德維創(chuàng)DEWETRON為其測量軟件OXYGEN引入了聲級選項

它的5.2版本于2020年6月底發(fā)布。該系統(tǒng)可自動計算與時間相關(guān)的頻率加權(quán)和時間加權(quán)聲壓級、能量等效聲壓級和許多其他參數(shù)。這個選項的輸入信號總是一個麥克風(fēng)的模擬信號，麥克風(fēng)是一個空氣中的聲音傳感器。這篇文章描述了OXYGEN聲級選項自動提供的值背后的數(shù)學(xué)計算，并給出了一些應(yīng)用程序的例子，什么時候使用他們。首先我們討論下術(shù)語，頻率加權(quán)(又名A-，B-， C-， D-和Z加權(quán))時間加權(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)檢測到聲壓偏差。聽力能力隨著年齡的增長而下降，在20歲以前，人們都能識別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)，取決于個人。重要的是要知道人類的聽覺能力是依賴于頻率的。中頻比高頻或低頻更容易被識別。下圖顯示了識別聲壓和頻率的對應(yīng)關(guān)系:

為了描述人耳探測聲壓的頻率依賴性，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的聲壓級相匹配。以60方曲線為例，聲壓級為60分貝@1千赫被認(rèn)為是60方響度。但要識別60方@50赫茲的響度，則需要約80分貝的聲壓級。60分貝或80分貝聽起來可能不是很多，但當(dāng)將非線性對數(shù)分貝--改為線性單位Pascal時，60分貝等于200 mPa, 80分貝等于20 mPa。因此，這是一個因子10的差異!

在聲聲壓測量中，為了尊重這些與頻率相關(guān)的聽力特性，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(30方)，b加權(quán)用于中等聲壓級(60方)，c加權(quán)用于高聲壓級(90方)。為了對像飛機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)實生活中，只有a權(quán)重幾乎沒有例外，因為b權(quán)重和c權(quán)重幾乎不符合du - ring主體測試。原因是這些曲線是基于使用純(正弦)音符的測試創(chuàng)建的。但純音符在現(xiàn)實生活中從未出現(xiàn)過。因此，現(xiàn)實生活中很少使用b -權(quán)重法，而c -權(quán)重法很少用于評估峰值聲壓級。為了標(biāo)記在測量中使用的頻率加權(quán)曲線，字母a, B, C在單位dB的括號內(nèi)加上D: dB(A)， dB(B)， dB(C)或dB(D)。如果這些曲線都沒有被使用，并且評價是線性，用dB(Z)表示為0。

時間加權(quán)——它是什么，為什么你需要它？

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

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

>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)的角度來看，時間權(quán)重可以用以下框圖來描述:

一般來說，如果測量值變化很快，上升/下降的時間就會變短，并且很難讀出值。相反，上升/下降時間越長，測量值的變化越慢。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表，如圖5所示。時間常數(shù)越小，指針移動的速度越快，讀取值也越困難。

下面是一些關(guān)于使用時間常數(shù)的一般建議:

>快速(上升時間和下降時間:125毫秒):這個時間評估可以選擇，以考慮連續(xù)的水平變化。這種時間評估不像慢時間評估那樣容易可靠地讀取水平，因為水平變化更快。進(jìn)一步處理到等效的長期評估值在這里也更加復(fù)雜。

>緩慢(上升時間和下降時間:1000 ms):由于1秒的高時間常數(shù)，緩慢時間評估具有平滑水平的大波動的優(yōu)點，使閱讀水平更容易。同時，這種時間評價使確定一個當(dāng)量的長期評價價值更容易。

>脈沖(上升時間:35 ms;下降時間:1500 ms):如果人的短期感知要被包括在as——評估中，可以選擇時間評估沖動。由于35毫秒的快速上升時間，脈沖聲級是非常值得考慮的。由于1.5秒的長下降時間，我們可以用這個時間常數(shù)來顯示這些水平并計算長期水平(需要注意的是，持續(xù)時間少于1秒的噪音稱為脈沖)。

因此，個人的時間評估與相反的特征相協(xié)調(diào)。時間評價應(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的邊緣以及快速(藍(lán))、綠色(紅)和脈沖(紅)加權(quán)信號的影響。

與時間相關(guān)的聲壓級

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

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聲壓單位帕斯卡[Pa]，是因為人耳的動態(tài)范圍很廣。人的耳朵可以感知20 μ Pa至200 Pa的聲壓-一個70年的范圍。為了在測量值中更恰當(dāng)?shù)乇硎具@個巨大的范圍，選擇分貝作為聲壓級的典型單位。附加電平在此表示測量值的單位總是以分貝表示。與時間相關(guān)的聲壓級可用于評價旋轉(zhuǎn)機械在爬升或滑行下降過程中聲壓級的變化，以及聲壓級隨運行速度的關(guān)系。它可以也可用于評估噪音監(jiān)測應(yīng)用的聲壓級趨勢，即評估鄰近住宅區(qū)的高速公路所引起的噪音。當(dāng)然還有更多的應(yīng)用。發(fā)生聲壓級也是這些試驗中的一個重要參數(shù)。

能量當(dāng)量聲壓級L(A)

能量當(dāng)量聲壓級L(A)eq是正確的值，如果你想評估(能量)平均聲壓級在一定的測量時間。根據(jù)DIN EN 61672-1，用下列公式對一定時間間隔內(nèi)的聲能進(jìn)行平均:

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

頻率加權(quán)聲壓

頻率加權(quán)聲壓是Pascal語言中經(jīng)過頻率加權(quán)A、B、C或d濾波的原始麥克風(fēng)信號。它用p(x)表示，而x表示頻率加權(quán)的類型。該信號可以導(dǎo)出為波流，并通過聲卡重放，以獲得頻率加權(quán)對測量信號的影響。在旋轉(zhuǎn)機械的診斷和開發(fā)中，該信號也可用于進(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，即由加速度計或應(yīng)變計傳感器獲得的信號。但在很多情況下，dut結(jié)構(gòu)中振動的頻率依賴傳播與運行速度的依賴性是不夠的。如果要評價機載機械聲在頻域上的運行速度的依賴性，則頻率加權(quán)聲壓是包含所有重要信息的信號。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小時工作日和不同工作地點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60分貝，如每日噪音曝露限值超過85分貝，雇主必須提供耳護(hù)。從理論角度來看，L(A)Ex,8h與L(A)eq在8小時內(nèi)的測量結(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用于更短的噪聲測量。在這種情況下，在小于8小時內(nèi)測量的L(A)eq可以外推到8小時的曝光時間，使用以下公式:

在OXYGEN中，L(A)Ex,8h的測定按上述公式進(jìn)行。有時，需要確定L(A)Ex,8h，整個工作周的參考時間為40小時而不是8小時。這個等式不能直接在OXYGEN中實現(xiàn)，但可以通過使用OXYGEN數(shù)學(xué)選項和上面的公式輕松推導(dǎo)。噪聲劑量D給出了一個指示，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指定為85分貝。如果需要用噪聲劑量來評估其他暴露限值，也可以使用OXYGEN數(shù)學(xué)公式輕松實現(xiàn)上述公式。下表給出了L(A)Ex,8h的概述以及L(A)eq的噪聲劑量和測量時間:

在這里，你可以清楚地看到以下相關(guān)性:

> L(A)eq測量8h等于L(A)Ex,8h當(dāng)L(A)eq保持不變時，加倍測量時間導(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

OXYGEN聲級選項可用于執(zhí)行統(tǒng)計聲壓級分析，以獲得測量時間的某個百分比閾值超過哪個聲壓級的指示。特別是在長時間的測量中，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算:

在室內(nèi)聲學(xué)中，為了了解活動期間的聲壓等級，通常會在擠滿觀眾的場所對房間和大廳的聲壓等級進(jìn)行記錄。與此同時，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)行第二次測量來確定這些參數(shù)，但也可以通過事件中監(jiān)測到的聲壓級來確定這些參數(shù)。

為什么需要統(tǒng)計聲壓級分析:

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，它是在95%的測量時間內(nèi)超過的聲壓級。L(A)33.3是在33.3%的測量時間內(nèi)超過的聲壓級，通常被認(rèn)為是說話人的說話努力。代表其他聲壓級的其他百分比閾值也存在，可以自由定義并由OXYGEN自動計算。

總結(jié)

本文介紹了由OXYGEN聲級選項獲得的值背后的計算方法，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)和時間加權(quán)兩個術(shù)語。

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