电脑音频虚拟仪器的设计与使用

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。