Page 252 - 《应用声学》2025年第1期

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见的欧氏距离作为距离度量，在二维空间中，欧氏距 设备用于指定所选用的传声器；通道数可设定为
离的计算式为 单声道或双声道；采样率和通道数的设置需在语声

√ 输入设备可支持的范围内；文件保存路径可自定义
2
2
D = (x 2 − x 1 ) + (y 2 − y 1 ) , (3)
设置。
其中，(x 1 , y 1 )和(x 2 , y 2 )为样本点的坐标。
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2 软件模块
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该软件采用了有限状态机模型，在 LabVIEW
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编程环境中进行开发。有限状态机是一种广泛应用
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于计算机科学和控制系统领域的建模方法，用于描 ܦᮃηՂĺ᫃ᬍ
述系统的状态变化和事件响应。在有限状态机中， Y
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系统被划分为多个状态，状态之间的转换由一组预
定义的规则来驱动，这些规则决定了在特定条件下 ஝૶δߛ
系统如何从一个状态转移到另一个状态。 N
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有限状态机由 while 循环、条件结构、事件结构
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以及移位寄存器等组合而成。其中，while 循环维持 ፇౌ
状态机的运行，配合使用移位寄存器实现一个或多
图 5 软件工作流程图
个状态的选择；条件结构根据不同的状态实现相应 Fig. 5 Work flow chart of the software
的功能；事件结构根据前面板产生的事件，组合对应
的状态，切换执行对应的代码，通过使用有限状态机 2.2 数据采集
能够灵活地根据状态切换执行不同的功能。 数据采集时，通过传声器获取的声频信号会经
软件包括参数设置、数据采集、数据分析和数 由模数转换器进行模数转换，转化为离散的数字信
据管理功能，如图 4 所示。参数设置模块在软件运 号。信号采集阶段，通过比较声音信号的最大幅值
行前进行初始化，设置各类参数；数据采集模块实时 与设定的采集门限来进行判定，若声音信号的最大
采集信号，将采集到的结果输出至数据缓冲区用于 幅值小于采集门限，软件继续采集信号；若声音信号
后续处理；数据分析模块通过数据运算和函数调用， 的最大幅值大于采集门限，则该信号会输出至内部
对采集到的声音信号进行多方面的分析，涵盖时域 缓冲区进行后续的数据分析，信号波形图实时显示
分析、频域分析、时频分析、特征提取以及脱空识别 在前面板上，同时软件后台将持续采集信号。
等关键任务；数据管理模块包括存储和管理处理后
的数据，支持对已存储数据的查看。整个软件按照 2.3 数据分析
图5所示的流程运行。 数据分析模块用于对实时采集的数据或历史
数据进行时域、频域、时频分析和脱空识别。时域分
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析阶段，对信号进行归一化处理，提取首波幅值特

Ԡ஝᝺Ꮆ ஝૶᧔ᬷ ஝૶Ѭౢ ஝૶ኮေ 征参数；频域分析阶段，选择 Hanning、Hamming 或
Blackman等窗函数，将信号乘以相应的窗函数减少
᧔ ᧔ ஡͈ ͜ܦ٨ ௑ ᮠ ௑ ᑲ ஝ ஝ 频谱泄漏。输入低截止频率和高截止频率，利用巴
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ဋ ஝ ᡹य़ ܦᮃ Ѭ Ѭ Ѭ គ δ ಊ 特沃思带通滤波器对信号进行滤波处理。快速傅里
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叶变换获取信号的频域图；时频分析阶段，设定小波
图 4 软件功能模块组成框图
带宽、中心频率和尺度参数，调用脚本节点进行连
Fig. 4 Block diagram of software functional modules
续小波变换，通过积分小波系数以获得小波系数积
2.1 参数设置 分比的特征参数。脱空识别阶段，利用KNN算法建
参数设置包括通道数、采样率、采样数以及语 立的脱空识别模型对每个信号进行分类，识别信号
声输入设备等配置。在参数设置界面中，语声输入 是否脱空。