1本文提出的基于虚拟仪器技术，硬件采用了北京声望公司的电容传声器、NI公司PXI1042机箱与4472采集卡；软件采用LabVIEW和MATLAB两种平台混合编程，并采用ActiveX技术进行衔接。这充分利用了它们各自的优势，极大地缩短了软件开发周期，并保证较高的运行效率。

2功能需求

根据声场可视化的原理，需要在候选声源附近布置传声器阵列测量声压场，然后由声源位置和频谱等事先已知的信息，运用各种重构算法来重建包围声源表面的三维声场（包括声压场、声强场和质点法向振速场），最后将声场以图形或动画的形式显示出来。这里，重构算法选用波叠加方法（WSM）。根据项目需求，辐射体包含1～3个不相干候选声源，可以是设备中的某个部件，如齿轮、轴承等。其位置已知，频率范围在1000Hz以内。首先需要对其进行频谱分析，然后选择关心的频带，在辐射体的表面和外部进行声场重建。

具体需求如下：（1）采样：5KHz～10KHz可调的采样频率，声压传感器ICP电源驱动，－5V～＋5V可调电压范围。

（2）通道数：1～32个通道同步采集，单通道或者4通道同时显示。

（3）自动校准：传声器灵敏度自动校准，并自动将电压信号转换成声压信号保存。

（4）FFT：各通道声压信号的频谱分析。

（5）声场重建：自动调用波叠加算法进行声场重建。

（6）结果显示：可以显示三维图，也可以显示声压等高线图。

3硬件组成

一个合理的硬件配置能获得最佳的性能价格比，并使系统具有高可靠性、良好的可扩展性，易于编程和升级，为系统的集成带来很大的方便。

PXI－8176是一款高性能Pentium III1.26GHz嵌入式控制器，置于PXI机箱中，可为模块仪器和数据采集应用提供一个轻巧的高性能PC平台。对比发现，采用后者系统集成度高、更方便灵活、更经济。系统一个有5个模块，选择PXI8插槽机箱。

因此，系统硬件部分主要包括一套传声器阵列和一套基于PXI总线的嵌入式采集系统。基本上该系统具有高可靠性、高性能、便携，能在振动、噪音、潮湿等恶劣环境下正常运作。

4软件设计与实现4.1开发平台LabVIEW是一种图形化的编程语言，利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，并可生成独立运行的可执行文件。它还内置了便于应用TCP／IP、ActiveX等软件标准的库函数，可以方便地和MATLAB等外部软件进行无缝衔接。使用这种语言编程时，基本上不用写程序代码，取而代之的是图标。

在二者的衔接上存在着多种方式，唐建锋等人进行了细致的研究。该系统的开发基于LabVIEW7.1平台，结合NI4472采集卡，主要完成数据预处理、采集模块和数据显示、保存模块工作。选用了MATLAB6.5平台，开发了基于波叠加算法的声场重建与显示模块。采用MATLABScript节点方式，通过ActiveX技术和MATLABServer通讯，使得LabVIEW可以直接调用后台的MATLAB算法。使用该方式混合编程简单、实用，但是没有完全脱离MATLAB平台。

4.2采样方式的选择NI4472提供了丰富的触发方式和时钟同步方式，可以灵活地应用它们来实现采样。触发方式包括软触发，外部数字电平触发，外部逻辑电平触发等。这里选用了软触发的方式，由用户点击“开始”按钮启动采样。时钟同步由硬件和软件来共同保证，当PXI1042机箱内安装了多个4472采集卡需要同步采样时，默认的主触发模块位于第二个插槽，其余为从模块。以主模块内部时钟为时钟源，通过背板总线RTSI5／TRIG5线实现与其他模块的时钟同步。数据保存采用中断方式，NI4472卡功能强大、操作灵活，可以根据用户需求设置缓冲区大小。当缓冲区达到半满标志位时触发中断信号，通知主控机从缓冲区搬运数据存放到硬盘。

4.3系统软件流程根据系统功能模块划分设计了系统的软件流程图，如图2。程序主要分为5部分：初始化及参数输入，预采样与传声器校准，采样及数据保存，频谱分析及重建频带选择，调用MATLAB进行声场重建与结果显示。其中，声场重建算法应用了由Koopmann等人提出并由本文作者改进的波叠加算法，全部代码采用MATLAB实现。由于跨平台编程，首先需要在MATLAB下对声场重建算法进行细致的调试，待确认无误后再通过MATLABScript加载到LabVIEW进行系统联调。

左边区域为用户参数输入区，其中初始化部分需要用户从前面板输入采样参数、阵列参数、位置参数等都从这里输入。传声器校准后直接记入传声器灵敏度数组，方便采样时的数据转换。右上区为频谱分析区，可以方便地选择任意通道进行频谱分析，然后选择需要的频带范围进行声场重建。右下区为结果输出区，该图形区支持人机交互，可以方便地从各个角度查看试验结果。

4.4试验测试按照上述系统软硬件设计及代码实现，形成了一套声场可总共使用了28个传声器，用两只音箱模拟噪声源，由声卡发声经功率放大器放大后输出到音箱，在远场进行声压测量，重建音箱表面声场和远处声场。按照软件说明书进行了操作。可见，系统能实现2个独立声源的外部声场重建，验证了其实用性。而且界面生动形象、使用方便、操作简单，容易为用户接受。使用该系统极大地简化了实验员的工作，为声学研究提供一种有效手段。

5结语

（1）在分析需求的基础上，进行了硬件配置和系统软件设计，选择跨平台混合编程最终实现了该系统，通过试验验证了该可视化系统的可实用性。程序设计兼顾了开放性，其中声场重建算法也可扩展到其他软硬件平台。

（2）由于声学机理的研究目前进展缓慢，尚存在许多未解决的问题，所以该系统的可视化算法还有待进一步研究。

（3）利用MATLAB和LabVIEW混合编程的关键点是接口参数的设置。http://www.grainyq.com