用NI设备实现声学中的常规测量

    1引言

    在声学测量中，经常需要对声学原件进行一些常规的测量，包括频响曲线、相位曲线，以及不同器件相位一致性的比较等。所谓频响曲线，指在一定的频率（f1~f2）范围内，原件对不同频率的幅度响应；对应的相位响应就是相位曲线[1]。在传统的测试方法中，采用的是扫频仪来测量，图1表示了一个测量感器的频响曲线的示意图。

    在图1中，通过扫频仪驱动信号源产生不同频率的信号，输出给被测传感器，驱动其发声；用一个标准传感器来接收被测传感器发出的声音，将标准传感器再与扫频仪的输入相连；最后就可将其响应曲线通过扫频仪在专用的频响记录纸上打印出来。

    2 使用NI设备来进行频响测量[2-3]

    美国National Instrument（简称NI）公司是一家专业生产各种AD卡，DA卡，DIO卡，GPIB等测量仪器的厂商。其配套使用的LabVIEW图形化软件，编程简单易学，使得对仪器的使用变得方便、快捷。

    为了要实现常规的频响测量，仪器需要输出信号来驱动传感器发声，同时还需要采集标准传感器的接收信号，通过信号处理，得到其频响曲线。选择NI设备时，就必须包括一路DA输出和一路AD采集，同时其DA输出速率要满足在f1~f2范围内能输出光滑的波形，AD采样率满足准则。当然，采样率越高，测试的准确度也越高。同样的，分辨率越高，测试的精度也越高。

    下面以PCI4461为例，它包含2路同步模拟输入通道，每通道最大采样率为204.8 kS/s，分辨率为24 bit；路同步模拟输出通道。使用PCI4461就可实现传感器在音频范围内的频响测量，如图2所示。

    3 相位差测量[4-6]

    所谓相位差测量，就是指对两个输入信号的初始相位进行检测，并比较其相对相位差值，然后输出结果。传统的测量方式必须借助相位计，对每个频率点进行测量，然后手动记录下来。而选用NI仪器进行测量时，就必须包含两路同步的AD采集通道，通过相位差算法的计算，来求得其相位差值。图3是使用PCI4461·论文·信号源扫频仪被测传感器标准传感器AD被测传感器标准传感器发声接收图2使用PCI4461图3使用PCI4461测试相位差DAPCI4461AD2AD1被测传感器标准传感器发声接收行相位差测量的示意图。通过其DA输出波形驱动传感器发声，相应的AD通道采集标准传感器的接收信号，另一路同步采集输出的原始信号，对这两路信号进行相位差法计算，就可得到某一频率下的相位差值。当输出的DA信号频率变化时就得到位曲线（相对值）。而对AD1的信号进行FFT处理，可得到频响曲线。所以频响曲线和相位曲线在一次测量中，运用不同的算法就可都得到。