農(nóng)業(yè)機械噪聲監(jiān)測虛擬儀器系統(tǒng)的研究與開發(fā)

摘要：在分析噪聲的度量方法和評價原理基礎(chǔ)上，采用虛擬儀器技術(shù)，以Labview軟件作為開發(fā)平臺，提出一種用于監(jiān)測農(nóng)業(yè)機械噪聲的虛擬儀器系統(tǒng)，分析了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，并用圖形化編程的方法設(shè)計了系統(tǒng)的程序框圖。結(jié)果表明，該系統(tǒng)能對環(huán)境噪聲的波形數(shù)據(jù)進行實時采集、計算聲級及分貝值等參數(shù)，對噪聲波形數(shù)據(jù)的功率譜和頻率特性等進行分析，并在人機交互的前面板上直觀顯示其噪聲波形及頻域特性等。實際監(jiān)測的噪聲波形和相關(guān)數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有較高的采樣精度，靈活性較好，并具有較強的抗干擾能力，在噪聲的實際測量中具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：噪聲；聲卡；LabVIEW；監(jiān)測；農(nóng)業(yè)機械；系統(tǒng)研究開發(fā)

中圖分類號： TP391.9 文獻標(biāo)志碼： A 文章編號：1002-1302（2014）07-0402-03

收稿日期：2013-09-20

基金項目：國家星火科技計劃（編號：2102GA690304）；江蘇省淮安市科技支撐計劃（編號：HAS2012046）。

作者簡介：尹曉琦（1975—），女，江蘇淮安人，碩士，副教授，主要從事通信與信號處理研究。E-mail：hy_xuebao2009@126.com。噪聲是目前主要的環(huán)境污染之一，農(nóng)用機械工作環(huán)境惡劣，產(chǎn)生的較大噪聲對駕駛員的危害較大。拖拉機、農(nóng)用運輸車等在作業(yè)時產(chǎn)生的噪聲可分為兩大類：一類是機內(nèi)噪聲，如發(fā)動機、底盤等發(fā)出的噪聲；另一類是作業(yè)時的外部噪聲。對于農(nóng)田植物來說，噪聲能促進植物的衰老進程，增加呼吸強度和內(nèi)源乙烯釋放量，并能激活各種氧化酶和水解酶的活性，使得果膠水解，細(xì)胞被破壞，從而導(dǎo)致細(xì)胞膜透性增加，以85～95 dB的噪音對植物的生理活動影響較為顯著。噪聲監(jiān)測的主要內(nèi)容包括以下幾個方面：（1）測量噪聲的聲壓級以檢驗其是否符合國家制定的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)；（2）對噪聲波形進行頻譜分析，以了解噪聲的頻譜分布情況；（3）測量噪聲源的聲功率或聲功率級，以了解噪聲源的有關(guān)特性[1]。

LabVIEW是一種較好的圖形化的虛擬儀器平臺，它內(nèi)置信號采集、測量分析與數(shù)據(jù)顯示功能，將數(shù)據(jù)采集、分析與顯示功能集中在同一個開放式的開發(fā)環(huán)境中[2]。計算機采集卡是信號記錄儀器中的重要組成部分，主要起A/D轉(zhuǎn)換功能。目前的主流數(shù)據(jù)采集卡都包含完整的數(shù)據(jù)采集功能，但這些卡的價格均比較昂貴；相對而言，同樣具備A/D功能的聲卡技術(shù)較為成熟，已經(jīng)成為計算機的標(biāo)準(zhǔn)配置[3]。本研究采用聲卡采集農(nóng)業(yè)機械噪聲監(jiān)測與分析虛擬儀器系統(tǒng)，以期實現(xiàn)噪聲聲級數(shù)據(jù)的快捷及低成本傳輸。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

農(nóng)業(yè)機械噪聲監(jiān)測虛擬儀器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，可以看出，該系統(tǒng)主要由噪聲提取電路、A計權(quán)電路、有效值檢測電路、聲卡采集及虛擬儀器平臺等部分組成。

首先，電容傳聲器將噪聲轉(zhuǎn)變成電信號，經(jīng)過放大后送入進行頻率濾波的計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，通過它進行聲級（又稱計權(quán)聲壓級）測量，具體按照GB/T 3222—1994《聲學(xué)環(huán)境噪聲測量方法》[5]和GB/T 14623—1993《城市區(qū)域環(huán)境噪聲測量方法》[6]的要求，這里采用A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)；其次，由于在聲學(xué)測量中，有效值反映聲音的功率，因此通過有效值檢波器將交流信

號轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷餍盘?，并轉(zhuǎn)換為直流信號有效值（MRS）；最后通過計算機聲卡對噪聲數(shù)據(jù)進行采集，利用Labview軟件對噪聲進行實時的波形顯示，并進行數(shù)據(jù)存儲、聲級的顯示和特性分析。

3噪聲監(jiān)測與分析系統(tǒng)

3.1聲卡數(shù)據(jù)的采集流程

在LabVIEW環(huán)境中，LabVIEW提供了一系列使用Windows底層函數(shù)編寫的與聲卡有關(guān)的函數(shù)，這些函數(shù)集中位于All Functions目錄下Graphics & sound下的Sound Ⅵ下[7]。在Sound Ⅵ下有兩大模塊Sound Input和Sound Output。聲卡數(shù)據(jù)采集的流程見圖2，Sound Input中關(guān)于聲卡采集數(shù)據(jù)的函數(shù)有SI CONFIG、SI START、SI READ、SI STOP、SI CLEAR等，它們分別對聲卡進行采集配置、啟動采集、讀取數(shù)據(jù)、停止采集、清空緩存數(shù)據(jù)[8]。聲卡的參數(shù)設(shè)置由Sound Input模塊中的SI CONFIG函數(shù)完成。

3.2系統(tǒng)實現(xiàn)

農(nóng)業(yè)機械噪聲監(jiān)測虛擬儀器系統(tǒng)的程序框見圖3，噪聲評價采用等效連續(xù)A聲級，聲卡裝置Realtek HD Audio的分辨率為16位。Labview軟件通過Acquire Sound函數(shù)獲取噪聲數(shù)據(jù)，在前面板上實時顯示噪聲的波形，同時由Spectral Measurements函數(shù)對其功率譜特性進行分析，使用Amplitude and Level Measurements函數(shù)分析噪聲數(shù)據(jù)的均方根值、最大值、最小值及直流分量等參數(shù)，并對噪聲的分貝值進行計算和顯示；另外由FFT Spectrum（mag-phase）子Ⅵ得出噪聲的幅頻和相頻特性，并對聲壓值進行計算。

系統(tǒng)設(shè)計完成后，對農(nóng)用拖拉機的機械噪聲進行測試試驗，測試及分析結(jié)果如圖3所示。

圖4為噪聲監(jiān)測的實時波形和參數(shù)顯示窗口。由于人耳能聽到的最高頻率是20 kHz左右，根據(jù)采樣定理，為了不發(fā)生頻率混疊，設(shè)定采樣頻率為46.575 kHz，實際測得的噪聲值為65.369 9 dB，聲壓為26.227 3 Pa，圖4右側(cè)為實際監(jiān)測的噪聲波形。

圖5為噪聲數(shù)據(jù)的特性分析窗口，主要包括噪聲的功率譜密度、噪聲的幅頻特性和相頻特性。由于系統(tǒng)采用了A計權(quán)的方式，能實際反映人耳對噪聲中低頻不敏感、高頻敏感的主觀感覺，從而較好地反映了人耳的實際響應(yīng)。從圖5-a中可以看出，噪聲的功率分布主要集中在0～20 kHz的頻率范圍，只有小部分的功率分布在20kHz以上，符合實際人耳能感受的噪聲范圍；圖5-b、圖5-c分別為測試噪聲的幅頻特性、相頻特性，幅度譜主要分布在0～5 kHz的低頻段內(nèi)，說明低頻噪聲占測試噪聲的主要部分。

4結(jié)論

本研究所設(shè)計的農(nóng)業(yè)機械噪聲監(jiān)測虛擬儀器系統(tǒng)可以實現(xiàn)噪聲波形的實時監(jiān)測，通過對其功率譜和頻譜等特性進行分析，可對噪聲值等參數(shù)進行計算和顯示。該系統(tǒng)具有性價比高、抗干擾能力強、功能可擴展等特點，在農(nóng)業(yè)機械噪聲的實際測量中具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻：

[1]劉硯華，張朋，高小晉. 我國城市噪聲污染現(xiàn)狀與特征[J]. 中國環(huán)境監(jiān)測，2009，25（4）：88-90.

[2]陳錫輝，張銀鴻. LabVIEW 8.20程序設(shè)計從入門到精通[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[3]孫愛晶，劉毓，馬賀洲. 基于LabVIEW的聲卡數(shù)據(jù)采集及濾波處理設(shè)計[J]. 自動化與儀表，2009，24（5）：45-47.

[4]孫晶華. 環(huán)境噪聲監(jiān)測儀的研制[D]. 哈爾濱：哈爾濱理工大學(xué)，2010.

[5]GB/T 3222—1994聲學(xué)環(huán)境噪聲測量方法[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1995.

[6]GB/T 14623—1993城市區(qū)域環(huán)境噪聲測量方法[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1995.

[7]陳珺，黃用勤，王永濤. 基于虛擬儀器的實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報，2007，29（6）：122-124.

[8]孟武勝，朱劍波，黃鴻，等. 基于LabVIEW數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 電子測量技術(shù)，2008，31（11）：63-65.endprint

摘要：在分析噪聲的度量方法和評價原理基礎(chǔ)上，采用虛擬儀器技術(shù)，以Labview軟件作為開發(fā)平臺，提出一種用于監(jiān)測農(nóng)業(yè)機械噪聲的虛擬儀器系統(tǒng)，分析了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，并用圖形化編程的方法設(shè)計了系統(tǒng)的程序框圖。結(jié)果表明，該系統(tǒng)能對環(huán)境噪聲的波形數(shù)據(jù)進行實時采集、計算聲級及分貝值等參數(shù)，對噪聲波形數(shù)據(jù)的功率譜和頻率特性等進行分析，并在人機交互的前面板上直觀顯示其噪聲波形及頻域特性等。實際監(jiān)測的噪聲波形和相關(guān)數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有較高的采樣精度，靈活性較好，并具有較強的抗干擾能力，在噪聲的實際測量中具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：噪聲；聲卡；LabVIEW；監(jiān)測；農(nóng)業(yè)機械；系統(tǒng)研究開發(fā)

中圖分類號： TP391.9 文獻標(biāo)志碼： A 文章編號：1002-1302（2014）07-0402-03

收稿日期：2013-09-20

基金項目：國家星火科技計劃（編號：2102GA690304）；江蘇省淮安市科技支撐計劃（編號：HAS2012046）。

作者簡介：尹曉琦（1975—），女，江蘇淮安人，碩士，副教授，主要從事通信與信號處理研究。E-mail：hy_xuebao2009@126.com。噪聲是目前主要的環(huán)境污染之一，農(nóng)用機械工作環(huán)境惡劣，產(chǎn)生的較大噪聲對駕駛員的危害較大。拖拉機、農(nóng)用運輸車等在作業(yè)時產(chǎn)生的噪聲可分為兩大類：一類是機內(nèi)噪聲，如發(fā)動機、底盤等發(fā)出的噪聲；另一類是作業(yè)時的外部噪聲。對于農(nóng)田植物來說，噪聲能促進植物的衰老進程，增加呼吸強度和內(nèi)源乙烯釋放量，并能激活各種氧化酶和水解酶的活性，使得果膠水解，細(xì)胞被破壞，從而導(dǎo)致細(xì)胞膜透性增加，以85～95 dB的噪音對植物的生理活動影響較為顯著。噪聲監(jiān)測的主要內(nèi)容包括以下幾個方面：（1）測量噪聲的聲壓級以檢驗其是否符合國家制定的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)；（2）對噪聲波形進行頻譜分析，以了解噪聲的頻譜分布情況；（3）測量噪聲源的聲功率或聲功率級，以了解噪聲源的有關(guān)特性[1]。

LabVIEW是一種較好的圖形化的虛擬儀器平臺，它內(nèi)置信號采集、測量分析與數(shù)據(jù)顯示功能，將數(shù)據(jù)采集、分析與顯示功能集中在同一個開放式的開發(fā)環(huán)境中[2]。計算機采集卡是信號記錄儀器中的重要組成部分，主要起A/D轉(zhuǎn)換功能。目前的主流數(shù)據(jù)采集卡都包含完整的數(shù)據(jù)采集功能，但這些卡的價格均比較昂貴；相對而言，同樣具備A/D功能的聲卡技術(shù)較為成熟，已經(jīng)成為計算機的標(biāo)準(zhǔn)配置[3]。本研究采用聲卡采集農(nóng)業(yè)機械噪聲監(jiān)測與分析虛擬儀器系統(tǒng)，以期實現(xiàn)噪聲聲級數(shù)據(jù)的快捷及低成本傳輸。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

農(nóng)業(yè)機械噪聲監(jiān)測虛擬儀器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，可以看出，該系統(tǒng)主要由噪聲提取電路、A計權(quán)電路、有效值檢測電路、聲卡采集及虛擬儀器平臺等部分組成。

首先，電容傳聲器將噪聲轉(zhuǎn)變成電信號，經(jīng)過放大后送入進行頻率濾波的計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，通過它進行聲級（又稱計權(quán)聲壓級）測量，具體按照GB/T 3222—1994《聲學(xué)環(huán)境噪聲測量方法》[5]和GB/T 14623—1993《城市區(qū)域環(huán)境噪聲測量方法》[6]的要求，這里采用A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)；其次，由于在聲學(xué)測量中，有效值反映聲音的功率，因此通過有效值檢波器將交流信

號轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷餍盘?，并轉(zhuǎn)換為直流信號有效值（MRS）；最后通過計算機聲卡對噪聲數(shù)據(jù)進行采集，利用Labview軟件對噪聲進行實時的波形顯示，并進行數(shù)據(jù)存儲、聲級的顯示和特性分析。

3噪聲監(jiān)測與分析系統(tǒng)

3.1聲卡數(shù)據(jù)的采集流程

在LabVIEW環(huán)境中，LabVIEW提供了一系列使用Windows底層函數(shù)編寫的與聲卡有關(guān)的函數(shù)，這些函數(shù)集中位于All Functions目錄下Graphics & sound下的Sound Ⅵ下[7]。在Sound Ⅵ下有兩大模塊Sound Input和Sound Output。聲卡數(shù)據(jù)采集的流程見圖2，Sound Input中關(guān)于聲卡采集數(shù)據(jù)的函數(shù)有SI CONFIG、SI START、SI READ、SI STOP、SI CLEAR等，它們分別對聲卡進行采集配置、啟動采集、讀取數(shù)據(jù)、停止采集、清空緩存數(shù)據(jù)[8]。聲卡的參數(shù)設(shè)置由Sound Input模塊中的SI CONFIG函數(shù)完成。

3.2系統(tǒng)實現(xiàn)

農(nóng)業(yè)機械噪聲監(jiān)測虛擬儀器系統(tǒng)的程序框見圖3，噪聲評價采用等效連續(xù)A聲級，聲卡裝置Realtek HD Audio的分辨率為16位。Labview軟件通過Acquire Sound函數(shù)獲取噪聲數(shù)據(jù)，在前面板上實時顯示噪聲的波形，同時由Spectral Measurements函數(shù)對其功率譜特性進行分析，使用Amplitude and Level Measurements函數(shù)分析噪聲數(shù)據(jù)的均方根值、最大值、最小值及直流分量等參數(shù)，并對噪聲的分貝值進行計算和顯示；另外由FFT Spectrum（mag-phase）子Ⅵ得出噪聲的幅頻和相頻特性，并對聲壓值進行計算。

系統(tǒng)設(shè)計完成后，對農(nóng)用拖拉機的機械噪聲進行測試試驗，測試及分析結(jié)果如圖3所示。

圖4為噪聲監(jiān)測的實時波形和參數(shù)顯示窗口。由于人耳能聽到的最高頻率是20 kHz左右，根據(jù)采樣定理，為了不發(fā)生頻率混疊，設(shè)定采樣頻率為46.575 kHz，實際測得的噪聲值為65.369 9 dB，聲壓為26.227 3 Pa，圖4右側(cè)為實際監(jiān)測的噪聲波形。

圖5為噪聲數(shù)據(jù)的特性分析窗口，主要包括噪聲的功率譜密度、噪聲的幅頻特性和相頻特性。由于系統(tǒng)采用了A計權(quán)的方式，能實際反映人耳對噪聲中低頻不敏感、高頻敏感的主觀感覺，從而較好地反映了人耳的實際響應(yīng)。從圖5-a中可以看出，噪聲的功率分布主要集中在0～20 kHz的頻率范圍，只有小部分的功率分布在20kHz以上，符合實際人耳能感受的噪聲范圍；圖5-b、圖5-c分別為測試噪聲的幅頻特性、相頻特性，幅度譜主要分布在0～5 kHz的低頻段內(nèi)，說明低頻噪聲占測試噪聲的主要部分。

4結(jié)論

本研究所設(shè)計的農(nóng)業(yè)機械噪聲監(jiān)測虛擬儀器系統(tǒng)可以實現(xiàn)噪聲波形的實時監(jiān)測，通過對其功率譜和頻譜等特性進行分析，可對噪聲值等參數(shù)進行計算和顯示。該系統(tǒng)具有性價比高、抗干擾能力強、功能可擴展等特點，在農(nóng)業(yè)機械噪聲的實際測量中具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻：

[1]劉硯華，張朋，高小晉. 我國城市噪聲污染現(xiàn)狀與特征[J]. 中國環(huán)境監(jiān)測，2009，25（4）：88-90.

[2]陳錫輝，張銀鴻. LabVIEW 8.20程序設(shè)計從入門到精通[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[3]孫愛晶，劉毓，馬賀洲. 基于LabVIEW的聲卡數(shù)據(jù)采集及濾波處理設(shè)計[J]. 自動化與儀表，2009，24（5）：45-47.

[4]孫晶華. 環(huán)境噪聲監(jiān)測儀的研制[D]. 哈爾濱：哈爾濱理工大學(xué)，2010.

[5]GB/T 3222—1994聲學(xué)環(huán)境噪聲測量方法[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1995.

[6]GB/T 14623—1993城市區(qū)域環(huán)境噪聲測量方法[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1995.

[7]陳珺，黃用勤，王永濤. 基于虛擬儀器的實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報，2007，29（6）：122-124.

[8]孟武勝，朱劍波，黃鴻，等. 基于LabVIEW數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 電子測量技術(shù)，2008，31（11）：63-65.endprint

摘要：在分析噪聲的度量方法和評價原理基礎(chǔ)上，采用虛擬儀器技術(shù)，以Labview軟件作為開發(fā)平臺，提出一種用于監(jiān)測農(nóng)業(yè)機械噪聲的虛擬儀器系統(tǒng)，分析了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，并用圖形化編程的方法設(shè)計了系統(tǒng)的程序框圖。結(jié)果表明，該系統(tǒng)能對環(huán)境噪聲的波形數(shù)據(jù)進行實時采集、計算聲級及分貝值等參數(shù)，對噪聲波形數(shù)據(jù)的功率譜和頻率特性等進行分析，并在人機交互的前面板上直觀顯示其噪聲波形及頻域特性等。實際監(jiān)測的噪聲波形和相關(guān)數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有較高的采樣精度，靈活性較好，并具有較強的抗干擾能力，在噪聲的實際測量中具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：噪聲；聲卡；LabVIEW；監(jiān)測；農(nóng)業(yè)機械；系統(tǒng)研究開發(fā)

中圖分類號： TP391.9 文獻標(biāo)志碼： A 文章編號：1002-1302（2014）07-0402-03

收稿日期：2013-09-20

基金項目：國家星火科技計劃（編號：2102GA690304）；江蘇省淮安市科技支撐計劃（編號：HAS2012046）。

作者簡介：尹曉琦（1975—），女，江蘇淮安人，碩士，副教授，主要從事通信與信號處理研究。E-mail：hy_xuebao2009@126.com。噪聲是目前主要的環(huán)境污染之一，農(nóng)用機械工作環(huán)境惡劣，產(chǎn)生的較大噪聲對駕駛員的危害較大。拖拉機、農(nóng)用運輸車等在作業(yè)時產(chǎn)生的噪聲可分為兩大類：一類是機內(nèi)噪聲，如發(fā)動機、底盤等發(fā)出的噪聲；另一類是作業(yè)時的外部噪聲。對于農(nóng)田植物來說，噪聲能促進植物的衰老進程，增加呼吸強度和內(nèi)源乙烯釋放量，并能激活各種氧化酶和水解酶的活性，使得果膠水解，細(xì)胞被破壞，從而導(dǎo)致細(xì)胞膜透性增加，以85～95 dB的噪音對植物的生理活動影響較為顯著。噪聲監(jiān)測的主要內(nèi)容包括以下幾個方面：（1）測量噪聲的聲壓級以檢驗其是否符合國家制定的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)；（2）對噪聲波形進行頻譜分析，以了解噪聲的頻譜分布情況；（3）測量噪聲源的聲功率或聲功率級，以了解噪聲源的有關(guān)特性[1]。

LabVIEW是一種較好的圖形化的虛擬儀器平臺，它內(nèi)置信號采集、測量分析與數(shù)據(jù)顯示功能，將數(shù)據(jù)采集、分析與顯示功能集中在同一個開放式的開發(fā)環(huán)境中[2]。計算機采集卡是信號記錄儀器中的重要組成部分，主要起A/D轉(zhuǎn)換功能。目前的主流數(shù)據(jù)采集卡都包含完整的數(shù)據(jù)采集功能，但這些卡的價格均比較昂貴；相對而言，同樣具備A/D功能的聲卡技術(shù)較為成熟，已經(jīng)成為計算機的標(biāo)準(zhǔn)配置[3]。本研究采用聲卡采集農(nóng)業(yè)機械噪聲監(jiān)測與分析虛擬儀器系統(tǒng)，以期實現(xiàn)噪聲聲級數(shù)據(jù)的快捷及低成本傳輸。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

農(nóng)業(yè)機械噪聲監(jiān)測虛擬儀器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，可以看出，該系統(tǒng)主要由噪聲提取電路、A計權(quán)電路、有效值檢測電路、聲卡采集及虛擬儀器平臺等部分組成。

首先，電容傳聲器將噪聲轉(zhuǎn)變成電信號，經(jīng)過放大后送入進行頻率濾波的計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，通過它進行聲級（又稱計權(quán)聲壓級）測量，具體按照GB/T 3222—1994《聲學(xué)環(huán)境噪聲測量方法》[5]和GB/T 14623—1993《城市區(qū)域環(huán)境噪聲測量方法》[6]的要求，這里采用A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)；其次，由于在聲學(xué)測量中，有效值反映聲音的功率，因此通過有效值檢波器將交流信

號轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷餍盘?，并轉(zhuǎn)換為直流信號有效值（MRS）；最后通過計算機聲卡對噪聲數(shù)據(jù)進行采集，利用Labview軟件對噪聲進行實時的波形顯示，并進行數(shù)據(jù)存儲、聲級的顯示和特性分析。

3噪聲監(jiān)測與分析系統(tǒng)

3.1聲卡數(shù)據(jù)的采集流程

在LabVIEW環(huán)境中，LabVIEW提供了一系列使用Windows底層函數(shù)編寫的與聲卡有關(guān)的函數(shù)，這些函數(shù)集中位于All Functions目錄下Graphics & sound下的Sound Ⅵ下[7]。在Sound Ⅵ下有兩大模塊Sound Input和Sound Output。聲卡數(shù)據(jù)采集的流程見圖2，Sound Input中關(guān)于聲卡采集數(shù)據(jù)的函數(shù)有SI CONFIG、SI START、SI READ、SI STOP、SI CLEAR等，它們分別對聲卡進行采集配置、啟動采集、讀取數(shù)據(jù)、停止采集、清空緩存數(shù)據(jù)[8]。聲卡的參數(shù)設(shè)置由Sound Input模塊中的SI CONFIG函數(shù)完成。

3.2系統(tǒng)實現(xiàn)

農(nóng)業(yè)機械噪聲監(jiān)測虛擬儀器系統(tǒng)的程序框見圖3，噪聲評價采用等效連續(xù)A聲級，聲卡裝置Realtek HD Audio的分辨率為16位。Labview軟件通過Acquire Sound函數(shù)獲取噪聲數(shù)據(jù)，在前面板上實時顯示噪聲的波形，同時由Spectral Measurements函數(shù)對其功率譜特性進行分析，使用Amplitude and Level Measurements函數(shù)分析噪聲數(shù)據(jù)的均方根值、最大值、最小值及直流分量等參數(shù)，并對噪聲的分貝值進行計算和顯示；另外由FFT Spectrum（mag-phase）子Ⅵ得出噪聲的幅頻和相頻特性，并對聲壓值進行計算。

系統(tǒng)設(shè)計完成后，對農(nóng)用拖拉機的機械噪聲進行測試試驗，測試及分析結(jié)果如圖3所示。

圖4為噪聲監(jiān)測的實時波形和參數(shù)顯示窗口。由于人耳能聽到的最高頻率是20 kHz左右，根據(jù)采樣定理，為了不發(fā)生頻率混疊，設(shè)定采樣頻率為46.575 kHz，實際測得的噪聲值為65.369 9 dB，聲壓為26.227 3 Pa，圖4右側(cè)為實際監(jiān)測的噪聲波形。

圖5為噪聲數(shù)據(jù)的特性分析窗口，主要包括噪聲的功率譜密度、噪聲的幅頻特性和相頻特性。由于系統(tǒng)采用了A計權(quán)的方式，能實際反映人耳對噪聲中低頻不敏感、高頻敏感的主觀感覺，從而較好地反映了人耳的實際響應(yīng)。從圖5-a中可以看出，噪聲的功率分布主要集中在0～20 kHz的頻率范圍，只有小部分的功率分布在20kHz以上，符合實際人耳能感受的噪聲范圍；圖5-b、圖5-c分別為測試噪聲的幅頻特性、相頻特性，幅度譜主要分布在0～5 kHz的低頻段內(nèi)，說明低頻噪聲占測試噪聲的主要部分。

4結(jié)論

本研究所設(shè)計的農(nóng)業(yè)機械噪聲監(jiān)測虛擬儀器系統(tǒng)可以實現(xiàn)噪聲波形的實時監(jiān)測，通過對其功率譜和頻譜等特性進行分析，可對噪聲值等參數(shù)進行計算和顯示。該系統(tǒng)具有性價比高、抗干擾能力強、功能可擴展等特點，在農(nóng)業(yè)機械噪聲的實際測量中具有廣闊的應(yīng)用前景。

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