基于LabVIEW 和声卡的扬声器检测系统的设计和实现
龙帆 钱利民 孙新亚 吉吟东
(清华大学 自动化系 北京 100084)
摘要: 本文介绍了扬声器检测系统的基本原理和计算方法，并从硬件和软件两方面对系统结
构进行设计和实现。基于虚拟仪器技术和声卡，该系统在LabVIEW 软件平台下构建而成。文
中对使用声卡构建数据采集系统的一些经验和技巧也作了说明。
关键词: 扬声器、检测系统、LabVIEW、声卡、虚拟仪器
中图分类号：TP216 文献标识码：B
Design and Realization of Loudspeaker Measuring System
Based on LabVIEW and Sound Card
Long Fan, Qian Li-min, Sun Xin-ya, Ji Yin-dong
(Dept. of Automation, Tsinghua University, Bejing 100084, China)
Abstract: The basic principle and computing method of loudspeaker measuring system is
introduced in this article. System structure is designed and realized in both hardware and software
sides as well. Based on virtual instrument technology and sound card, measuring system is
constructed on LabVIEW software platform. Several experiences and skills in using sound card as
data acquisition card are also presented.
Keywords: LoudSpeaker、Measuring System、LabVIEW、Sound Card、Virtual Instrument
1 引言
扬声器检测系统是扬声器生产厂家研发、测试和生产过程中必不可少的重要环节。检测
系统的xx性、可重复性和稳定性直接关系到扬声器检测结果，决定着扬声器质量的好坏。
目前常用的专业检测软件如MLSSA、SoundCheck 等均是由国外公司制作，价格相当昂贵，
纯英文的界面对于国内测试操作人员来说操作比较复杂，而且在重复性以及xx性上分别有
其不足之处。针对这种情况，研制出xxx高、操作简便、性能优秀的扬声器检测系统，使
其能广泛地应用于国内扬声器生产厂家，是具有一定现实意义的。
2 检测系统简述
扬声器检测系统的主要功能是对厂家生产的扬声器的各种性能指标进行测试，根据测试
结果判断产品的质量并加以诊断。检测过程中需要进行采集或计算的主要几项技术指标分别
是——频率响应曲线、阻抗曲线、THD 及谐波失真曲线等内容。
为了满足生产线的需要，检测系统应能快速、准确地完成检测工作，并具有良好的稳定
性。同时，检测系统软件应具有友好的人机交互界面和人性化的操作方法，方便员工操作。
基于上述考虑，这样一个自动化、模块化、人性化，而且计算量相当大的检测系统，使
用传统的独立仪器是很难实现的，而利用借助计算机强大功能的虚拟仪器技术来实现则是最
佳的选择。同时，虚拟仪器技术的应用更能使系统的可扩展性和易维护性得到增强，降低系
统后续工作的成本和难度。[1]
3 系统结构
虚拟仪器通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机地融合为一体，从而把计算机强大
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的计算处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起，大大缩小了仪器硬件的成本和体
积，并通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理，满足用户对于常规仪器通常都不具
备的图像打印、数据保存等功能的要求。
虚拟仪器系统包括硬件和软件两部分，其中硬件由计算机、数据采集设备、传感器或者
其他仪器组成，软件由用户在VC、VEE、LabVIEW 等软件工具平台下编写。因此，下面分别
从硬件和软件两方面对扬声器检测系统进行说明、分析和设计。
3.1 硬件设计
参考国标GB/T 9396-1996《扬声器主要性能测试方法》中各种扬声器性能的测试原理，
在此基础上以虚拟仪器技术加以实现，整套扬声器检测系统的硬件平台所需单元为：计算机、
数据采集卡、功率放大器、前置功率放大器、传声器、声校准器、参考电阻、消声测试箱以
及连接用缆线。
虚拟仪器的硬件结构中，数据采集卡是其核心部分，在设计系统之前，必须根据系统的
需求情况来选择满足性能的采集卡。声卡作为一种特殊的采集卡，与NI、研华等公司的商
用数据采集卡相比，其优势在于价格低廉、采样精度更高，并且与LabVIEW 配合编程相当简
单；劣势在于通道数较少、采样率较低。因此，运用廉价的声卡，构成一个较高采样精度、
中等采样频率、且具有很大灵活性的数据采集系统，对于一些应用领域是很好的选择。[2]
扬声器检测系统关心的是在音频范围(20Hz-20000Hz)的激励信号下扬声器表现出来的
性质，所以采集卡采集的也是音频范围的交流电压值，根据Nyquist 采样定理，采样率高于
40kHz 即可满足要求。本着低成本高性能的原则，系统选用ECHO DIGITAL AUDIO 生产的
MIAMIDI 专业声卡作为数据采集卡，这款声卡具有双通道24 位精度模拟输入、双通道24 位
精度模拟输出、从8kHz 到96kHz 可选的多种采样率。[3]
决定了采集卡之后，扬声器检测系统的硬件结构图如图1 所示：

图1 扬声器检测系统硬件结构图
为保证硬件系统的准确性和可靠性，在接线以及器件接地方式等细节上都需要注意，尽
量减少信号误差。另外，MIAMIDI 支持平衡式输入方法，所以连接声卡的信号输入线使用双
芯屏蔽线，并采用平衡式接法。
3.2 软件设计
系统软件开发平台选用LabVIEW7.0，这是由虚拟仪器概念的创始者NI（National
Instruments）公司开发的一种图形化编程语言，用于数据采集、仪器控制以及自动测试系
统的开发。与VC、VB 等其他可视化编程语言相比，LabVIEW 函数库丰富、编程简单直观、
调试方便，而且界面开发更轻松，界面风格也接近于传统仪器。使用LabVIEW 进行软件开发
可以节省大量学习软件、调试程序和界面修饰的时间，因此非常适合实际工程上的应用。[4]
另外，LabVIEW 对数据采集卡等硬件有着很好的支持，普通的采集卡可以在程序中通过
调用其dll 驱动进行控制，而对于声卡，LabVIEW 还提供一系列函数模块（函数库路径是
Graphics&Sound->sound），可以更简便地完成对声卡的配置、放音、录音等操作，这也是系
统选择声卡与LabVIEW 相配合的原因。
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该系统采用模块化设计，整个系统按照测试内容的不同分解成配置参数、频响测试、阻
抗测试、谐波测试等模块，各个模块集成于主程序框架中，以后在程序中添加或删除某项测
试内容不需要对整个程序进行大的改动，方便后期功能扩展。各模块功能简单说明如下：
1. 配置参数模块：初始化配置文件，其中包含各种测试内容的设置，如扬声器规格、
激励信号的扫频范围和方式、上/下限包络以及图像的显示方式等。
2. 频响测试模块：在扫频信号激励下采集数据，经过数据处理过程计算得到扬声器的
频率响应曲线，将其与标准曲线在包络范围内比较，判断产品是否合格。
3. 阻抗测试模块：在扫频信号激励下采集数据，经过数据处理过程计算得到扬声器的
阻抗幅频曲线和阻抗相频曲线，给出谐振频率和阻抗峰值等信息。
4. 谐波测试模块：在扫频信号激励下采集数据，经过数据处理过程计算得到扬声器的
谐波声压级曲线（单位：分贝）和谐波失真曲线（单位：%），将其与用户设定的谐
波失真阈值相比较，判断产品是否合格。
各模块间关系如图2 所示：

图2 模块结构图
对于各个测试模块来说，频率分析过程中的计算量是影响运行速度的主要因素，而作为
图形化编程语言，LabVIEW 在表达复杂计算公式时会显得比较杂乱，而且计算效率上比VC
等代码语言要略低。调用dll（动态链接库）是解决这个问题的有效方法：先根据计算公式
在VC 或者其他平台上编写程序，再编译成dll，{zh1}在LabVIEW 中调用。这样既使得程序
美观又缩短了计算时间。[5]
4 声卡使用经验
虚拟仪器系统中选择计算机声卡构建数据采集系统时，基于声卡的特殊性，在其硬件设
置和程序处理上有一些使用经验和技巧需要注意。
􀂄 声卡采集到（发送出）的数据值与实际的输入（输出）电压值并不相同，两者呈线
性对应关系。由于声卡的规格不同，所以需要先对声卡进行测量以确定这种线性关
系的转换系数，或者说是声卡的增益值，然后再在程序中作相应的处理。
􀂄 声卡的输入电压有范围限制，如果输入信号强度过大，则须外加调理电路对信号进
行衰减。同时，由于声卡的驱动能力有限，若将声卡输出作为外围电路的激励信号，
一般情况下都需要为输出信号外接合适的功放单元。
􀂄 注意声卡回放功能（playback）的使用。回放功能是指声卡在采集输入声音的同时
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将其输出，即把所录的声音同时放出来。如果系统中声卡的输出正好是其输入的激
励源，那么回放功能的使用就很容易形成正反馈，并造成硬件的损坏，例如扩声系
统中的啸叫就是由此引起的。为避免这种情况的出现，在系统运行前应调低声卡回
放的增益值，或者关闭回放功能。
5 结论
系统实现后，将其与MLSSA、AP 等在厂家生产线上运行的扬声器通用测试软件进行对比
测试，实践证明，系统测试结果的正确性、稳定性和抗干扰性等主要性能指标都达到了预期
的目标。整套测试系统操作简便、成本低廉、数据准确，经用户使用效果良好，xx可代替
国外的同类测试系统在生产线上应用。
同时，在音频测试系统或者其他满足声卡使用条件的系统中，使用计算机声卡代替商用
采集卡构建数据采集系统，可以在保证系统准确性的基础上大大降低硬件成本，简化软件程
序的编写，对于低成本高质量的虚拟仪器系统的实现具有一定的参考价值。
本文创新点：将虚拟仪器技术应用于扬声器检测系统中，实现生产线上对扬声器的自动检测。
参考文献：
[1]黄学文，周敬泉. 虚拟仪器技术的现状与前景. 电测与仪表，2004.10.
[2]种兰祥，阎丽，张首军. 基于计算机声卡的多通道数据采集系统. 西北大学学报（自然科
学版），2002.12.
[3] Echo Digital Audio Corporation.http://www.echoaudio.com/Products/PCI/MiaMIDI/index.php.
[4]杨乐平，李海涛，杨磊. LabVIEW 程序设计与应用. 北京：电子工业出版社，2005.
[5] 王丙坤，孟宪国，胡建旺，吴从领. 虚拟仪器软件设计中LabVIEW 与C 语言的混合编
程. 微计算机信息. 2004 年第8 期75~77 页.
作者简介：
龙帆，（1983－），男，清华大学自动化系硕士研究生，主要从事虚拟仪器和电声测量方面的
研究。
钱利民，（1951-），男，清华大学自动化系副教授，主要研究方向为控制理论及应用，多媒
体技术。
孙新亚，（1964-），男，清华大学自动化系副教授，主要研究方向为控制理论及应用，多媒
体技术。
吉吟东，（1961-），男，清华大学自动化系副教授，主要研究方向为控制理论及应用，多媒
体技术。
Author introduction:
Long Fan, male, 1983-, Han Nationality, Master, major: control theory and engineering, research
field: virtual instruments technology, electroacoustic measurement.
Qian Li-min, male, 1951-, Han Nationality, Associate Professor, research field: control theory and
applications, multimedia technology.
Sun Xin-ya, male, 1964-, Han Nationality, Associate Professor, research field: control theory and
applications, multimedia technology.
Ji Yin-dong, male, 1961-, Han Nationality, Associate Professor, research field: control theory and
applications, multimedia technology.
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