德维创DEWETRON为其测量软件OXYGEN引入了声级选项
它的5.2版本于2020年6月底发布。该系统可自动计算与时间相关的频率加权和时间加权声压级、能量等效声压级和许多其他参数。这个选项的输入信号总是一个麦克风的模拟信号，麦克风是一个空气中的声音传感器。这篇文章描述了OXYGEN声级选项自动提供的值背后的数学计算，并给出了一些应用程序的例子，什么时候使用他们。首先我们讨论下术语，频率加权(又名A-，B-， C-， D-和Z加权)时间加权(即快、慢、脉冲)。
频率加权-它是什么以及为什么需要它？
人耳能在20hz ~ 20khz的频率范围内检测到声压偏差。听力能力随着年龄的增长而下降，在20岁以前，人们都能识别20赫兹到20千赫的全谱。此后，频率范围每10年下降约2khz。当然，这些数值只是指标，取决于个人。重要的是要知道人类的听觉能力是依赖于频率的。中频比高频或低频更容易被识别。下图显示了识别声压和频率的对应关系:
为了描述人耳探测声压的频率依赖性，心理声学引入了所谓的方曲线。这些曲线显示了相同响度的声压。因此，心理声学为提高音量引入了单位喇叭。1khz是参考频率。这意味着“方”的响度始终与分贝@1kHz的声压级相匹配。以60方曲线为例，声压级为60分贝@1千赫被认为是60方响度。但要识别60方@50赫兹的响度，则需要约80分贝的声压级。60分贝或80分贝听起来可能不是很多，但当将非线性对数分贝--改为线性单位Pascal时，60分贝等于200 mPa, 80分贝等于20 mPa。因此，这是一个因子10的差异!
在声声压测量中，为了尊重这些与频率相关的听力特性，使用了频率加权曲线。在下面的图中，您可以看到A-、B-、C-和D -频率的加权曲线。
存在四种不同的曲线:a -权重、b -权重、c -权重和d -权重。a加权理论可用于低声压级(30方)，b加权用于中等声压级(60方)，c加权用于高声压级(90方)。为了对像飞机噪音这样非常大的声源进行加权，引入了d加权法。但在现实生活中，只有a权重几乎没有例外，因为b权重和c权重几乎不符合du - ring主体测试。原因是这些曲线是基于使用纯(正弦)音符的测试创建的。但纯音符在现实生活中从未出现过。因此，现实生活中很少使用b -权重法，而c -权重法很少用于评估峰值声压级。为了标记在测量中使用的频率加权曲线，字母a, B, C在单位dB的括号内加上D: dB(A)， dB(B)， dB(C)或dB(D)。如果这些曲线都没有被使用，并且评价是线性，用dB(Z)表示为0。
时间加权——它是什么，为什么你需要它？
在时域中，声压级的确定一方面由均方根计算组成，使结果与能量成正比，另一方面由时间平均计算组成，即所谓的时间加权。时间加权应指出不同的信号特性。
根据IEC651和EN 60651，存在3种不同的时间加权选项:
>快速(上升和下降: 125毫秒)
>慢(上升和下降:1000毫秒)
>脉冲(上升: 35毫秒;下降: 1500毫秒)
从数学的角度来看，时间权重可以用以下框图来描述:
一般来说，如果测量值变化很快，上升/下降的时间就会变短，并且很难读出值。相反，上升/下降时间越长，测量值的变化越慢。因此更容易读出它。为了更好地理解，可以考虑以前的模拟声级表，如图5所示。时间常数越小，指针移动的速度越快，读取值也越困难。
下面是一些关于使用时间常数的一般建议:
>快速(上升时间和下降时间:125毫秒):这个时间评估可以选择，以考虑连续的水平变化。这种时间评估不像慢时间评估那样容易可靠地读取水平，因为水平变化更快。进一步处理到等效的长期评估值在这里也更加复杂。
>缓慢(上升时间和下降时间:1000 ms):由于1秒的高时间常数，缓慢时间评估具有平滑水平的大波动的优点，使阅读水平更容易。同时，这种时间评价使确定一个当量的长期评价价值更容易。
>脉冲(上升时间:35 ms;下降时间:1500 ms):如果人的短期感知要被包括在as——评估中，可以选择时间评估冲动。由于35毫秒的快速上升时间，脉冲声级是非常值得考虑的。由于1.5秒的长下降时间，我们可以用这个时间常数来显示这些水平并计算长期水平(需要注意的是，持续时间少于1秒的噪音称为脉冲)。
因此，个人的时间评估与相反的特征相协调。时间评价应根据分析中应特别注意的标准进行选择。下图比较了上升和下降信号的边缘以及快速(蓝)、绿色(红)和脉冲(红)加权信号的影响。
与时间相关的声压级
与时间相关的声压级是以分贝为单位的频率和时间加权声压级。它反映了声压级随时间的变化趋势。从数学角度看，根据DIN EN 61672-1，时间相关的声压级可由以下公式确定:
声音数据的单位通常是分贝[dB]。之所以使用分贝而不是最初的声压单位帕斯卡[Pa]，是因为人耳的动态范围很广。人的耳朵可以感知20 μ Pa至200 Pa的声压-一个70年的范围。为了在测量值中更恰当地表示这个巨大的范围，选择分贝作为声压级的典型单位。附加电平在此表示测量值的单位总是以分贝表示。与时间相关的声压级可用于评价旋转机械在爬升或滑行下降过程中声压级的变化，以及声压级随运行速度的关系。它可以也可用于评估噪音监测应用的声压级趋势，即评估邻近住宅区的高速公路所引起的噪音。当然还有更多的应用。最小和最大发生声压级也是这些试验中的一个重要参数。
能量当量声压级L(A)
能量当量声压级L(A)eq是正确的值，如果你想评估(能量)平均声压级在一定的测量时间。根据DIN EN 61672-1，用下列公式对一定时间间隔内的声能进行平均:
与上一节解释的与时间相关的声压级的区别在于，L(A)eq只是在测量时间内的一个平均值，不包含与时间相关的声音信息。此外，L(A)eq不是时间加权的。L(A)eq通常用于比较不同测量和测试条件下的噪声排放。参考上面的例子，这里可以用L(A)eq来比较旋转机器在不同的运行速度或加载步骤下的噪声排放。另一个例子是比较一天中不同时间(即夜间或高峰时间)的平均公路噪音。L(A)eq还可以在后处理过程中用于确定机器的声功率级。
频率加权声压
频率加权声压是Pascal语言中经过频率加权A、B、C或d滤波的原始麦克风信号。它用p(x)表示，而x表示频率加权的类型。该信号可以导出为波流，并通过声卡重放，以获得频率加权对测量信号的影响。在旋转机械的诊断和开发中，该信号也可用于进行顺序分析。通常，阶数分析应用于结构传播的声音，即由加速度计或应变计传感器获得的信号。但在很多情况下，dut结构中振动的频率依赖传播与运行速度的依赖性是不够的。如果要评价机载机械声在频域上的运行速度的依赖性，则频率加权声压是包含所有重要信息的信号。a加权声压与非加权声压的差异如下图所示。当然，频率加权声压也可以用于任何其他频谱分析，如下图所示。
每日噪音暴露水平及噪音剂量
每日噪音暴露水平L(A)Ex,8h已在规范最大允许声压的标准中引入，在奥地利，8小时工作日和不同工作地点的不同噪音暴露限值在所谓的Verordnung Lärm und Vibrati on2(中文:噪音和振动法规)中有具体规定。根据该规例，办公室内的每日噪音曝露水平不得超过60分贝，如每日噪音曝露限值超过85分贝，雇主必须提供耳护。从理论角度来看，L(A)Ex,8h与L(A)eq在8小时内的测量结果相似。但在许多情况下，如果噪声水平是静态的且不连续变化，则可以确定L(A)Ex,8h用于更短的噪声测量。在这种情况下，在小于8小时内测量的L(A)eq可以外推到8小时的曝光时间，使用以下公式:
在OXYGEN中，L(A)Ex,8h的测定按上述公式进行。有时，需要确定L(A)Ex,8h，整个工作周的参考时间为40小时而不是8小时。这个等式不能直接在OXYGEN中实现，但可以通过使用OXYGEN数学选项和上面的公式轻松推导。噪声剂量D给出了一个指示，用下列公式表示你的暴露极限已经达到了多少百分比:
噪声剂量的暴露限值指定为85分贝。如果需要用噪声剂量来评估其他暴露限值，也可以使用OXYGEN数学公式轻松实现上述公式。下表给出了L(A)Ex,8h的概述以及L(A)eq的噪声剂量和测量时间:
在这里，你可以清楚地看到以下相关性:
> L(A)eq测量8h等于L(A)Ex,8h当L(A)eq保持不变时，加倍测量时间导致L(A)Ex增加3 dB,8h
> L(A)Ex,8h增加3db，噪声剂量增加一倍，反之亦然，L(A)Ex,8h减少3db，噪声剂量减半
百分位声压级
最后但并非最不重要的是，OXYGEN声级选项可用于执行统计声压级分析，以获得测量时间的某个百分比阈值超过哪个声压级的指示。特别是在长时间的测量中，这通常用于推导公共参数。百分比阈值可以为在OXYGEN中自由定义。
下面的例子将告诉你如何使用这种计算:
在室内声学中，为了了解活动期间的声压等级，通常会在挤满观众的场所对房间和大厅的声压等级进行记录。与此同时，了解空房间的背景噪声水平或演讲者在观众面前的讲话努力程度，以得出不同的语音可理解性参数也是很有趣的。
当然，可以进行第二次测量来确定这些参数，但也可以通过事件中监测到的声压级来确定这些参数。
为什么需要统计声压级分析:
在房间声学中，L(A)95.0通常被认为是空房间的背景噪声级，它是在95%的测量时间内超过的声压级。L(A)33.3是在33.3%的测量时间内超过的声压级，通常被认为是说话人的说话努力。代表其他声压级的其他百分比阈值也存在，可以自由定义并由OXYGEN自动计算。
总结
本文介绍了由OXYGEN声级选项获得的值背后的计算方法，并提供了这些值通常使用的应用示例。详细讨论了频率加权和时间加权两个术语。
当然，还有更多的应用，内容还没有结束。如果您对声音级别选项的功能和附加功能和特性的反馈有特定的问题，请随时与我们联系。我们很高兴收到您可能与我们分享的任何反馈!
