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基于声卡的多功能测试

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几乎每台电脑或掌上电脑都有一个内置声卡。声卡通常被用来作为音频输入输出设备,用于记录、合成和回放语言、音乐和歌曲。然而,声卡其实可以做得更多。从测控的角度来看,声卡是一个具有双通道模数转换(ADC)和双通道数模转换(DAC)的信号采集和输出设备。它在音频范围内具有平滑的频率响应,采样频率通常为44.1kHz和48kHz,最大可达192kHz,采样位数通常为16bit,最大可达24bit。由于声卡内部都带有增益控制(例如:话筒音量控制、话筒提升控制、线路输入音量控制),即使在不外加信号放大或衰减电路的情况下,它也可以测量从1微伏到1伏左右的信号。声卡支持以连续数据流模式工作,因此可完全利用电脑自身的内存(从数百MB到数GB)或电脑的硬盘(从数十GB到数百GB)来进行数据的不间断存储。与普通的独立式数字存储示波器相比,基于电脑声卡的测试系统的存储深度极大。今日个人电脑的运算速度和存储能力已远非二十年前的286中央处理器、1MB内存、10MB硬盘空间可比,可实时进行包括频谱分析所需要的快速傅里叶变换(FFT)等在内的复杂运算,这使得以前需要采用的极其昂贵的独立式传统仪器才能实现的功能,可通过电脑虚拟仪器软件以极低的成本来实现,而且维护方便,可不断升级。

测量精度由声卡的质量决定。通常是外置声卡最好,其次是内置独立声卡,最后是板载声卡。专业级声卡优于消费级声卡。一块专业级声卡的总谐波失真+噪声(Total Harmonic Distortion  plus Noise,THD+N)可小于0.001%(-100dB),信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)可大于110dB,带宽可达1Hz~96kHz,因此能几乎完美地测量音频甚至略微超过音频范围的信号。从价格上讲,即使是专业级声卡,其价格也远低于同类的专业ADC或DAC卡。声卡的时基精度通常为0.00x%,即:几十ppm。例如,一个时基精度为0.002%的声卡,在采样频率为48kHz时,其误差仅为0.96Hz。

那么,声卡适合测量什么呢?它可以近乎完美地测量任何在音频范围内的信号,例如:声音、振动、心肺音、脑电、心电、地震波,电源谐波等,根据所用传感器的不同而不同,当然还要看所采用的软件所提供的功能。目前市面上基于声卡的虚拟仪器软件有不少,从免费的到售价上万元人民币的都有。部分付费软件也提供了免费下载,以让用户试用其部分或全部功能。配上这类软件,无需添加任何ADC和DAC硬件,即可将一台电脑或掌上电脑变成一台集示波器、频谱分析仪、信号发生器、频率计、声压计等多种功能于一体的测试仪器。

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