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声压级中的时间计权

发布日期:2019-04-15 浏览量:522次
大家都知道,声压是通过侦测声音导致的气压变化来测量的。



电容式麦克风头中的金属膜是声电转换的核心

对于常见的声源,如音乐,演讲或环境噪声来说,这些声压级(SPLs)波动极快,要在一个显示器上实时读取非常困难。因此,声级计需要对这种突发的变化做出抑制,以获得一个更加稳定的读数。这一过程就是时间计权。



声级计麦克风将气压变化转换为电压的变化

从上图可以看出,声级计对信号的采样一般都在毫秒级,这样快速变化的数据即便显示出来也难以读取。

快速,慢速时间计权

IEC 61672-1 标准中描述了两种不同的时间计权,快速(F)和慢速(S)。它们显示的结果都对声压的突然改变做出过抑制。

下图解释了时间计权的工作过程。图中声源(红色线)突然由 50 dB 变为 80 dB,保持 6 秒后又突然降低。




LAF(绿色线)需要约 0.6 秒(激发时间/启动时间)抵达 80 dB,不到 1 秒(衰减时间)掉回 50 dB。
LAS (黄色线)反应更慢。它需要大约 5 秒才能达到 80 dB,约 6 秒回落 50 dB。

显而易见,快速计权做出响应比慢速计权更快。在安静环境下,一个很响且持续的声音被突然打开,F 计权显示的声压级大约需要 0.6 秒即可刷新为新声压级,而 S 计权做出反应则需要在约 5 秒之后。根据标准中的定义,这些值的得出是通过时间常数 t,F 计权为 125 毫秒,而 S 计权是 1 秒。

若又突然将这个声音关闭,F 计权声压级将以 34.7 dB/s 的速率衰减,而对 S 计权来说,这个速率是 4.3 dB/s。

但设想一个声音特别短促,甚至 F 计权的上升沿还没完成动作就消失了,岂不是无法测量了吗?



右侧升起的声音快速消失,F 或 S 计权无法捕捉

聪明的您一定已经想到了,再来个比 F 计权还快的不就行了!

脉冲时间计权

在已经废弃的旧标准 IEC 651 中就包括了脉冲时间计权(I),用于分析短促的脉冲声。相较于 F 和 S 计权,I 计权更加不对称,它响应声音的速度很快(时间常数 t = 35 毫秒),而当声音减小时它衰减很慢(2.9 dB/s)。

它的作用过程如下图:






F,S 或 I - 我该如何选择?

测量平均值时,S 计权更适用于测量快速波动的信号。F 计权适合不会突变的信号。具体该使用哪个,通常在标准中会说明。脉冲计权用在有尖锐脉冲噪声的场合,比如测量焰火或枪声。

eq,max,PK 又是什么?

eq 代表能量的平均,即一段时间的平均值,前面的内容中我们已经做过介绍,这里不再赘述。

max 和 PK 分别代表最大值和峰值(peak)。很多人都以为它们是一个意思,其实不然。我们还是看图。




蓝色曲线表示测量时间内的 LAF,这段时间内 LAF 的最大值就是 LAFmax,它会一直维持在最高峰的那个值,后面的数据只要不超过它,它就会一直不变。
同样的情况也适用于 LCPK 和 LCPKmax,最大值会一直保持不变,直到被新的数据超过,而峰值是随着时间不断变大变小的。
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