德維創(chuàng)DEWETRON為其測(cè)量軟件OXYGEN引入了聲級(jí)選項(xiàng)

它的5.2版本于2020年6月底發(fā)布。該系統(tǒng)可自動(dòng)計(jì)算與時(shí)間相關(guān)的頻率加權(quán)和時(shí)間加權(quán)聲壓級(jí)、能量等效聲壓級(jí)和許多其他參數(shù)。這個(gè)選項(xiàng)的輸入信號(hào)總是一個(gè)麥克風(fēng)的模擬信號(hào)，麥克風(fēng)是一個(gè)空氣中的聲音傳感器。這篇文章描述了OXYGEN聲級(jí)選項(xiàng)自動(dòng)提供的值背后的數(shù)學(xué)計(jì)算，并給出了一些應(yīng)用程序的例子，什么時(shí)候使用他們。首先我們討論下術(shù)語(yǔ)，頻率加權(quán)(又名A-，B-， C-， D-和Z加權(quán))時(shí)間加權(quán)(即快、慢、脈沖)。

頻率加權(quán)-它是什么以及為什么需要它？

人耳能在20hz ~ 20khz的頻率范圍內(nèi)檢測(cè)到聲壓偏差。聽(tīng)力能力隨著年齡的增長(zhǎng)而下降，在20歲以前，人們都能識(shí)別20赫茲到20千赫的全譜。此后，頻率范圍每10年下降約2khz。當(dāng)然，這些數(shù)值只是指標(biāo)，取決于個(gè)人。重要的是要知道人類(lèi)的聽(tīng)覺(jué)能力是依賴(lài)于頻率的。中頻比高頻或低頻更容易被識(shí)別。下圖顯示了識(shí)別聲壓和頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系:

為了描述人耳探測(cè)聲壓的頻率依賴(lài)性，心理聲學(xué)引入了所謂的方曲線。這些曲線顯示了相同響度的聲壓。因此，心理聲學(xué)為提高音量引入了單位喇叭。1khz是參考頻率。這意味著“方”的響度始終與分貝@1kHz的聲壓級(jí)相匹配。以60方曲線為例，聲壓級(jí)為60分貝@1千赫被認(rèn)為是60方響度。但要識(shí)別60方@50赫茲的響度，則需要約80分貝的聲壓級(jí)。60分貝或80分貝聽(tīng)起來(lái)可能不是很多，但當(dāng)將非線性對(duì)數(shù)分貝--改為線性單位Pascal時(shí)，60分貝等于200 mPa, 80分貝等于20 mPa。因此，這是一個(gè)因子10的差異!

在聲聲壓測(cè)量中，為了尊重這些與頻率相關(guān)的聽(tīng)力特性，使用了頻率加權(quán)曲線。在下面的圖中，您可以看到A-、B-、C-和D -頻率的加權(quán)曲線。

存在四種不同的曲線:a -權(quán)重、b -權(quán)重、c -權(quán)重和d -權(quán)重。a加權(quán)理論可用于低聲壓級(jí)(30方)，b加權(quán)用于中等聲壓級(jí)(60方)，c加權(quán)用于高聲壓級(jí)(90方)。為了對(duì)像飛機(jī)噪音這樣非常大的聲源進(jìn)行加權(quán)，引入了d加權(quán)法。但在現(xiàn)實(shí)生活中，只有a權(quán)重幾乎沒(méi)有例外，因?yàn)閎權(quán)重和c權(quán)重幾乎不符合du - ring主體測(cè)試。原因是這些曲線是基于使用純(正弦)音符的測(cè)試創(chuàng)建的。但純音符在現(xiàn)實(shí)生活中從未出現(xiàn)過(guò)。因此，現(xiàn)實(shí)生活中很少使用b -權(quán)重法，而c -權(quán)重法很少用于評(píng)估峰值聲壓級(jí)。為了標(biāo)記在測(cè)量中使用的頻率加權(quán)曲線，字母a, B, C在單位dB的括號(hào)內(nèi)加上D: dB(A)， dB(B)， dB(C)或dB(D)。如果這些曲線都沒(méi)有被使用，并且評(píng)價(jià)是線性，用dB(Z)表示為0。

時(shí)間加權(quán)——它是什么，為什么你需要它？

在時(shí)域中，聲壓級(jí)的確定一方面由均方根計(jì)算組成，使結(jié)果與能量成正比，另一方面由時(shí)間平均計(jì)算組成，即所謂的時(shí)間加權(quán)。時(shí)間加權(quán)應(yīng)指出不同的信號(hào)特性。

根據(jù)IEC651和EN 60651，存在3種不同的時(shí)間加權(quán)選項(xiàng):

>快速(上升和下降: 125毫秒)

>慢(上升和下降:1000毫秒)

>脈沖(上升: 35毫秒;下降: 1500毫秒)

從數(shù)學(xué)的角度來(lái)看，時(shí)間權(quán)重可以用以下框圖來(lái)描述:

一般來(lái)說(shuō)，如果測(cè)量值變化很快，上升/下降的時(shí)間就會(huì)變短，并且很難讀出值。相反，上升/下降時(shí)間越長(zhǎng)，測(cè)量值的變化越慢。因此更容易讀出它。為了更好地理解，可以考慮以前的模擬聲級(jí)表，如圖5所示。時(shí)間常數(shù)越小，指針移動(dòng)的速度越快，讀取值也越困難。

下面是一些關(guān)于使用時(shí)間常數(shù)的一般建議:

>快速(上升時(shí)間和下降時(shí)間:125毫秒):這個(gè)時(shí)間評(píng)估可以選擇，以考慮連續(xù)的水平變化。這種時(shí)間評(píng)估不像慢時(shí)間評(píng)估那樣容易可靠地讀取水平，因?yàn)樗阶兓?。進(jìn)一步處理到等效的長(zhǎng)期評(píng)估值在這里也更加復(fù)雜。

>緩慢(上升時(shí)間和下降時(shí)間:1000 ms):由于1秒的高時(shí)間常數(shù)，緩慢時(shí)間評(píng)估具有平滑水平的大波動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，使閱讀水平更容易。同時(shí)，這種時(shí)間評(píng)價(jià)使確定一個(gè)當(dāng)量的長(zhǎng)期評(píng)價(jià)價(jià)值更容易。

>脈沖(上升時(shí)間:35 ms;下降時(shí)間:1500 ms):如果人的短期感知要被包括在as——評(píng)估中，可以選擇時(shí)間評(píng)估沖動(dòng)。由于35毫秒的快速上升時(shí)間，脈沖聲級(jí)是非常值得考慮的。由于1.5秒的長(zhǎng)下降時(shí)間，我們可以用這個(gè)時(shí)間常數(shù)來(lái)顯示這些水平并計(jì)算長(zhǎng)期水平(需要注意的是，持續(xù)時(shí)間少于1秒的噪音稱(chēng)為脈沖)。

因此，個(gè)人的時(shí)間評(píng)估與相反的特征相協(xié)調(diào)。時(shí)間評(píng)價(jià)應(yīng)根據(jù)分析中應(yīng)特別注意的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇。下圖比較了上升和下降信號(hào)的邊緣以及快速(藍(lán))、綠色(紅)和脈沖(紅)加權(quán)信號(hào)的影響。

與時(shí)間相關(guān)的聲壓級(jí)

與時(shí)間相關(guān)的聲壓級(jí)是以分貝為單位的頻率和時(shí)間加權(quán)聲壓級(jí)。它反映了聲壓級(jí)隨時(shí)間的變化趨勢(shì)。從數(shù)學(xué)角度看，根據(jù)DIN EN 61672-1，時(shí)間相關(guān)的聲壓級(jí)可由以下公式確定:

聲音數(shù)據(jù)的單位通常是分貝[dB]。之所以使用分貝而不是最初的聲壓?jiǎn)挝慌了箍╗Pa]，是因?yàn)槿硕膭?dòng)態(tài)范圍很廣。人的耳朵可以感知20 μ Pa至200 Pa的聲壓-一個(gè)70年的范圍。為了在測(cè)量值中更恰當(dāng)?shù)乇硎具@個(gè)巨大的范圍，選擇分貝作為聲壓級(jí)的典型單位。附加電平在此表示測(cè)量值的單位總是以分貝表示。與時(shí)間相關(guān)的聲壓級(jí)可用于評(píng)價(jià)旋轉(zhuǎn)機(jī)械在爬升或滑行下降過(guò)程中聲壓級(jí)的變化，以及聲壓級(jí)隨運(yùn)行速度的關(guān)系。它可以也可用于評(píng)估噪音監(jiān)測(cè)應(yīng)用的聲壓級(jí)趨勢(shì)，即評(píng)估鄰近住宅區(qū)的高速公路所引起的噪音。當(dāng)然還有更多的應(yīng)用。最小和發(fā)生聲壓級(jí)也是這些試驗(yàn)中的一個(gè)重要參數(shù)。

能量當(dāng)量聲壓級(jí)L(A)

能量當(dāng)量聲壓級(jí)L(A)eq是正確的值，如果你想評(píng)估(能量)平均聲壓級(jí)在一定的測(cè)量時(shí)間。根據(jù)DIN EN 61672-1，用下列公式對(duì)一定時(shí)間間隔內(nèi)的聲能進(jìn)行平均:

與上一節(jié)解釋的與時(shí)間相關(guān)的聲壓級(jí)的區(qū)別在于，L(A)eq只是在測(cè)量時(shí)間內(nèi)的一個(gè)平均值，不包含與時(shí)間相關(guān)的聲音信息。此外，L(A)eq不是時(shí)間加權(quán)的。L(A)eq通常用于比較不同測(cè)量和測(cè)試條件下的噪聲排放。參考上面的例子，這里可以用L(A)eq來(lái)比較旋轉(zhuǎn)機(jī)器在不同的運(yùn)行速度或加載步驟下的噪聲排放。另一個(gè)例子是比較一天中不同時(shí)間(即夜間或高峰時(shí)間)的平均公路噪音。L(A)eq還可以在后處理過(guò)程中用于確定機(jī)器的聲功率級(jí)。

頻率加權(quán)聲壓

頻率加權(quán)聲壓是Pascal語(yǔ)言中經(jīng)過(guò)頻率加權(quán)A、B、C或d濾波的原始麥克風(fēng)信號(hào)。它用p(x)表示，而x表示頻率加權(quán)的類(lèi)型。該信號(hào)可以導(dǎo)出為波流，并通過(guò)聲卡重放，以獲得頻率加權(quán)對(duì)測(cè)量信號(hào)的影響。在旋轉(zhuǎn)機(jī)械的診斷和開(kāi)發(fā)中，該信號(hào)也可用于進(jìn)行順序分析。通常，階數(shù)分析應(yīng)用于結(jié)構(gòu)傳播的聲音，即由加速度計(jì)或應(yīng)變計(jì)傳感器獲得的信號(hào)。但在很多情況下，dut結(jié)構(gòu)中振動(dòng)的頻率依賴(lài)傳播與運(yùn)行速度的依賴(lài)性是不夠的。如果要評(píng)價(jià)機(jī)載機(jī)械聲在頻域上的運(yùn)行速度的依賴(lài)性，則頻率加權(quán)聲壓是包含所有重要信息的信號(hào)。a加權(quán)聲壓與非加權(quán)聲壓的差異如下圖所示。當(dāng)然，頻率加權(quán)聲壓也可以用于任何其他頻譜分析，如下圖所示。

每日噪音暴露水平及噪音劑量

每日噪音暴露水平L(A)Ex,8h已在規(guī)范允許聲壓的標(biāo)準(zhǔn)中引入，在奧地利，8小時(shí)工作日和不同工作地點(diǎn)的不同噪音暴露限值在所謂的Verordnung L?rm und Vibrati on2(中文:噪音和振動(dòng)法規(guī))中有具體規(guī)定。根據(jù)該規(guī)例，辦公室內(nèi)的每日噪音曝露水平不得超過(guò)60分貝，如每日噪音曝露限值超過(guò)85分貝，雇主必須提供耳護(hù)。從理論角度來(lái)看，L(A)Ex,8h與L(A)eq在8小時(shí)內(nèi)的測(cè)量結(jié)果相似。但在許多情況下，如果噪聲水平是靜態(tài)的且不連續(xù)變化，則可以確定L(A)Ex,8h用于更短的噪聲測(cè)量。在這種情況下，在小于8小時(shí)內(nèi)測(cè)量的L(A)eq可以外推到8小時(shí)的曝光時(shí)間，使用以下公式:

在OXYGEN中，L(A)Ex,8h的測(cè)定按上述公式進(jìn)行。有時(shí)，需要確定L(A)Ex,8h，整個(gè)工作周的參考時(shí)間為40小時(shí)而不是8小時(shí)。這個(gè)等式不能直接在OXYGEN中實(shí)現(xiàn)，但可以通過(guò)使用OXYGEN數(shù)學(xué)選項(xiàng)和上面的公式輕松推導(dǎo)。噪聲劑量D給出了一個(gè)指示，用下列公式表示你的暴露極限已經(jīng)達(dá)到了多少百分比:

噪聲劑量的暴露限值為85分貝。如果需要用噪聲劑量來(lái)評(píng)估其他暴露限值，也可以使用OXYGEN數(shù)學(xué)公式輕松實(shí)現(xiàn)上述公式。下表給出了L(A)Ex,8h的概述以及L(A)eq的噪聲劑量和測(cè)量時(shí)間:

在這里，你可以清楚地看到以下相關(guān)性:

> L(A)eq測(cè)量8h等于L(A)Ex,8h當(dāng)L(A)eq保持不變時(shí)，加倍測(cè)量時(shí)間導(dǎo)致L(A)Ex增加3 dB,8h

> L(A)Ex,8h增加3db，噪聲劑量增加一倍，反之亦然，L(A)Ex,8h減少3db，噪聲劑量減半

百分位聲壓級(jí)

最后但并非最不重要的是，OXYGEN聲級(jí)選項(xiàng)可用于執(zhí)行統(tǒng)計(jì)聲壓級(jí)分析，以獲得測(cè)量時(shí)間的某個(gè)百分比閾值超過(guò)哪個(gè)聲壓級(jí)的指示。特別是在長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量中，這通常用于推導(dǎo)公共參數(shù)。百分比閾值可以為在OXYGEN中自由定義。

下面的例子將告訴你如何使用這種計(jì)算:

在室內(nèi)聲學(xué)中，為了了解活動(dòng)期間的聲壓等級(jí)，通常會(huì)在擠滿觀眾的場(chǎng)所對(duì)房間和大廳的聲壓等級(jí)進(jìn)行記錄。與此同時(shí)，了解空房間的背景噪聲水平或演講者在觀眾面前的講話努力程度，以得出不同的語(yǔ)音可理解性參數(shù)也是很有趣的。

當(dāng)然，可以進(jìn)行第二次測(cè)量來(lái)確定這些參數(shù)，但也可以通過(guò)事件中監(jiān)測(cè)到的聲壓級(jí)來(lái)確定這些參數(shù)。

為什么需要統(tǒng)計(jì)聲壓級(jí)分析:

在房間聲學(xué)中，L(A)95.0通常被認(rèn)為是空房間的背景噪聲級(jí)，它是在95%的測(cè)量時(shí)間內(nèi)超過(guò)的聲壓級(jí)。L(A)33.3是在33.3%的測(cè)量時(shí)間內(nèi)超過(guò)的聲壓級(jí)，通常被認(rèn)為是說(shuō)話人的說(shuō)話努力。代表其他聲壓級(jí)的其他百分比閾值也存在，可以自由定義并由OXYGEN自動(dòng)計(jì)算。

總結(jié)

本文介紹了由OXYGEN聲級(jí)選項(xiàng)獲得的值背后的計(jì)算方法，并提供了這些值通常使用的應(yīng)用示例。詳細(xì)討論了頻率加權(quán)和時(shí)間加權(quán)兩個(gè)術(shù)語(yǔ)。

當(dāng)然，還有更多的應(yīng)用，內(nèi)容還沒(méi)有結(jié)束。如果您對(duì)聲音級(jí)別選項(xiàng)的功能和附加功能和特性的反饋有特定的問(wèn)題，請(qǐng)隨時(shí)與我們聯(lián)系。我們很高興收到您可能與我們分享的任何反饋!