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原创 声音的频率计权

发表时间:2020-03-03 16:07作者:南京宁韵环境检测有限公司

当声波传到人耳时,人们在主观感觉上会形成听觉上的“声音强弱”的概念。人耳对声音的响度感觉近似与其强度的对数成正比,即近似与声压级成正比。同时进一步的研究表明,在可听声范围内,人耳对不同频率的响应是不同的,这也就是说,人耳对声音的响应不仅与强度有关,还与频率有关。例如同是60dB的声音,频率在100Hz与频率在1000Hz时,人耳听起来1000Hz的声音要更响一些。对于普通人而言,要使100Hz的声音听起来与频率1000Hz、声压级为60dB的声音一样响,需要将其声压级增加到67dB。

因此,人对声音的强度的“响”与“不响”可以用响度级这一参数来定量描述。即以1000Hz声音为基准,当其它频率的纯音与1000Hz的纯音听起来同样响时,这时1000Hz纯音的声压级就等于该待定纯音的响度级。这样,对各个频率下的纯音做这样的试听比较,从而得出达到同样响度级时频率与声压级的关系曲线,称为等响曲线。图1为根据18~25周岁的正常人平均判断下的为在自由场条件下测得的等响曲线。即在等响曲线上,虽然各个频率的声压级不同,但它们听起来都一样响。例如图中对于80phon的等响曲线表明,109.6dB的31.5Hz的纯音、90.1dB的125Hz的纯音、78.3dB的4000Hz的纯音与80dB的1000Hz的纯音听起来都是一样响。

响度曲线

图1 纯音标准等响曲线

等响曲线是目前声品质参量中最成熟的研究结果。但需要注意的是,该曲线的试验对象并未包含我国人群。进一步的研究表明,我国人群的等响曲线在1kHz低频范围的修正量要小于ISO标准。

由等响曲线可以看出,人耳对于中高频声音,特别是对于1~5kHz的声音比较敏感,而对低频声音,特别是对100Hz以下的可听声不敏感,且频率越低越不敏感。因此为了使声音的客观量度和人耳听觉主观感受近似取得一致,在测量声音的仪器(如声级计)上一般都装置了对频率的计权网络。计权网络本质上是一个滤波器,它对所接受到的声音按频带设一定的衰减来模拟人耳的听觉特性。目前主要的计权网络有A、B、C、D四种,用计权网络测得的结果叫计权声级,这时在单位dB的后面写出所用的计权网络的标称,如dB(A)、dB(B)、dB(C)等,上述计权对声强级声功率级也是类似的。

2现有四种计权网络的频率特性。其中A计权网络相当于40phon等响曲线的倒置,B计权网络相当于70phon等响曲线的倒置,C计权网络相当于100phon等响曲线的倒置,D计权网络通常应用于航空噪声的测量。由于A计权网络的频率响应与人耳度宽频带声音的灵敏度接近,因此目前主要使用的是A计权网络。

计权声级

2 计权网络频率特性

同时需要特别注意的是声频频率计权在各个频率点都是不同的,目前常见的工具书给出了1/3倍频程或倍频程对应频率点的计权系数,该计权系数仅为对应频率点的计权系数,而不是整个1/3倍频程或倍频程的频率计权系数。因此实际中不能将声级计采集到的1/3倍频程或倍频程声压级直接计权得到1/3倍频程或倍频程计权声压级。具体我们将在“声信号分析和处理”中进行具体阐述。

表1 声音的三种频率计权

频率Hz

A计权

B计权

C计权

10

-70.4

-38.2

-14.3

12.5

-63.4

-33.2

-11.2

16

-56.7

-28.5

-8.5

20

-50.5

-24.2

-6.2

25

-44.7

-20.4

-4.4

31.5

-39.4

-17.1

-3

40

-34.6

-14.2

-2

50

-30.2

-11.6

-1.3

63

-26.2

-9.3

-0.8

80

-22.5

-7.4

-0.5

100

-19.1

-5.6

-0.3

125

-16.1

-4.2

-0.2

160

-13.4

-3

-0.1

200

-10.9

-2

0

250

-8.6

-1.3

0

315

-6.6

-0.8

0

400

-4.8

-0.5

0

500

-3.2

-0.3

0

630

-1.9

-0.1

0

800

-0.8

0

0

1000

0

0

0

1250

0.6

0

0

1600

1

0

-0.1

2000

1.2

-0.1

-0.2

2500

1.3

-0.2

-0.3

3150

1.2

-0.4

-0.5

4000

1

-0.7

-0.8

5000

0.5

-1.2

-1.3

6300

0.1

-1.9

-2

8000

-1.1

-2.9

-3

10000

-2.5

-4.3

-4.4

12500

-4.3

-6.1

-6.2

16000

-6.6

-8.4

-8.5

20000

-9.3

-11.1

-11.2


本文介绍了声音的频率计权,实际上人体以及各个部位作为一个弹性体,对不同频率的振动感受也是不同的,因此振动也存在频率计权,我们将在振动频率计权中进行分享。


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