近年来电脑虚拟仪器的发展很快。在飞速发展的计算机技术支持下,“软件即仪器”的理念得到了充分的发挥。计算机加软件配合合适的AD/DA界面和传感器/控制器,就可以完成形形色色的传统仪器的所有功能,应用领域遍及现代科技的各个方面,大有星火燎原之势。而且由于其成本较低,升级容易换代快,维护简单,特别是数据的采集、分析、管理做到了智能化,大大提高了工作效率,在科研、计量、工控、自控等应用上特别受青睐,发展势头已将传统仪器远远抛在了后面,并将持续下去。
但是一般的虚拟仪器对于普通电子爱好者来说仍然是太昂贵了,而且由于通用的虚拟仪器要考虑高速信号,往往采用高速低分辨率的AD/DA芯片,一般分辨率只能达到8至12位,这对于电子爱好者常用的音频领域恰恰不够精确。
在现代多媒体电脑上,声卡已经成为一个必不可少的重要组成部分,它给我们提供了丰富多彩的视听娱乐和有声交流功能,使“多媒体”的名称名副其实。但是你是否知道,利用声卡高精度的AD/DA变换界面,加上合适的软件,就可以构成功能十分强大的音频(超音频)虚拟仪器呢?并且,如果使用足够好的声卡,配合比较简单的扩展设备和传声器/放大器,再选用本文介绍的软件,将是目前音频虚拟仪器的最强、最佳选择。
限于篇幅和时间,本文主要介绍一些原则性的测试方法,期望起到抛砖引玉的作用,给有兴趣的爱好者引个路。具体的应用还需要大家不断学习、探索,详细的软件应用方法将在2004年《无线电》杂志以及本站连续刊登介绍。
1.声卡的选择
声卡担负着模拟信号进出大门的重任,其性能如何,对虚拟仪器的精度有着最直接的影响,因此选择合适的声卡是非常有必要的。
从分辨率看,一般电脑多媒体声卡为16位,取样频率为44.1/48KHz,而现在的主流中高档声卡大多具备了96KHz/24bit的取样精度,好的专业声卡甚至能达到输入/输出兼备的192KHz/24bit取样精度。
从音频处理的技术指标看,许多质量良好的廉价声卡已经超越了一般模拟仪器,而高档的专业声卡更是具有极其优异的指标。这也不奇怪,因为专业声卡本身就是为专业的录音、监听、音频处理而设计的,是音频传播的门槛,理应具有良好的素质。例如,顶级的专业声卡频率响应可以从几Hz平坦地延伸到数十KHz至接近100 KHz,波动在正负0.1dB以下,噪声水平在-110dB以下,动态范围大于110dB,总谐波失真和互调失真远小于万分之一,通道分离度能达到100dB……这样的声卡已经超越了绝大多数模拟设备的指标,足以应付最苛刻的应用要求,也足以胜任高精度电脑音频虚拟仪器的要求,乃至于数十KHz的超声波研究。
当然了,顶级的专业声卡价格昂贵,一般相当于一套主流电脑的价格,大多数业余爱好者不能或不愿承受,但比起模拟测试仪器来说还是便宜很多,而且软件升级没有限制。
不过近来电脑音频设备市场看好,许多专业声卡厂家推出了“准专业”声卡进军多媒体市场,素质良好,支持多声道,价格也便宜很多,用途广泛,很适合业余爱好者选用。
如果再“抠门”一点,精选百元级优质声卡也是可以应付一般的声学测量的,因为我们知道声学测量的瓶颈一般在于传声器而不是电路。当然这时最好对声卡模拟电路进行“打摩”如更换运放和输出电容等,以得到更好的效果。
介绍一些具体的声卡品牌。顶级声卡首选Lynx Two/Lynx 22,据笔者所知是目前世界上指标最优秀的声卡,价格一千美元左右。类似的其它专业声卡有RME,比Lynx还贵(主要因为支持的声道数多)。另外如果单为测试用,一些专业的测试用AD/DA界面设备也可用(例如Sound Technology公司的产品),不过可能更昂贵,而且功能少,指标也未必更强,但好处是可以找到USB接口型的,可配合笔记本电脑使用。这类声卡可以进行精确的电路测试,如作为其它声卡、碟机、功放等设备的输入输出参考标准进行测量,声学测试更是不在话下。