[发明专利]一种基于人耳听觉特性的单频有调声信号自动监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于人耳听觉特性的单频有调声信号自动监测方法。

背景技术

通常人们是通过主观评价参量反映被测噪声声级高低的。声压级等作为声环境质量的主要客观参量，其对应的主观参量为声级，实际是经过计权修正后的声压级。国际标准化组织ISO226：2003及中国国家标准GB/T4963-2007分别修订了等响曲线，参见图1。由此可见，等响曲线是描述等响条件下声压级与频率的关系曲线，是重要的听觉特征之一。即声音的频率不同，它和1kHz纯音等响时声压级随频率变化的曲线称为等响曲线。等响曲线是一个统计曲线，考虑了人群的听觉特征。如图1所示，图中每条曲线上对应于不同频率的声压级是不相同的，但人耳感觉到的响应却是一样，每条曲线上注有一个数字，为响度单位。由等响曲线族可以得知：当音量较小时，人耳对高低音感觉不足；而音量较大时，高低音感觉充分；人对1kHz~4kHz之间声音最为敏感。例如，1kHz的声音的声强级是60dB，而另一个频率的声音听起来与60dB的1kHz声音一样响，则这个声音的响度级即为60 phon；而50dB的100Hz纯音和40dB的1kHz纯音等响，即两者位于同一条40 phon等响曲线上。在围绕1kHz的中频范围内，等响度曲线相对比较低，说明人耳对中频的响应敏感。在这个范围之外的低频和高频两边，等响度曲线翘起，说明人耳对低频和高频声音的敏感下降，以致当频率低于20Hz和高于2kHz时，需要很大的声强才有可能感觉声音的存在。

在使用声级计测量噪声时，声压传感器采集到的是声压信号。如果对其不作任何处理就输出，得到的将是与频率无关的线性声级。根据人耳的生理特点，人的听觉不仅取决于声强而且还与频率有关，即相同的声压不同频率的声信号人所听到的声音的感觉也许会有一定差异，人们希望仪器测量的噪声声压级能符合人耳的生理特性。考虑到人耳对不同频率的声信号听辨与滤波特性，为此，参照等响曲线进行滤波处理，对人耳敏感的频率成分予以加强，而对人耳不敏感的频率成分则进行适当的衰减，以求与人耳听觉的主观感受尽可能一致。这种修正的方法称为频率计权，经过计权网络测得的声级称为计权声级。现已有A、B、C、D等多种计权网络。等响曲线与计权网络用响度级来表示人们对声音的主观感觉过于复杂，为了简单起见，在等响曲线中选了三条曲线，一条是40phon的曲线，代表低声压级的响度感觉；一条是70 phon的曲线，代表中等强度的响度感觉；一条是100 phon的曲线，代表高声强时的响度感觉。按照这三条曲线的形状设计了A、B、C三条计权网络。A计权网络特性曲线对应于倒置的40 phon等响曲线，B计权网络曲线对应于倒置的70phon等响曲线，C计权网络曲线对应于倒置的100 phon等响曲线。在ISO推荐的标准中，对噪声测量方法作了以下规定：①当线性声级未超过即Lin≤60dB时，采用A特性曲线的计权网络；②当60dB<Lin<l20dB时，采用B特性曲线的计权网络；③当Lin≥120dB时，则须采用C特性曲线的计权网络。实践证明，不论噪声强度高还是低，A声级都能很好的反映人对噪声响度和吵闹的感觉，目前，采用A声级和C声级作为评价标准。A声级作为国际标准虽然它在一定程度上反映了人耳的听觉特性，但在某些频率下会体现出较大的偏差。为了精确地表征单频有调声信号使其与人耳听觉特性相吻合，以及组建分布式环境噪声自动监测系统需要有高精度监测节点，而对于监测节点功能需求：既能够对单点环境噪声信号进行检测、分析、处理和显示，还可以将重要数据通过网络实现远程实时传输。为此，发明了一种基于虚拟仪器技术的新型环境噪声自动监测方法。

发明内容

单频有调声信号是环境噪声中的主体类型，本发明是针对环境噪声中的单频有调声信号自动监测方法，使其物理表征与人耳的听觉特性实现高精度拟合，该方法集合了单频有调声信号的实时采集、数学描述及物理表征。其核心是针对环境噪声监测中A计权声级核心算法进行改进，提出了以对数函数加三角函数的多项式单频噪声修正因子数学描述关系式。经过修正使单频有调声信号的物理表征与人耳的听觉特性实现高精度拟合。

附图说明

图1为标准等响曲线图；

图2为与现有技术一致的有调声信号自动监测方法流程框图；

图3为与本发明具体实施例一致的单频有调声信号自动监测方法流程；

图4为与本发明具体实施例一致的改进A计权网络频率特性修正值拟合曲线图；

图5为与本发明具体实施例一致的改进A计权网络频率特性多项式拟合误差曲线图。