声音测量案例-第1部分“声音记录和声压级计算”

声波是以每秒约340 m的速度传播的波动现象。我们通过耳朵听到空气中的波动。这种波动是由大气压力的连续压力变化 (交流压力变化) 引起的。

声级计是一种测量声压级的仪器。声级计中的传声器将声压的波动（瞬时声压）转换成电信号。声级计本身会根据这个瞬时声压进行一系列计算，从而得出声压级。

本测量栏将介绍如何使用声级计的录音功能录制 WAVE 文件，然后使用 Microsoft Excel 计算噪声级（A 计权声压级）。我们希望这能加深您对声级计内部声级计过程及其工作原理的理解。

测量系统示例

图1显示了Excel文件 (emm131-can.xls) 的一部分，该文件根据“咖啡罐 (空罐) ”的敲击声计算A特性声压电平。

A 列和 B 列包含的数据是通过 Oscope2 将使用 LA-3560声级计的录音功能记录的 WAVE 文件中 1 秒钟的数据导出为 CSV 文件，然后导入到 Excel 中获得的。A 列显示时间，B 列显示瞬时声压 [Pa]。

C列数据 (瞬时声压 (A) ) 是B列数据 (瞬时声压) 经过A特性滤波后得到的。C列包含计算A属性筛选器 (六阶IIR筛选器) 的公式。例如，C15单元格包含以下公式:。

=($J$14*B15+$J$13*B14+$J$12*B13+$J$11*B12+$J$10*B11+$J$9*B10+$J$8*B9)-
($H$13*C14+$H$12*C13+$H$11*C12+$H$10*C11+$H$9*C10+$H$8*C9)

D列中的数据 (瞬时声压 (A) 的平方) 是C列中数据的平方。

在E列中，应用动特性(Fast;125ms, Slow:1s等)，进行相当于动特性电路 (由电阻和电容器构成的平滑化电路) 的运算，求出均方值 [Pa2] (有效值的平方值) 。结果值对应于声压的平方。例如，E15单元格包含以下公式:。

=E14+$H$6*(D15-E14)

其中，$H$6单元的值是常数h0,h0的值由采样频率和动态特性 (时间常数) 确定。

F列中的数据 (A特性声压级) 是声压级 [dB] 与声压平方的关系。此时，基准声压级为P0=20μPa。

图2、图3显示的是瞬时声压、瞬时声压 (A特性) 和A特性声压级的曲线图。图表的水平轴为1秒。图2表示快速 (125 ms) 动态特性，图3表示10 ms动态特性。

Fast (125 ms) 动态特性的最大声压级为79.6 dB,而10 ms动态特性的最大声压级为87.4 dB。这是因为时间常数越长，快速变化就越平滑。通常，以最大声压级评价冲击音的大小时，如果改变动态特性，测量结果也会发生变化，因此必须在相同条件下进行比较。

对于快速动态特性 (125 ms)，击打声音发生0.3秒后的声压级为71.8 dB,对于10 ms动态特性为44.8 dB,表明动态特性越短，声压级衰减越大。

图4显示了Excel文件 (emm131-furiko.xls) 的一部分，该文件根据被称为牛顿摇篮的科学玩具 (由五个重量组成的钟摆) 的操作声音计算A特性声压水平。

A 列和 B 列包含从 Oscope2 LA-3560声级计的录音功能记录的 WAVE 文件（采样频率 64 kHz）中读取 2.5 秒数据，将其重采样至 25.6 kHz 采样频率，导出为 CSV 文件，然后导入到 Excel 中获得的数据。A 列为时间，B 列为瞬时声压 [Pa]。

以下过程与咖啡罐 (空罐) 击打声音相同，但采样频率不同，因此A特征滤波器的系数不同。

图5、图6为瞬时声压、瞬时声压 (A特性) 和A特性声压级的曲线图。图表的横轴长度为2.5秒。图5表示快速 (125 ms) 动态特性，图6表示10 ms动态特性。钟摆的周期大约是0.78秒，但是在1个周期内，从右边冲撞时和从左边冲撞时会发生2次，所以大约每隔0.39秒就会发生冲撞声音。

这里描述的测量可以使用声级计（除某些例外情况外）或实时倍频程分析软件轻松完成，但通过执行这里描述的计算，也可以从瞬时声压数据计算出这些测量值。

请注意，此处使用的Excel计算方法较为简化，并不符合JIS C 1509或《测量法》中规定的声级计。此外，也无法保证其精度能够满足这些标准中规定的要求。

这次使用的声音数据 (mp3文件) 和Excel文件可以从下面下载。

(摘自2012年8月23日发行的电子邮件杂志)

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