摘 要

本次设计先阐述了虚拟仪器的相关知识，包括虚拟仪器的概念、特点和构成；虚拟仪器随着计算机的蓬勃发展对很多领域产生巨大冲击，计算机的强大功能使得仪器的能力更加精准和全面，还因为大部分硬件被代替而减少了成本。本文以LABVIEW设计虚拟噪声测试仪。本文还对LABVIEW的优势以及操作板面先做了一定程度的介绍。同时噪声测试不可避免的要对如声压、声强、声压级、声强级等相关的知识有一定的了解；对噪声分析最重要也最常用的就是FFT分析和1/3倍频程分析；而为了模拟人耳听觉，就要用到频率计权网络。最后经过调试，确定程序可以得到想要的结果。

关键词：LABVIEW、声压、FFT、频率计权、倍频程

Abstract

This design first elaborated the virtual instrument related knowledge, including the virtual instrument concept, the characteristic and the constitution; With the rapid development of computer, virtual instrument has a huge impact on many fields. The powerful function of computer makes the capability of instrument more accurate and comprehensive, and also reduces the cost because most of the hardware is replaced. In this paper, LABVIEW is used to design virtual noise tester. This paper also introduces the advantages of LABVIEW and the operating board. At the same time, it is inevitable for noise testing to have a certain understanding of relevant knowledge such as sound pressure, sound intensity, sound pressure level and sound intensity level. FFT analysis and 1/3 octave analysis are the most important and common ones for noise analysis. In order to simulate human auditory sense, frequency weighting network is used. Finally, after debugging, determine that the program can get the desired results.

Keywords：LABVIEW, sound pressure, FFT, frequency meter weight, octave

目录

1.绪论 1

2.虚拟仪器的介绍 2

2.1虚拟仪器的概述 2

2.1.1虚拟仪器的概念 2

2.1.2虚拟仪器的特点 2

2.1.3虚拟仪器的构成 3

2.2LABVIEW软件开发平台 3

2.2.1LABVIEW 的简介 3

2.2.2LABVIEW的基本结构 4

2.2.3基于LABVIEW开发虚拟仪器的步骤 6

3.声音的相关物理量 8

3.1声压、声强和声功率的定义 8

3.1.1声压的计算 8

3.1.2声强的计算 8

3.1.3声功率的计算 9

3.2声压级、声强级和声功率级的定义 9

3.2.1声压级的计算 9

3.2.2声强级的计算 10

3.2.3声功率级的计算 10

3.3声压级的叠加、扣除和平均定义 10

3.3.1级的叠 11

3.3.2级的扣除 11

3.3.3级的平均 12

4.噪声信号的分析方法 13

5.系统程序设计 15

5.1程序内容概述 15

5.2相关模块的设计 15

5.2.1频谱分析模块 15

5.2.2功率谱分析模块 16

5.2.3 1/3倍频程分析模块 17

5.2.4频率计权模块 20

5.2.5数据保存和数据回放模块 24

6.硬件系统的确定 25

6.1数据采集卡 25

6.2声音传感器 25

7.仿真与调试 27

结论 30

参考文献 31

致谢 32

1.绪论

噪声就是干扰到人们休息和工作的声音。生活中每时每刻都有大量的噪声产生，噪声是由物体振动产生的。当噪声达到一定程度是就是一种污染，而现在噪声污染越来越严重了。事实上，噪声的危害很大，首先会对人的听力造成损伤还会出现神经衰弱的症状，还会提高一些疾病的爆发率，严重影响人们的健康。噪声过大还会损坏仪器设备[^[1]]。

传统噪声测量仪器有声级计,这是最基本的，由传声器、前置放大器、衰减器、放大器、频率计权网络和指示表头组成，还有带通滤波器,频率分析仪,记录仪等这些需要与声级计一起使用的仪器。声级计只可以测量声压级,而且使用一段时间后,电路就会开始老化导致仪器性能不稳定。声级计是最基本,最常用的声学测量仪器,应用广泛；在机械和电子产品、环境噪声实地测量等方面发挥了巨大的作用、还用来确定了可以伤害人类的耳朵的噪音。虚拟仪器可以根据自己的设计系统的功能需求使用户，采用模块化设计，易于使用，用户可以自己定义仪器功能，改变了由开发商自定义仪器功能和仪器无法调控的传统。对于信号频域特性，FFT分析的作用是非常重要的，本次设计提出了一种基于滤波器滤波之后的波形通过FFT分析模块对滤波之后的信号进行分析。

2.虚拟仪器的介绍

2.1虚拟仪器的概述

2.1.1虚拟仪器的概念

虚拟仪器是以计算机作为核心仪器，以常计算机硬件及操作系统为基础，实现诸多仪器的功能，即用计算机的运算、存储、回放和显示等功能,取代以前的传统仪器的相应模块和控件。因为它的外观和操作程序是模拟现实生活中传统的物理仪器,就称之为虚拟仪器。它构成了一台功能完全与传统仪器相同，同时还充分享用计算机智能资源的仪器系统[^[2]]。

虚拟仪器的“虚拟”有两个方面：一是在分析与处理的虚拟化。虚拟仪器是在计算机相关软件程序上编写使用合适的应用程序来完成所需的功能，包括特征值的读取、数据的变换和计算等。现在只有输入、输出和信号调理都是由虚拟仪器中的硬件部分处理的，程序系统的关键还需要由整体设计的相关的软件实现。针对各种软件的编辑，我们能够方便地修改的系统应用功能的设计，造成的“软件就是仪器”的概念。二是设计了一个虚拟化的控制面板。我们知道，传统的仪表盘被设置在实物面板上，以此为基础，使用各种“手动”和“触摸”，以完成相关的操作和功能，但虚拟仪器面板上的“控制”是不真实的，有些图标类似于物理控制的传统以器的外观，研究设计人员可以通过电脑上鼠标或键盘来完成。

2.1.2虚拟仪器的特点

虚拟仪器时通过计算机在传统仪器的基础上发展创造出来的，他既有传统仪器的各种设计优势，又在某些方面远远的超越了传统仪器。

首先利用计算机的优势摆脱了传统仪器在数据处理等方面的劣势，又将诸多硬件仪器通过软件的形式来表达，节约了资源，还让传统仪器实现了规模化；还让仪器的开发更加灵活，提高了效率。关于两者的具体特点比较如表2.1所示。

2.1.3虚拟仪器的构成

虚拟仪器的结构从功能上来说包含了硬件和软件这两个部分，通过软件与硬件的结合来设计完成用户所需要的各种功能。