本期介绍一款新颖的虚拟仪器软件——AudioSCSI，这是一套基于PC机声卡的虚拟仪器共享软件，包含了示波器、频谱仪、信号发生器、扫频仪等常规仪器，AudioSCSI 拥有精美友好的人机交互界面、丰富的信号分析方法，工作在微软视窗操作系统下，是一套不错的虚拟仪器软件，在http：//www.ost2002.com 网站上可以免费下载简体中文版。
AudioSCSI有清晰的界面分类、支持模拟仪器的面板、支持96kHz的采样率、支持多种频域分析方法、支持白噪音及扫频等功能。
下面对AudioSCSI的原理及使用进行详的地介绍。Audio SCSI 中的SCSI为 base on Sound Card Softwave Instrument 的简称，即基于声卡的软件音频测量仪器。
基本原理
AudioSCSI 使用了PC机声卡上的模数转换器（ADC）、数模转换器（DAC）及混音器（MIXER）等设备，现在我们先来看看声卡5个主要的插孔与接头（见图1）。
1. LINE IN插孔用来连接录音机或CD唱盘等附有放大器的音源装置。
2. LINE OUT插孔用来外接放大器或内建放大器的扬声器。
3. MIC插孔用来接麦克风作为声音的输入。
4.如果你使用的是无源音箱，需要通过声卡内建的放大器来发音，可以接到SPK的位置。
5.最后的插孔MIDI/GAME用来连接外接MIDI键盘或游戏摇杆。
ADC （Analog to Digital Converter，模数转换器）指的是将输入的音频信号由模拟化转换成数字化，让电脑能够直接进行处理。相反DAC （Digital to Analog Con-verter，数模转换器）则是把数字化的声音数据转换成模拟信号输出，这样就可以从扬声器或音响里听到音频信号。
在ADC /DAC 使用时，还需特别考虑采样数据格式的设定。一般来说，16位的采样解析度比8位清晰，44kHz的采样频率则比22kHz表现得更好。性能好的声卡可以支持96kHz的采样率。
混音器 （MIXER）是一块进行音效控制的芯片，负责有关音源的音量、混音调整。你可以用混音器来筛选各种声音的来源，包括外接的放音设备、CD-Audio、Wave Audio、电子合成音乐以及由麦克风输入的声音等。利用混音器，可以控制各种输入的音量大小，调整高低音大小和声道平衡，提供与高级音响相同的功能。
AudioSCSI 正是利用了声卡的这些特性，并编制了基于FFT（快速傅立叶算法）方法的信号处理程序，用于分析数字信号，再加上虚拟仪器面板，构成了易用的高性能个人虚拟仪器软件。
准备工作
通过基本原理的介绍后，大家对AudioSCSI的构成应该有一个基本的了解，接下来，我们准备开始使用这套虚拟仪器软件，在开始之前，大家需要按照下面的要求准备一下：
1.在http：//www.ost2002.com网站中下载简体中文版安装程序，双击AudioSCSI.exe，按照提示程序会自己安装到操作系统中，此版本支持中文WIN95/98/XP/ME/2K等，需要你的计算机的声卡和显卡支持32位真彩，否则图形将不是很好看！
2.制作测量探头：大家可以参考http：//www.ost2002.com网站中的资料自己制作，此探头的原理图见图2，这个测量探头包括了一个10倍的衰减器，当开关闭合时没有衰减，当开关放开时10倍衰减，其中各电阻值分别为：R1=1.4k，R2=1.9k，R3=1.9k，R4=1.9k，R5=1.9k，R6=1.4k。同时采集的信号线一定要使用屏蔽线，因为计算机中有很多的高频干扰。
3.估计测量信号的幅度大小及频率，由于声卡的特点，被采集的信号的幅度不要太高，最好能控制在-1V到+1V之间（信号太大，需要适量的衰减，可以使用上面的探头），频率要小于20kHz，否则测量的波形有可能失真。另外，一定不要直接测量大电流、高电压的信号，如果测量不当有可能损坏计算机，切记！
4.调节混音器，在录音音源中选择线路输入，将测量探头插入线路输入，以便信号采集，具体操作见后文介绍。
5.调节混音器，在放音音源中选择SPK输出，将音箱插头插入SPK，以便信号输出，具体操作见后文介绍。
基本操作
以上的准备工作完成后，就可以开始AudioSCSI的基本操作：
数字示波器在无线电、电子测量中是最常用的仪器之一，它可以用来观察信号的变化。在Windows的桌面上，双击Au-dioSCSI的图标，系统启动后便进入数字示波器的画面。面板上有左通道控制面板、右通道控制面板、时间基准调节、信号控制区、电源、系统状态栏等。
幅值包括5mV、10mV、20mV、50mV、100mV、200mV、500mV 等7挡，时间基准：1ms、 2ms、 5ms、 10ms、 20ms 等5挡，波形显示区被分为8×10的小格，系统状态栏中显示有当前模数转换器设置的参数及运行情况，有明确的LED指示灯表示状态。
当单击“电源”按钮，系统就会显示信号波形，其中红色表示左通道波形、绿色表示右通道波形，波形幅度可以使用幅度旋钮调节，波形位置可以使用滑块调节。在时域分析栏中包含了常规波形、波形相加、波形相减、波形相乘及李沙育图形等功能，操作界面如图3所示。
频谱分析仪是一般模拟示波器所没有的功能，操作界面如图4所示。Au-dioSCSI提供了多种信号分析功能，包括幅-频特性、相-频特性、自功率谱函数、互功率谱函数、自相关函数、互相关函数等，通过幅-频特性可以更清楚地看到波形的频域特性，可以了解信号的频率成分，谱线最高部分表示了信号的频率，例如图4中的信号频率为20kHz。
信号发生器也是一种常用的仪器，AudioSCSI支持双通道96kHz采样的信号发生器，面板上有左通道控制面板、右通道控制面板、波形控制区、电源、系统状态栏等；系统状态栏中显示也有当前数模转换器设置的参数及运行情况和明确的LED指示灯表示状态。
当单击“电源”按钮，系统就会显示当前信号的波形，其中红色表示左通道波形、绿色表示右通道波形，波形幅度可以使用幅度旋钮调节，提供正弦波、矩形波、三角波、白噪音等信号，频率及幅度都可自行调整，操作界面如图5所示。如果你是一个音乐爱好者的话，可以用它来产生标准音阶，打开音箱听一下吧！
AudioSCSI同时提供一个信号为1000ms的双通道扫频仪，起始频率最少为1Hz，结束频率最高为20000Hz。当你打开开关时，将会在音箱中听到像警报一样的声音（见图6）。
在这个功能模块中，AudioSCSI提供了虚拟仪器参数设置、设备控制及联机帮助等，其中包括有模数转换器和数模转换器的参数设置、设备控制；采样率支持5种速率：11.025kHz、22.05kHz、44.1kHz、48kHz、96kHz，单通道/双通道选择，8/16位选择（见图7）。
AudioSCSI为了能够准确地反映信号的幅度，使用了“电压参考值”这个设置，缺省为1V。当样本位数为16时这个值是32000；当样本位数为8时这个值是120。如果按此数值校准，则示波器上的信号幅值将是准确的。
在“设备控制”中包含输入设备控制及输出设备控制，实际上就是前面提到的混音器 （MIXER）的控制程序，通过它可以对录音/放音的音源进行控制。当按下“输入设备设置”时会出现如图8所示的画面。
测量实例
在音响设计中，经常要测量音频放大器或其他音频设备的谐波失真情况，下面介绍一个音频放大器失真的测量方案，综合说明一下AudioSCSI的应用，具体的测量框图如图9所示。
AudioSCSI数字示波器可用来观测放大器的谐波失真，按照图9所示的测量连接装置，AudioSCSI信号发生器发送信号给被测放大器的输入端，同时连到Au-dioSCSI数字示波器的右通道，放大器的输出端接到AudioSCSI数字示波器的左通道，将AudioSCSI音频信号发生器的频率调在1000Hz的正弦波，同时将数字示波器和信号发生器的电源开关打开，并将数字示波器的“时域分析”选择为“李沙育图形”。这时在示波器的屏幕上就会有一条斜线，具体的含义如下：
对于零失真，则在“示波器”上所看到的波形将是一条很直的对角线。这条直线实际上是被测放大器的转移特性，如图10所示。当放大器有谐波失真时，直线将开始在一端或者两端呈现出弯曲，或者说它将沿着轨迹长度在某处呈现出某种弯曲。
如果弯曲发生在一端，那我们所看见的是偶次谐波失真结果，如图11所示。如果弯曲发生在两端，那我们所看见的是奇次谐波失真结果，如图12所示。
这种方法的缺点是不能很快地求出实际谐波失真百分数，主要是能确定失真是否存在，非直线性或者失真越大，示波器轨迹的弯曲也愈大。
结束语
以上是关于AudioSCSI的介绍与基本使用，实际上，AudioSCSI可以在音频范围内有效地代替上述的那些传统仪器，但是AudioSCSI同所有的基于声卡的仪器一样，功能上有一些限制，比如不能测量超过20kHz的信号、信号不能太强、信号的干扰较大等，好在AudioSCSI内置了信号调整程序可以相对弥补声卡硬件的缺憾。
在实际应用中AudioSCSI可以用来测量音频范围的各种信号（声音、脉搏、地震波、心电、脑电、电话等）；可以应用于扬声器、音箱测量、厅堂音响、学校电子实验、工业噪音等。（注：AudioSCSI是一套共享软件，非注册用户同注册用户在软件功能上没有限制，但非注册用户不能查看采集的信号波形，而且只能使用正弦波信号发生器）。
（王一）