域遍及及現(xiàn)代科技的的各個方面，大大有星火燎原原之勢。而且且由于其成本本較低，升級級容易換代快快，維護簡單單，特別是數(shù)數(shù)據(jù)的采集、分分析、管理做做到了智能化化，大大提高了工作效效率，在科研研、計量、工工控、自控等等應用上特別別受青睞，發(fā)發(fā)展

2、勢頭已將將傳統(tǒng)儀器遠遠遠拋在了后后面，并將持持續(xù)下去。但是一般的虛擬擬儀器對于普普通電子愛好好者來說仍然然是太昂貴了了，而且由于于通用的虛擬擬儀器要考慮慮高速信號，往往往采用高速速低分辨率的的AD/DA芯片，一般般分辨率只能能達到8至12位，這對于于電子愛好者者常用的音頻頻領域恰恰不不夠精確。在現(xiàn)代多媒體電電腦上，聲卡卡已經(jīng)成為一一個必不可少少的重要組成成部分，它給給我們提供了了豐富多彩的的視聽娛樂和和有聲交流功功能，使“多媒體”的名稱名副其實實。但是你是是否知道，利利用聲卡高精精度的AD/DA變換界面，加加上合適的軟件，就可以構成成功能十分強強大的音頻（超超音頻）虛擬擬儀器呢？并并且，如果使

3、使用足夠好的的聲卡，配合合比較簡單的的擴展設備和和傳聲器/放大器，再再選用本文介介紹的軟件，將將是目前音頻頻虛擬儀器的的最強、最佳佳選擇。限于篇幅和時間間，本文主要要介紹一些原原則性的測試試方法，期望望起到拋磚引引玉的作用，給給有興趣的愛愛好者引個路路。具體的應應用還需要大大家不斷學習習、探索，詳詳細的軟件應應用方法將在在2004年無線電電雜志以及本站站連續(xù)刊登介介紹。1.聲卡的選擇擇 聲卡擔負著模擬擬信號進出大大門的重任，其其性能如何，對對虛擬儀器的的精度有著最最直接的影響響，因此選擇擇合適的聲卡卡是非常有必要要的。從分辨率看，一一般電腦多媒媒體聲卡為16位，取樣頻率率為44.1/48KHz

4、z，而現(xiàn)在的的主流中高檔檔聲卡大多具具備了96KHzz/24biit的取樣精度度，好的專業(yè)業(yè)聲卡甚至能能達到輸入/輸出兼?zhèn)涞?92KHHz/24bbit取樣精度。從音頻處理的技技術指標看，許許多質(zhì)量良好好的廉價聲卡卡已經(jīng)超越了了一般模擬儀儀器，而高檔檔的專業(yè)聲卡卡更是具有極極其優(yōu)異的指指標。這也不不奇怪，因為為專業(yè)聲卡本本身就是為專專業(yè)的錄音、監(jiān)監(jiān)聽、音頻處處理而設計的的，是音頻傳傳播的門檻，理理應具有良好好的素質(zhì)。例例如，頂級的的專業(yè)聲卡頻頻率響應可以以從幾Hz平坦地延伸伸到數(shù)十KHz至接近100 KHHz，波動在正正負0.1dB以下，噪聲聲水平在-110dB以下，動態(tài)態(tài)范圍大于110dB，

5、總諧波失失真和互調(diào)失失真遠小于萬萬分之一，通通道分離度能能達到 100ddB這樣的聲卡卡已經(jīng)超越了了絕大多數(shù)模模擬設備的指指標，足以應應付最苛刻的的應用要求，也也足以勝任高高精度電腦音音頻虛擬儀器器的要求，乃乃至于數(shù)十KHz的超聲波研研究。當然了，頂級的的專業(yè)聲卡價價格昂貴，一一般相當于一一套主流電腦腦的價格，大大多數(shù)業(yè)余愛愛好者不能或或不愿承受，但但比起模擬測測試儀器來說說還是便宜很很多，而且軟件升級沒有有限制。不過近來電腦音音頻設備市場場看好，許多多專業(yè)聲卡廠廠家推出了“準專業(yè)”聲卡進軍多多媒體市場，素素質(zhì)良好，支支持多聲道，價價格也便宜很很多，用途廣廣泛，很適合合業(yè)余愛好者者選用。如果再

6、“摳門”一點，精選選百元級優(yōu)質(zhì)質(zhì)聲卡也是可可以應付一般般的聲學測量量的，因為我我們知道聲學學測量的瓶頸頸一般在于傳傳聲器而不是是電路。當然然這時最好對對聲卡模擬電電路進行“打摩”如更換運放放和輸出電容容等，以得到到更好的效果果。介紹一些具體的的聲卡品牌。頂頂級聲卡首選選Lynx Two/LLynx 222,據(jù)筆者所知知是目前世界界上指標最優(yōu)優(yōu)秀的聲卡，價價格一千美元元左右。類似似的其它專業(yè)業(yè)聲卡有RME，比Lynx還貴（主要要因為支持的的聲道數(shù)多）。另另外如果單為測試用，一一些專業(yè)的測測試用AD/DA界面設備也也可用（例如如Sound Technnologyy公司的產(chǎn)品品），不過可可能更昂貴，

7、而而且功能少，指指標也未必更更強，但好處處是可以找到到USB接口型的，可可配合筆記本本電腦使用。這這類聲卡可以以進行精確的的電路測試，如如作為其它聲聲卡、碟機、功功放等設備的的輸入輸出參參考標準進行行測量，聲學學測試更是不不在話下。中高檔聲卡包括括許多一般的的專業(yè)聲卡和和高級多媒體體聲卡，價位位在一兩千元元，其中有些些是USB接口型的。較較好的有Terraatec DDMX 6FFire 224/96、M-Auddio Auudiophhile 22496、創(chuàng)新Audigyy2等。特別說說明，Terraatec DDMX 6FFire 224/96的性能指標標比較好，而而且該公司目目前在中國市

8、市場的推廣力力度大，價格格相對合理，服服務有保障；而創(chuàng)新則是是多媒體市場場的龍頭，游游戲和DVD功能出色。這這類聲卡可以以進行一般的的電路測試和和比較精確的的聲學測量。中低檔聲卡的型型號很多，Terraatec、M-Auddio、創(chuàng)新等公公司都有許多多型號，還有有許多其他二二線公司的產(chǎn)產(chǎn)品，一般售售價數(shù)百元。有有些指標相當當不錯，例如如Terraatec DDMX XFFire10024，價格不到200元，44.1/48KHzz下的表現(xiàn)甚甚至可以與不少中高檔多媒媒體聲卡叫板板，只不過不不支持24bitt/96KHHz取樣，聲道道數(shù)也少，因因而便宜。大大家可以從電電腦類報刊雜雜志、網(wǎng)站找找到很多

9、有關關的參考資料料。低檔聲卡數(shù)不勝勝數(shù)，這里推推薦兩款。其其一是創(chuàng)新的的VB128或PCI1228，核心是一一樣的，售價價百余元。這這款聲卡的特特點是音質(zhì)相相當不錯，可可以與中檔聲聲卡媲美。由由于是符號AC97標準的聲卡卡，采用與核核心分離的CODEC（AD/DA芯片），再加加一級運放輸輸出模擬信號號，“打摩”的余地不小小，可以獲得得更好的音質(zhì)質(zhì)。另一款聲聲卡是CMI87738，售價僅四四五十元。這這個聲卡很有有特點，其音音質(zhì)不算很好，但是頻頻率響應特別別好，可以與與專業(yè)聲卡相相比，特別是是其能夠處理理直流信號的的能力更是鶴鶴立雞群，無無人可比，具具體內(nèi)容見第第六節(jié)。另外外說明，這兩兩款“平民

10、”聲卡面世日日久，產(chǎn)量極極大，在二手手市場很容易易找到，只用用1/3原價即可買買到，性能是是一樣的，更更是非常超值值！2.硬件構筑 首先提醒大家，要要測量可能輸輸出大于5V信號的設備備（例如功放放），一定要要對聲卡的輸輸入端口進行行保護，否則則一旦輸入過過載，極易損損壞聲卡。特特別是價格昂昂貴的中高檔檔聲卡，更應應該小心保護護，以免帶來來大的損失。筆筆者在試驗過過程中未加保保護時燒壞了了好幾塊聲卡卡，請大家引引以為戒！合合適的保護措施包括衰衰減網(wǎng)絡和過過壓抑制，如如圖1所示。如果果測量電網(wǎng)交交流電信號，必必須另加隔離離電路！圖1 圖中的電位器可可以用帶刻度度的精密電位位器，但最好好不要用多圈圈

11、線繞式的，因因其電感量大大，易使高頻頻信號衰減嚴嚴重。最好是是用多段開關關配合固定電電阻來構成，例例如用優(yōu)質(zhì)的的多段音量電電位器。保護護二極管最好好用2-4V的瞬態(tài)抑制制二極管，或或穩(wěn)壓管，不不推薦普通二極管串聯(lián)聯(lián)的方法，因因其高頻特性性差。由于工工作于交流狀狀態(tài)，需要兩兩只反向串聯(lián)聯(lián)。最基本的硬件只只要聲卡和輸輸入輸出信號號線就夠了，可可以進行一般般的線路信號號測試。但由由于其輸出電電平和功率有有限，也不能能進行聲學測測試，因此一一般還需要增增加功放電路路和傳聲器。如如果用專業(yè)的的電容傳聲器器，就需要特特殊的供電電電路提供極化化電壓，并且且需要專門的的前置放大電電路。圖2給出了基本本的電腦音

12、頻頻測試系統(tǒng)的的原理框圖，大大家可以參考考有關資料具具體設計其中中的每一部分分。圖2 后面我們會看到到，筆者介紹紹的系統(tǒng)是可可以進行脈沖沖信號測試分分析的，因此此有合適的脈脈沖發(fā)生器是是需要的，這也是一些些價格昂貴的的專業(yè)測試系系統(tǒng)所必備的的功能，很有有實用價值。當當然用軟件產(chǎn)產(chǎn)生脈沖信號號是可能的，問問題是一般的的聲卡根本不不能正確輸出出需要的脈沖沖，除非你擁擁有頂級的專專業(yè)聲卡，可可以輸出近100KHHz信號，否則則一般的20KHz帶寬根本不不夠。我們希望脈沖信信號仍然受控控于電腦軟件件，如圖3所示，用簡簡單的555定時器電路路加過零觸發(fā)發(fā)電路，將軟軟件產(chǎn)生的正正弦波形作為為觸發(fā)輸入即即可

13、。脈沖寬寬度約5uS，即帶寬200KHHz。圖3 另外需要說明，用用于音頻測試試的計算機是是有要求的，應應該是配置簡簡單、性能穩(wěn)穩(wěn)定、電磁干干擾小的系統(tǒng)統(tǒng)，否則難以以達到應有的性能指標。一一般來講音頻頻測試并不需需要很高速的的計算機，因因此可以用“過期”的低速系統(tǒng)(主頻四五百百兆以上，內(nèi)內(nèi)存盡可能大大)來構建測試試平臺，并輔輔以合理的降降噪、隔離、屏屏蔽措施。這樣的硬件系統(tǒng)統(tǒng)可以說是非非常簡單的，但但它已足以勝勝任絕大多數(shù)數(shù)常見的專業(yè)業(yè)測試系統(tǒng)所所能進行的測測試項目，其其它的工作我我們要依賴軟軟件的強大處處理能力。3.軟件“三劍劍客”簡介 目前適合配合聲聲卡作為音頻頻虛擬儀器使使用的軟件有有好

14、多種，其其中包括專門門為聲卡音頻頻虛擬儀器設設計的軟件。但但筆者只推薦薦三種軟件：Specttra，Adobee Audiition(原CoolEEdit)，和RMAA。這三種軟件的共共同優(yōu)點是功功能強，精度度高，數(shù)值特特別精確，圖圖示非常精細細，可以放大大到很高倍率率，展示出分分毫畢現(xiàn)的圖圖示化分析結結果，完全可可以滿足專業(yè)業(yè)化測量測試試的要求，對對于業(yè)余應用用更是綽綽有有余。另外，三三種軟件中RMAA是免費軟件件，另兩種的的試用版都可可以使用全部部功能，而有有些功能不咋咋地的軟件試試用版卻設置置種種障礙而而無法實用。要要知道Adobee Audiition 1.0的售價為299美元，而Sp

15、ecttra LAAB432的全功能版版價值3995美元！對于于囊中羞澀的的電子愛好者者，這種天價價軟件的全功功能試用版何何等可愛！因因此它們都非非常值得推薦。三種軟件的側重重點不同，各各有長處，互互為補充，即即便是免費的RMAA也具有特有有的非常實用用的功能，決決不可小覷！根據(jù)不同的的測試項目選選用不同的軟軟件，將使你你擁有一套音音頻測試的倚倚天利劍！根據(jù)筆者的實驗驗，三種軟件件結合可以完完成幾乎所有有的常見專業(yè)業(yè)音頻測試項項目，并且自自由度更大，可可以設計非常常復雜的測試試信號和自由由設計測試過過程。不過有有些項目的測測試操作和計計算分析可能能比某些專業(yè)業(yè)的軟硬件系系統(tǒng)復雜些，這這當然也是

16、可可以理解的。先來看Specctra，最高版本Spectrra LABB432。這可是身身出名門，由由著名的惠普普公司分離出出的Sound Tecchnoloogy公司推出的的音頻分析軟軟件。Speectra LAB即“頻譜分析實實驗室”的意思，其其主要功能也也正是圖示化化的頻譜分析析，也可以產(chǎn)產(chǎn)生常用的測測試信號，最最大的特色是是可以進行三三維頻譜分析析，為我們進進行脈沖響應應測試分析提提供了可能性性。再看Adobee Audiition，最新版本1.0，2003年8月才發(fā)布。是是由Syntrrilliuum公司開發(fā)的CoolEEdit PPro2.1變化而來，因為2003年中Syntrri

17、lliuum公司被Adobe公司收購了。CoolEEdit的意思是“（音樂）酷酷編輯”，本來是為為錄音和多軌軌音頻編輯處理而而設計的，但但是由于其波波形發(fā)生和處處理的強大功功能，使其可可以產(chǎn)生和編編輯幾乎任意意的波形，因因此作為音頻頻虛擬儀器軟軟件很合適。最后說說RMAAA，即“Rightt Markk Audiio Anaalyzerr”，意即“客觀音頻分分析軟件”，是由俄羅羅斯硬件資訊訊網(wǎng)站IXBT.com開發(fā)的音頻頻硬件測試軟軟件，最新版版本5.2，2003年12月8日才發(fā)布?？煽蓜e小看它是是免費軟件，功功能可一點不不弱，不但可可以快速測試試頻響、噪聲聲、動態(tài)范圍圍、諧波失真真、互調(diào)失真

18、真、通道分離離度等全部項項目，更為可可貴的是提供供了頻響校正正、全頻帶諧諧波失真測試試等獨有的功功能，使用很方便，十十分值得推薦薦！4. 音頻測試試項目簡介 4.1. FFFT首先介紹一個最最重要的概念念：FFT，即快速傅傅立葉變換，上上述軟件的許許多測試項目目都是基于快快速傅立葉變變換分析的結結果。這是現(xiàn)現(xiàn)代電子學頻頻譜分析的常常規(guī)手段，特特別是引入計計算機技術后后，更是方便便快捷而且直直觀精確的不不二選擇。簡簡單講，一般般信號波形的的記錄都是以以時間-幅度相關的的形式直觀表表現(xiàn)出來的，稱稱為時域分析析；而快速傅傅立葉變換就就是分析計算算信號波形中中的頻譜成分分強度，將其其能量從時間間積分，

19、從而而得出頻率-能量相關的的形式，稱為為頻域分析。注注意這里講的的是頻率-能量相關，而而非一般認為的頻率-幅度相關，因因為傅立葉變變換實際上已已經(jīng)無法確認認信號不同頻頻率間的幅度度關系，而只只能計算出其其能量關系。理理解這一點對對理解快速傅傅立葉變換分分析的結果很很重要，據(jù)筆筆者所知大部部分教科書或或工具辭書都都沒有講明這這一點，軟件件的幫助文件件也常常做出出頻率-幅度相關的的錯誤解釋，所所以提請讀者者注意。對于完全隨機分分布的信號，例例如白噪聲、粉粉紅噪聲，其其每一頻段能能量平均分布布在所有時段段，因此與振振幅是完全成成正比的，故故而FFT分析的結果果稱為頻率-幅度關系也也是可以的；但對于那

20、些些各頻段能量量分布隨時間間變化的信號號，例如對數(shù)數(shù)掃頻信號、一一般的語音、音音樂，就不能能這樣理解了，事事實上它們的的高頻部分振振幅與低頻相相同或甚至更更高，但FFFT分析的結果果卻是低于低低頻的，因為為它們占的時時間比例小，這這時必須用能能量的觀點去去理解，否則則會令人困惑惑，這是筆者者長時間學習習和分析思考考得出的結論論。在用Specttra和Adobee Audiition進行掃頻測測試時，上述述思路會對我我們分析和做做結論有所幫幫助。例如對對數(shù)掃頻的振振幅實際是恒恒定的，但FFT分析的結果果為-3dB/ooct衰減（oct：octavve，八度音，倍倍頻程）。4.2. 頻率率響應測試

21、 頻率響應的平直直與否直接關關系到重放頻頻帶的范圍以以及重放信號號的保真度。對于所有電聲設備，頻率響應無疑是最基本的指標，因而成為所有測試項目中最基本的一項。傳統(tǒng)的頻率響應測量大多采用掃頻/點頻信號或白噪聲/粉紅噪聲信號，電路測試比較簡單，只需將待測設備接入回路并調(diào)節(jié)好回路電平即可，聲學測量大多在專業(yè)消聲室進行。由于消聲室構造復雜投資大而難以普及，近幾十年開發(fā)了許多適用于普通房間環(huán)境的測試方法和測試系統(tǒng)，其基本原理一般都是用一個合適的時間窗口來接受信號，其它時間關閉以舍去反射的影響。近年來計算機技術的進步使得復雜的程序和計算得以快速完成，F(xiàn)FT分析普遍使用。現(xiàn)在幾乎所有的專業(yè)測試系統(tǒng)都是基于計

22、算機的，大多具有時間窗口功能，可以在普通環(huán)境進行聲學測試，比較好的系統(tǒng)具有脈沖響應FFT分析和前/后沿累積頻譜三維顯示功能，能夠對電聲器材的特性進行更全面和深刻的反映。這些系統(tǒng)當然都都是相當昂貴貴的，不過本本文介紹的軟軟件可以完成成所有類似的的測試項目。先說噪聲測試，即即用白噪聲、粉粉紅噪聲作測測試信號。Specttra和Adobee Audiition都可以產(chǎn)生生精確的噪聲聲，而RMAA的普通測試試模式為一段段類白噪聲，頻頻帶范圍為5Hz至1/2取樣頻率，其其實質(zhì)是一系系列點頻的混混合，在 1KHz至10KHz間最密集，而而且其高低頻都有衰減，其其目的是與實實際的音樂頻頻譜盡量接近近，并不是

23、嚴嚴格的白噪聲聲。再看掃頻測試。Specttra和Adobee Audiition都可以自己己定義掃頻特特性，特別是是Adobee Audiition，可以非常常自由地產(chǎn)生生想要的信號號。RMAA的聲學測量量模式為20至200000Hz的對數(shù)掃頻頻，但與Specttra和Adobee Audiition的分析方法法有所不同，正正常的結果是是完全平直的的。脈沖響應測試和和FFT分析需要Specttra和Adobee Audiition配合，也可以稱為“瞬態(tài)響應”，放到5.4節(jié)討論。4.3.信噪比比信噪比是反映器器材質(zhì)量的又又一重要指標標，由器材產(chǎn)產(chǎn)生的與輸入入信號無關的的信號都是噪噪聲。信噪比比

24、指的是設備備能夠處理的的最大信號與與噪聲的比值值，一般以最最大信號為0dB，噪聲用負負分貝值表示示，即在最大大不失真信號號的若干分貝貝以下，取正正值就是信噪噪比。噪聲大大的設備會將將小信號淹沒沒，丟失許多多信號細節(jié)，因因此噪聲應該該越小越好。噪噪聲也是有頻頻帶的，有時時可能頻帶很很寬，但我們們計量時一般般只取音頻范范圍，而且要要用人耳的敏敏感曲線（A計權）去均均衡，可以得得到實用的，也也是更好看的的噪聲指標。例例如-120ddB的噪聲表示示噪聲有效值值是最大不失失真信號的百百萬分之一，差差不多是現(xiàn)代代聲卡、放大器所能達到到的最好水平平。而-80dBB 的噪聲表示示噪聲有效值值是最大不失失真信號

25、的一一萬分之一，只只能算一般水水平。噪聲的測量是比比較簡單的，只只需測量無輸輸入信號時的的輸出電平即即可，不過要要注意應該將將設備的增益益調(diào)節(jié)到最大大不失真狀態(tài)態(tài)，否則會給給出虛假的高高指標。這在在任何測試系系統(tǒng)里都是一一樣的。在用FFT分析析時可以引入入“分段噪聲”的概念，與與我們聽音的的要求是不一一樣的。例如如某系統(tǒng)的噪噪聲是-85dBA，那么一般認為-85dB以下的信號號就無法還原原了。但事情情并沒有那么么簡單，-85dBBA的噪聲到底底是由哪些頻頻段產(chǎn)生的呢呢？圖4 讓我們看一看噪噪聲頻譜分析的情況。如如圖4，這是一個個典型的主板板集成聲卡的的噪聲頻譜，由Adobee Audiitio

26、n分析出的結結果。RMAA測試的結果果為噪聲水平平-53.00dBA，可以說是是相當差的結結果，而且二二者是吻合的的。由圖中我我們可以看出出，其噪聲能能量大部分分分布在300Hz以下，而且且主要是由50Hz和75Hz的諧波產(chǎn)生生的，可以推推斷是交流電電源和顯卡的的干擾造成的的，而其余頻頻段則能量小小得多，到 1KHz以上都在-86dB以下。這就就是“分段噪聲”的體現(xiàn)。怎么理解上述的的分析結果呢呢？簡單的辦辦法就是將上上述曲線看作作“掩蔽曲線”（峰谷多的的地方取峰值值頂點連線），凡凡是頻譜在此此曲線以下的的信號都是不不可能正確還還原的，而不不是簡單的所所有低于-53.00dB的信號。比比如在1K

27、Hz以上-80dB的信號就可可以還原（當當然質(zhì)量不高高），由FFT分析檢測出出來，實際上上人耳也有類類似的檢測能能力，只不過過由于掩蔽效效應，靈敏度度比計算機的的精確FFT分析要低很很多。4.4.動態(tài)范范圍動態(tài)范圍是指設設備能夠處理理的最大信號號與最小信號號的比值。這這個概念容易易與“信噪比”的概念混淆，那么么二者有什么么區(qū)別呢？可可以理解，小小于噪聲幅度度的信號是無無法正確還原原的，但是有有的設備能夠夠在無信號或或信號特別低低時從某些環(huán)環(huán)節(jié)將噪聲連連同小信號切除，從而而得出更好的的信噪比指標標（這就是“動態(tài)降噪”的基本原理）。這這時實質(zhì)上還還是無法正確確處理小信號號的，而動態(tài)態(tài)范圍的測量量就

28、可以避免免這樣的人為為優(yōu)化。動態(tài)態(tài)范圍的測量量是用一個小小信號（一般般用-60dBB/10000Hz 的正弦波）輸輸給設備，然然后濾除信號號，測量其余余頻率的噪聲聲和諧波水平平，再用最大大信號與之相相比，結果就就是動態(tài)范圍圍。可以預見動態(tài)范范圍一般要低低于信噪比，但但在沒有特殊殊電路或軟件件處理噪聲的的情況下，一一般二者差距距不大，可以以互相參考。圖5給出了動態(tài)范圍測試的結果。這里基本沒有產(chǎn)生大于噪聲的諧波，因此動態(tài)范圍和信噪比是基本一樣的。圖5 需要指出，測量量出的動態(tài)范范圍與“理論上”的動態(tài)范圍是是不同的。例例如現(xiàn)在的數(shù)數(shù)字音源，大大多用數(shù)字信信號能夠還原原的理論值來來標注，例如如CD的動

29、態(tài)范圍96 dBB ，DVD采用24bit記錄能達到144dB！實際上由由于模擬器件件的限制，那那樣的指標是是根本不可能能實現(xiàn)的，你你只需測試一一下其噪聲水水平就知道了了。只不過目目前音像節(jié)目目后期制作大大部分都是用用計算機數(shù)字字處理的，在在許多環(huán)節(jié)的的處理過程中中用高比特可可以盡量避免免信號劣化。（實實際上甚至可可能用48bit量化來處理理?。?.5. 總諧諧波失真THD總諧波失真是指指由輸入信號號激發(fā)的其它它頻率的能量量總和，是典典型的非線性性失真。其測測量方法是輸輸入一個強信信號（一般為-3dB/1000HHz，略低于最最高值，防止止削頂而產(chǎn)生生大量諧波），然然后測量其余余頻率的總能能量

30、與信號能能量的比值?？煽梢岳斫?，總總諧波失真越越小，設備的的保真度越高高，信號的純純度越高。特特別對于晶體體管電路，其其諧波成分大大部分為奇次次即基波的3、5、7倍，失真大大時使聲音發(fā)發(fā)毛刺耳，很很不耐聽，因因此該指標值值越小越好。而而電子管電路路有些例外，其其諧波成分以以偶數(shù)為主，結結果使聲音顯顯得溫暖、甜甜潤，結果雖雖然失真較大卻卻挺討人喜歡歡，但這已涉涉及到人的主主觀感受而不不是嚴格的高高保真概念了了。傳統(tǒng)的測試方法法THD只測1000 Hz，這其實是是遠遠不夠的的，許多設備備在不同的頻頻段THD值差別很大大，特別是在在電聲測試時時，一個頻點點根本不可能能反映全貌。好好在這里介紹紹的三個

31、軟件件都可以方便便地改變THD測試信號的的頻率并很快快得出希望的的計算結果，特特別是RMAA的聲學測量量同時附帶全全音頻范圍THD測量功能（實實際可以單測測2、3次諧波，也也可以是 THD+N，即包含噪噪聲），可以以生成一條THD曲線，如圖6所示為THD+N，直觀地顯顯示出THD變化的規(guī)律律。圖6 4.6. 互調(diào)調(diào)失真IMD互調(diào)失真是由兩兩個頻率互相相調(diào)制，相加加相減，再加加減其結果而而產(chǎn)生的一系系列諧波。當當然了，本來來沒有的東西西，還是越少少越好。有些些設備的頻響響很好，但互互調(diào)失真很嚴嚴重，結果表表現(xiàn)為音質(zhì)不不好聽。標準的IMD測測試常用的測測試信號有兩兩種，分別為為250/88020

32、HHz和60/70000 Hz按4/1的比例混合合。與THD測試一樣，軟軟件的取值范范圍是很廣的的，可以進行行自由的設置置。4.7. 通道道分離度通道分離度是指指各聲道間互互相干擾的隔隔離能力，也也不必多言，當當然越高越好好了。隨著數(shù)數(shù)字音響系統(tǒng)統(tǒng)取代普通磁磁帶錄放機，數(shù)數(shù)字環(huán)繞聲代代替模擬系統(tǒng)統(tǒng)，獲得高的的通道分離度度已困難不大大，關鍵在于A-D/DD-A和模擬電路路的性能。5. 聲學測量量先解釋一下本文文所涉及的兩兩個概念：音音頻測量和聲聲學測量。音音頻測量是廣廣義的，一切切有關音頻指指標的測量都都包含在內(nèi)，包包括電路測量量和聲學測量量；而聲學測測量是指涉及及到電聲轉換換設備的測量量，如揚

33、聲器器、音箱、耳耳機、麥克風風等的測量。聲聲學測量常常常需要用到標標準的麥克風風和放大電路路，比較專業(yè)業(yè)化，也比純純電路測量要要復雜得多，大大多涉及到環(huán)環(huán)境的影響，因因此將其單獨獨列出來討論論。5.1. 揚聲聲器/音箱阻抗阻抗測試是與一一般電路測試試類似的電聲聲測試項目，不不需要電聲轉轉換輸入（傳傳聲器），因因此測試也比比較方便。測測試信號為線線性或對數(shù)掃掃頻，用于計計算揚聲器電電參數(shù)時可以以只取到幾百百赫茲的低頻頻，以便快速速完成測試。典典型的測試電電路如圖7所示，只需需要用一臺功功放和一只標標準電阻接入入測試回路即即可，即給揚揚聲器提供一一個10mA恒流掃頻信信號來記錄其其兩端的電壓壓曲線

34、，從而而求得阻抗曲曲線。用揚聲聲器阻抗曲線線可以計算出出幾個重要的的參數(shù)，如諧諧振頻率“Fo” 和揚聲器的“Qo”值，即品質(zhì)質(zhì)因數(shù)等。具具體的測試原原理和計算方方法許多書籍籍和文章都有有介紹，但方方法有所出入入，有些存在在缺點和錯誤誤，得不到精精確的結果。這這里介紹一套套比較詳細和和精確的計算算方法，詳情情見下節(jié)。圖7音箱測試與揚聲聲器測試原理理一樣，典型型的音箱阻抗抗曲線如圖8所示。對于于目前最常見見的倒相式音音箱，其低頻頻揚聲器阻抗抗特性有一個個特點，那就就是雙諧振峰峰。這是由于于倒相管的諧諧振耦合到了了揚聲器上，使使其除頻率較較高的揚聲器器振動系統(tǒng)諧諧振峰外在較較低的頻率增增加了一個諧諧

35、振峰。根據(jù)據(jù)倒相式音箱箱的設計理論論，當兩個峰峰值相等時倒倒相管處于正正確的諧振狀狀態(tài)，如果第第一諧振峰低低，則說明倒倒相管太細太太長，反之則則證明倒相管管太粗太短。根根據(jù)這一原則則，我們可以以方便地對音音箱倒相管的的狀態(tài)進行檢檢測調(diào)整。圖圖中給出了一一個正確設計計的倒相音箱箱的低頻阻抗抗分析曲線，由AdobeAudition生成。當然也有雙諧振峰不等而造成特殊效果的設計，不過無論如何，知道阻抗曲線對了解音箱的低頻特性是有益的。圖85.2. 揚聲聲器電參數(shù)計計算揚聲器的電參數(shù)數(shù)計算大多是是基于自由場場測試阻抗曲曲線得出的，實實際只有單峰峰。這里我們們借用一下圖圖8中的第二諧諧振峰來說明明。計算

36、步驟驟如下：1）.測量直流流阻抗Re。2）.計算諧振峰F0處的阻抗Zmax3）. R0=Zmax/Re4）. Rf=Re/ 55）. 查找F1、F2，分別為曲曲線上F0前后阻抗等等于Rf的點。6）. Qmss=F0* /（F2-F1）機械Q值7）. Qess=Qms/（R0-1）電Q值8）. Qtss=Qms*Qes/（Qms+QQes） 總Q值這里的Qts就就是上節(jié)所述述的Qo。揚聲器的另外一一個重要參數(shù)數(shù)是Vas，即等效容容積。它對于于音箱設計時時快速選定箱箱體容積非常常有用。測試試時需要將揚揚聲器裝在一一只小的密閉閉箱體上，磁磁體向外，防防止影響體積積。該箱體的的大小應使揚揚聲器諧振頻頻

37、率提高一半半以上，容積積為Vt。新的諧振振頻率記為Fct。然后后用上述公式式計算出新的的電Q值，記為Qect。Vas=Vt*（Fct*QQect/FF0*Qess-1）上式可近似化簡簡為：Vas=1.115*Vt*（Fct/FF0）2-1也可以得到相當當精確的結果果。如果我們們采用可調(diào)容容積的測試箱箱，使Fct/FF0固定為1.5，則Vas=1.444*Vt5.3.揚聲器器/音箱頻率響響應如前所述，專業(yè)業(yè)的揚聲器頻頻率響應測試試一般是在消消聲室內(nèi)進行行的，這對業(yè)業(yè)余愛好者當當然是可望而而不可即的，那那么我們?nèi)绾魏芜M行測試呢呢？對于低頻揚聲器器，最簡單的的方法是近場場測試，即將將傳聲器放到到離揚

38、聲器中中心5-10厘米米的地方，傳傳聲器軸線與與揚聲器軸線線重合進行測測量，這時環(huán)環(huán)境產(chǎn)生的反反射和駐波都都遠遠低于直直達聲強度，可可以忽略不計計。這對封閉閉式音箱箱體體設計測試已已經(jīng)夠用了。然而對于高頻揚揚聲器，近場場測量是不可可取的。因為為當頻率高到到一定程度，波波長的1/4與音箱面板板尺寸接近或或更小時，將將會產(chǎn)生嚴重重的干涉現(xiàn)象象，造成嚴重重的頻響峰谷谷，近場測量量根本不能正正確反映事實實。另外倒相相式音箱和多多揚聲器系統(tǒng)統(tǒng)沒有單一的的軸心，也無無法進行近場場測試。過去幾十年中，許許多學者付出出了很大精力力研究上述問問題的解決辦辦法，設計了了幾種巧妙的的測試方法的的測試系統(tǒng)，其其中最有

39、效、應應用最廣泛的的就是下節(jié)介介紹的瞬態(tài)響響應測試。這這里先給大家家介紹一個更更容易實現(xiàn)的的方案，即余余弦猝發(fā)聲。根據(jù)余弦猝發(fā)聲聲測試的原理理，用余弦包包絡的五周正正弦波信號驅驅動，再用峰峰值檢波器讀讀取，就可以以消除反射和和駐波的影響響。而本文介介紹的軟件產(chǎn)產(chǎn)生和記錄這這樣的信號都都非常方便，用Adobe Audition生成信號，由Spectra記錄和分析，因其有“峰值保持”功能。圖9給出了一個典型的余弦猝發(fā)聲波形。圖95.4. 揚聲聲器瞬態(tài)響應應瀑布圖揚聲器的頻率響響應是一個重重要指標，但但還遠遠不能能反映揚聲器器的全部性能能。反映揚聲聲器性能的另另外一個重要要的指標就是是瞬態(tài)響應。由由

40、于揚聲器是是一個復雜的的機電模型，有有其特殊的慣慣性特征，并并不是信號一一來立刻能跟跟上反應，信信號一停馬上上能停止振動動，而是有一一個“加速”和“剎車”的過程，這這就是揚聲器器的瞬態(tài)響應應特征。在實實際工作過程程中，由于信信號是不斷變變化地輸送過過來，因此這這些“加速”和“剎車”的過程是疊疊加錯雜的，結結果就是在信信號中疊加了了一些特別的的諧波，這才才是不同的揚揚聲器間風格格差異很大的的主要原因。測量瞬態(tài)響應的的基本原理，就就是測量每一一頻率前后沿沿的衰減特性性?？梢韵胍娨?，這在沒有有計算機自動動化測試的時時代是非常費費事而且測量量很困難、結結果難以精確確的測試項目目。在計算機FFTT分析得

41、到應應用后情況完完全改觀。由由電子頻譜學學的基本原理理可知，一個個脈沖信號包包含了非常廣廣的頻譜，其其低頻下限為為脈沖間隔頻頻率，高頻上上限為脈沖寬寬度的倒數(shù)，例例如10微妙的單脈脈沖即包含了了從直流一直直到100KHHz的頻譜。我我們可以認為為脈沖是在有有限頻段內(nèi)各各頻率成分間間相位完全一一致的白噪聲聲，其特性是是基本一樣的的。這樣的信信號產(chǎn)生和記記錄都很方便便，而且有一一些附帶的優(yōu)優(yōu)點，其一是是可以用一個個時間窗口來來切除反射，其其二是可以取取任意多個脈脈沖響應來平平均以降低噪噪聲的影響。有有了這些特征征，脈沖響應應測試可以在在普通環(huán)境中中得出基本相相當于消聲室室的測試結果果。脈沖響應的F

42、FFT分析，即脈脈沖的前/后沿累積頻頻譜，一般俗俗稱“瀑布圖”，因為其形形狀確實像山山脈、瀑布和和水面組成的的圖畫，挺“漂亮”的。雖然這這個東西比較較專業(yè)，不很很容易理解，但但對于理解電電聲器材的性性能特征是非非常重要的，這這里給大家解解釋一下。圖10一個典型的脈沖沖波形記錄如如圖10所示，由于于是很大的倍倍率顯示，出出現(xiàn)反射前的的E點無法顯示出出來，圖中只只是示意點。所所謂“后沿累積頻頻譜”，就是從脈脈沖頂點0開始，向后后切取到出現(xiàn)現(xiàn)反射前的E點，進行FFT分析，得出出頻率響應曲曲線；然后將將開始點變?yōu)闉椴ǚ搴蟮?、2、3點，重復上上述過程，得得出第1、2、3條余波曲線線；這樣不斷斷變換切取

43、點點，直到切取取點達到預定定的延遲時間間（例如1毫秒）。當當然實際的切切取間隔要比比圖中示意密密得多。將這這些曲線累積積顯示，即得得到后沿累積積頻譜的三維維顯示圖，一一個典型的后后沿三維累積積頻譜如圖11所示。這里脈脈沖的產(chǎn)生和和記錄以及后后期的切取處處理都是由 Adobee Audiition完成的，而而三維累積頻頻譜由Speectra LAB完成。圖11從圖中我們可以以看到，最后后一條頻譜線線，即時間位位于0毫秒的曲線線，就是頻響響曲線。靠前前的疊加上去去的曲線都是是余波，到0.5 毫秒后，大大部分余波已已經(jīng)降到閥值值以下，成為為“水面”，但仍然有有一些頻率的的余波一直持持續(xù)到1毫秒以后，

44、如如光標處約620Hz的地方。這樣樣的余波對準準確還原音頻頻信號肯定是是不利的，然然而目前還沒沒有能夠不出出現(xiàn)長余波的的揚聲器，只只能采取折衷衷措施避免太太差的響應，這這也正是揚聲聲器設計的難難點所在，是是揚聲器質(zhì)量量差別的關鍵鍵地方。前沿累積頻譜的的測試與上述述過程類似，只只不過切取點點是向前推，時時間軸取負值值，實際應用用的較少見。前/后沿累積頻頻譜的有效低低頻下限是由由0點到E點的長度決決定的。對于于任何信號的的FFT分析，其最最低頻都是有有效信號長度度的倒數(shù)，即即必需能接收收到一個完整整的周期，才才能完成FFT分析。例如如測試時揚聲聲器和傳聲器器距離所有的的反射面最近近為1.5米，來回

45、共3米，因為聲聲速為300米/ 秒，可知反反射將在0.01秒后出現(xiàn)，這這樣切取后低低頻下限就被被限制在100Hz。實際使用用時一般再將將此值提高一一倍，得到更更加精確可靠靠的結果，這這也正是一些些專業(yè)測試系系統(tǒng)的參數(shù)。上圖中低于1000Hz的曲線不足足取信，不必必理會。事實實上專門設計計的測試系統(tǒng)統(tǒng)是不會顯示示低頻下限以以下的頻率曲曲線的。6.直流信號測測試我們知道，所謂謂的音頻信號號都是交流信信號，那么我我們關心的一一些直流信號號例如溫度記記錄和控制、電電壓、濕度、機機械壓力、位位置等等，能能不能用本文文介紹的系統(tǒng)統(tǒng)來記錄和分分析呢？這要要從軟硬件兩兩方面看。首首先看軟件，Specttra和

46、Adobe Audittion都是具有直直流信號記錄錄、分析的功功能的，Adobee Audiition還能產(chǎn)生和和編輯處理直直流信號。但但畢竟它們都都不是專門的的過程測控軟軟件，有時候候有些力不從從心，業(yè)余試試驗探索一下下倒也不妨。不不過它們對瞬瞬態(tài)變化的反反應都不錯，可可以記錄和分分析像開關過過程、沖擊過過程等通常難難以捕捉的信信號，具有存存儲示波器的的主要特征，而而且更精細得得多，波形的的存儲、后期期處理和計算算都更方便。再看硬件。與通通用的虛擬儀儀器硬件不同同，一般的聲聲卡都是為音音頻應用而設設計的，理所所當然不具備備直流信號的的處理能力。好好一些的聲卡卡能處理低至至幾赫茲的信信號，比

47、較差差的甚至在20Hz就有比較嚴嚴重的衰減，靠靠這樣的聲卡卡去處理直流流信號當然不不行。不過從從技術資料看看有些頂極的的專業(yè)聲卡可可能是具有直直流處理能力力的，可惜筆筆者沒條件試試驗。不過話話說回來，用用那樣昂貴的的聲卡來“玩”是太奢侈了。那那么就沒有合合適的聲卡了了嗎？幸運得得很，經(jīng)筆者者多方考察、分分析、試驗，找找到了一款，而而且是幾乎最最便宜的PCI聲卡。這就就是CMI87738，由臺灣驊驊訊公司設計計生產(chǎn)，這是是筆者所知的的唯一能夠輸輸出/輸入直流信信號的聲卡。判斷一款聲卡是是否具有直流流處理能力，最最簡單的辦法法就是用Adobe Audittion產(chǎn)生一段直直流信號，然然后用聲卡的的

48、內(nèi)部混音端端口錄音，如如果能完全一一致地錄制，則則證明具有直直流處理能力力，反之則不不行。當然這這樣只是證明明了聲卡核心心的直流處理理能力，要實實際使用還需需要對模擬輸輸入/輸出部分進進行改造，因因為一般的聲聲卡輸入/輸出都帶有隔隔直電容，不不可能正確處處理直流信號號。圖12給出了 CMI88738內(nèi)部混音端端口錄制的直直流信號波形形。圖中光標標處（約4.8秒處）為信信號起始點，其其前面為按下下錄音按扭后后按播放按扭扭前的等待時時間，信號長長度為 10秒，其后面面又跟著一段段按停止按扭扭前的靜音，這這些都證明信信號是確確實實實正確錄制制下來的。圖12對于CMI87738，所有的數(shù)字/模擬信號處

49、處理都集成在在單一芯片內(nèi)內(nèi)，我們只需需要將輸入/輸出隔直電電容短路即可可，實踐證明明這樣就可以以從外部處理理直流信號了了。但是有一一個問題，這這時無信號的的地參考電位位被記錄在波波形負峰值處處，無法記錄錄和處理負信信號，因為CMI87738的核心參考考電位在1/2VCCC處（實際上上大多數(shù)單電電源供電的設設備都是這樣樣的）。這時時我們可以將將輸入/輸出的地端端斷開，接到到一個1/2VCCC參考電位上上即可，實際際用穩(wěn)壓管、基基準電源等都都可以。這樣樣一個廉價而而精度相當高高的直流虛擬擬儀器硬件就就完成了。7.虛擬儀器系系統(tǒng)定標及計計量以上所述都是定定性測量，還還沒有涉及如如何精確計算算聲卡測量

50、的的數(shù)值。最近在網(wǎng)上看到到不少言論，稱稱聲卡是不能能用來測試的的，即便是那那些頂級聲卡卡，還有RMAA等軟件測試試的結果是不不可靠的。事實果真如此嗎嗎？筆者不敢敢茍同。誠然然，最好的專專業(yè)測試系統(tǒng)統(tǒng)指標是要比比頂級聲卡好好一點（但差差距已經(jīng)不明明顯），也不不大可能有專專業(yè)廠家用聲聲卡當作測試試儀器。但專專業(yè)測試系統(tǒng)統(tǒng)的天價是一一般人根本不不敢問津的，況況且專業(yè)廠家家不用聲卡當當作測試儀器器，根本原因因是因為沒有有配套的接口口和標準計量量檔位，使用用不方便，并并不是質(zhì)量達達不到要求。如如果用合適的的計算機平臺臺，加上簡單單的外部設備備，當作測試試儀器用是完完全可以的，這這不也正是我我們業(yè)余愛好好

51、者可以大展展身手的地方方嗎？再說軟件。Sppectraa LAB4432的3995美元絕不是是白要的！其其精確無比的的圖示分析恐恐怕目前難有有望其項背的的敵手。而RMAA的測試信號號是有點特殊殊，因此有細細微差異也是是正常的。筆筆者使用中發(fā)發(fā)現(xiàn)三個軟件件的測試結果果都相當穩(wěn)定定，而且可以以相互印證！當然簡約穩(wěn)穩(wěn)定的計算機機系統(tǒng)是軟件件可靠運行的的必要條件。下面我們就看看看如何給聲卡卡虛擬儀器系系統(tǒng)定標。聲卡輸入輸出時時波形電平所所對應的外部部數(shù)值是怎樣樣的？換句話話說，波形輸輸出后電平多多高，錄制的的波形電平對對應多高的電電壓？專業(yè)聲聲卡可以將輸輸出電平做成成標準的0分貝（0.7755V）或+

52、4分貝（1.2288V）并可以以設置和精確確顯示，但一一般多媒體聲聲卡大多做不不倒，事實證證明不同的聲聲卡輸入輸出出電平是不同同的，這點有有必要搞清楚楚，以便于準準確計量和防防止過載。由于WINDOOWS的音量控制制條只能作大大概的滑動，不不能進行準確確的調(diào)節(jié)，一一般聲卡驅動動程序所帶的的音量控制臺臺也是如此，這這在一般放音音使用時當然然不存在什么么問題，但要要作為計量標標準就不行了了。因此我們們一般將其固固定在最大值值進行測試，首首先測量輸出出值，用Adobe Audittion 產(chǎn)生一段掃掃頻正弦波播播放，同時用用一只精度較較高的交流電電壓表測量輸輸出電壓，掃掃頻的范圍根根據(jù)電壓表的的頻響范圍而而定，一般萬萬用表取20 Hz至2000 Hz