無響室及聲音品質(zhì)介紹及應用

1、無響室與聲音品質(zhì) Semi-anechoic chamber & Sound Quality系統(tǒng)噪音之量測環(huán)境根據(jù)ISO-7779之規(guī)定,電子產(chǎn)品或資訊產(chǎn)品之噪音量測,量測環(huán)境之背景噪音須較產(chǎn)品噪音低1015dB(A),而一般電子產(chǎn)品噪音約3050dB(A),是故背景噪音須降至1520dB(A)左右,所測得的數(shù)據(jù)才能夠做為參考,因此無回響室及半無回響室,便成為最適合的量測環(huán)境。ISO3745規(guī)範之(半)無響室驗收項目 將麥克風單獨置於實驗室中央,計算實驗室內(nèi)1/3 octave band 的分貝值,扣去截止頻率以下頻率能量,加總後得 出實驗室背景噪音。 在實驗室外放置一喇叭,分別在實驗室內(nèi)外各

2、放置一組麥 克風,經(jīng)由兩者之間的音壓位準差值,計算無響室之減音量。 NR=SPL1-SPL2 NR(noise reduction) :減音量 SPL1 :外部平均聲壓位準值 SPL2 :無響室內(nèi)部聲壓位準值 目的是要將地板傳來的振動經(jīng)隔振系統(tǒng)後,將振動量在低 頻(10Hz)以上的部份衰減掉,量測方式是以兩組振動加速 規(guī)置分別置於實驗室內(nèi)及實驗室下方地板,用激振器或人 力跳動,以頻譜圖來分析隔振效果。 由吸音楔尺寸決定截止頻率,但精確值仍有賴測校判定。 物件最大長度L,自由音場開始於2L處。 參考下頁圖表無響室逆平方衰減法則驗証400 Hz 以下,以25cm之電動喇叭鎖於一平面上模擬球音源40

3、0Hz 2000Hz之間,以10cm之電動喇叭鎖於一平面上模擬球音源2000Hz 10000Hz之間,以小於1.5cm圓柱管配合喇叭模擬球音源測試方位: 1.室中心至天花板三垂直面交點之直線,共四點 2.室中心至週圍任一牆面中央與天花板交點之直線,共四點,任選其二量測間隔: 從基準點起,即離音源50cm起,每隔50cm量一點,共四次1/3 octave band center frequency(Hz) 630 8005000 6300Full anechoic chamberAllowable difference 1.5 1.0 1.5Semi-anechoic chamberAllowa

4、ble difference (dB) 2.5 2.0 2.5逆平方衰減法量測實例逆平方衰減法量測實例外部實體尺寸 : (高高)5.7m x (長長)8.55m x (寬寬)8.1 m內(nèi)部有效尺寸 : (高)4.0m x (長)6.05m x (寬)5.6m 有效容積為 : 135.52m3 最大量測物之體積 : 0.6776m3吸音楔之尺寸 : 50cm x 50cm x 105cm主體隔振元件 : 10cm x(高)5cm圓柱型橡膠隔振墊陣列截止頻率為 : 80Hz背景噪音 : 海綿 空孔數(shù)/單位體積 搭配 空孔總體積/單位體積 室內(nèi)使用空間 : 麥克風放置位置需要至少離吸音楔 壁面/4

5、(:截止頻率波長)以上,距離被測物最 少2L以上(L被測物之最大邊長),待測物(EUT)體積 須為實驗室有效容積(從吸音楔前緣算起)的1/200, 否則要修正高頻之空氣吸收量。semi-anechoic chamber: 內(nèi)部有效體積內(nèi)部有效體積 : 4.0 x 5.6 x 6.05 = 135.52 m3 截止頻率截止頻率 = 80 Hz /4/4= (346 / 80) / 4 = 1.08125 m 待測物最大體積待測物最大體積 = 135.52 / 200 = 0.67 30.67 = 0.878 m 半圓球體積半圓球體積=(4/3 r3)/2 (4/3 (2x0.878)3)/2 =

6、11.33 m3 自由音場區(qū)域自由音場區(qū)域: (5.6-2.16)x(6.05-2.16)x(4-1.08)-11.33 =27.74m3 .測試物最大時測試物最大時,截止頻率較低時截止頻率較低時聲音品質(zhì)Sound Quality何謂音質(zhì)(Sound Quality)?傳統(tǒng)聲音量測方式,一般是以聲壓計所量測的聲壓位準加上A加權(quán)曲線作為一般習知的聲音評價標準。但此方式往往無法確切描述聲音真實情況,常發(fā)生的情況是:產(chǎn)品的噪音測試已合乎傳統(tǒng)量測標準,可是所得到的數(shù)據(jù)卻無法有效的描述某些的細微但卻刺耳的異音有鑑於異音的產(chǎn)生,可能來自於各種不同的音源,沒有縝密的分析及精準的回放聆聽,就無法正對問題的核

7、心來解決問題。 為徹底解決異音所造成的困擾,公司目前引進了世界最先進的德國Head Acoustics聲學量測系統(tǒng),以各種方式分析音源的聲紋,如: 1/nth octave band Sound pressure level (1/3八度音帶聲壓位準) FFT頻譜(快速傅立葉轉(zhuǎn)換) Loudness(響度值) Prominence Ratio (音調(diào)突出比) Fluctuation Strength(波動強度) Roughness(粗糙度) Sharpness(尖銳度) 利用這些分析,可以使吾人清楚的了解聲音所代表的真實情況,將資源用於決解真正的問題。本公司所使用之測試儀器為德國Head聲學公

8、司及美國Larson Davis公司所製作,由宏衛(wèi)科技股份有限公司代理進口及系統(tǒng)維護。16位元仿真人頭量測系統(tǒng) (Digital 16-bit Head Measurement System):HMS-III 移動式多通道分析儀(Mobile Sound Quality Laboratory) :SQLab II SQLab II專用多通道模組( 6 Channel module for SQLab II ): DIC-61 SQLab II 專用輸出/輸入模組(Input/Output Module for SQLab II):EBU-20 可程式等化聲音回放系統(tǒng)(Programmable

9、Equalizer playback System): PEQ-IV PEQ-IV回放專用耳機(Electronic HEADphone): HA-II.1目前本公司所使用之量測系統(tǒng)如下: 聲紋分析軟體ArtemiS Analysis Software (Head Acoustics): 聲紋分析基本模組 : Artemis Basic 聲紋回放模組(Artemis Playback Module) : ATP01 心理聲學模組(Artemis Psychoacoustics Module) : ATP02 輸入信號處理模組(Artemis Signature Module) : ATP03

10、1/n八度音頻譜分析模組(Artemis Octave Analysis Module) : ATP04 進階分析模組(Artemis Advanced Analysis Module) : ATP07 聲功率之麥克風陣列 (G.R.A.S.) 精密電容式麥克風(Precision Condenser Microphone) : GRAS 40AE ICP電源前置放大器(ICP Power Preamplifier) : TMS 426C01 聲壓量測儀器 精密電容式麥克風( High Sensitivity Precision Condenser Microphone ) : 2541 低噪

11、音麥克風前置放大器( Low Noise Microphone Preamplifier ) : PRM-902 第一級麥克風校正器( Class 1 Microphone Calibrator ) : CAL-200 整合式聲壓量測計( Integrating Sound Level Meter ) : 824S聲質(zhì)量測設(shè)備簡介Artificial Head HMS-IIISQLab IIPEQ-VIAnalysis ArtemiSHemisphere MIC arraySQLab II聲功率量測設(shè)備簡介Analysis ArtemiS聲壓測設(shè)備簡介Larson Davis 2541 Mic

12、rophone + PRM902 Preamplifier Larson Davis 824 SLarson Davis CAL200 Acoustic Calibrator報告輸出方式ArtemiS 軟體內(nèi)建功能軟體內(nèi)建功能:螢幕影像轉(zhuǎn)成 JPEG. BMP. TIFF格式圖檔。勾選Destination功能中的 EXCEL選項,以Excel格式輸出所得數(shù)據(jù)。於Destination功能中, 新增(insert) ASCII格式輸出選項, 如此將得到純文字格式(*.txt)的檔案資料?？諝庵|(zhì)點速度:UU = P/C =(1/C) x Po x COS(k(x-ct) =(N/m2)/(N.

13、sec/m3)=m/sec Note : F=maN=Kg x (m/sec2)P:聲壓=N/m2:空氣密度=1.18kg/m3C:音速(即聲波之傳播速度)=344.4m/secC:單位時間單位面積之通過質(zhì)量=406rayls 1 rayls = 1 kg/m2.sec = 1 N.sec/m3聲強度單位時間通過單位面積之聲波能量稱之: I = P x U= Po2/ Cx cos2(k(x-ct) I = P2rms x (1/C) Note: U=空氣質(zhì)點之速度 P=聲場之聲壓 Prms=均方根聲壓聲功率由點音源單位時間所幅射出之功稱為聲場功率 ,假設(shè)距點音源(Point Sound So

14、urce) r處 ,則聲場功率與聲場強度之關(guān)係為: I = W / (4r2) W= (4r2) x I = (4r2) x(P2rms x (1/C)聲壓位準按國際標準組織ISO音響委員會之定義:聲壓位準(Sound Pressure Level) LP=10 log(P2/Pr2)=20 log(P/Pr)聲強度位準(Sound Intensity Level) LI=10 log( I/Ir)聲功率位準(Sound Power level) LW=10 log(W/Wr)Note: Pr=2X10-5 N/m2 , Ir=10-12 Watt/m2 , Wr=10-12 Watt Pr參

15、考音壓之選定係根據(jù)ISO在實驗室測量一聽覺敏銳之年青人,對於1000Hz之純音的最低可聽聞度,其音壓約為 2X10-5 N/m2 爾後便以該值定為音壓位準之參考。聲壓,聲功率,聲強度之關(guān)係在標準狀態(tài)(72.5 ,或22.5 )時,C=406rayls。 I=P2/C 故 I0= (2X10-5 ) / 40610-12Watt/m2 W0= I0 x 1 m2 10-12 Watt聲壓與聲功率互換 I0=10 log(I/I0)=10 log(P2/CI0) =10 log(P2/P02)+10 log(P02/CI0)= LP-10log K NOTE: 式中的式中的 K= (CI0)/P0

16、2=(C x 10-12)/(2x10-5)2= ( C/4)x10-12 在一大氣壓(P=1.013x10-5N/m2)及T=25時, C=408.28,故 K= (408.28/4) x 10-12=1.0207 10 log(1.0207)=0.08898 dB 因此 LI=LP-0.08898 所以 LILP依據(jù)聲功率與聲強度之關(guān)係 W= S x I , W0= I0 x 1 m2 W:聲功率 I:聲強度 S:包圍點音源之封閉曲面面積故 LW=10 log(W/W0)=10 log(SxI)/W0=10 logS+10 log(I/I0) Lw=10logS+LI Lw=10logS+

17、LP聲音取樣方式聲音之取樣方式包含有時域及頻域控制1.時域控制包含間隔取樣、連續(xù)取樣 間隔取樣間隔取樣常為一般手持式聲壓計所使用常為一般手持式聲壓計所使用,取樣形態(tài)有取樣形態(tài)有: Slow: 1s 每每1秒取樣一次秒取樣一次 Fast: 125ms 每每1/8秒取樣一次秒取樣一次 Impulse: 35ms ,decay1500ms 每每7/200秒取樣一次秒取樣一次 , (Peak hold) 衰減時間為衰減時間為1.5秒秒 連續(xù)取樣連續(xù)取樣取樣方式以取樣方式以Hz/s表示表示,原因為其取樣數(shù)量極為龐大原因為其取樣數(shù)量極為龐大 用於錄取完整之波形用於錄取完整之波形, 常用之取樣數(shù)如下表所示常

18、用之取樣數(shù)如下表所示:DVD 48 kHz/S, 96 kHz/SCD44.1 kHz/SFM32 kHz/SPC22.05 kHz/SNet Meeting8 kHz/S2.頻域控制 目前一般人均使用十進位方式來計數(shù)目前一般人均使用十進位方式來計數(shù),但電子儀器內(nèi)部計算但電子儀器內(nèi)部計算 則是以二進位方式來計數(shù)則是以二進位方式來計數(shù),因此當二者在進行交換時因此當二者在進行交換時,無可避免會無可避免會 出現(xiàn)許多小數(shù)出現(xiàn)許多小數(shù),因此誤差也會跟者出現(xiàn)因此誤差也會跟者出現(xiàn),為了減少十進位轉(zhuǎn)換二進為了減少十進位轉(zhuǎn)換二進 位時產(chǎn)生的誤差位時產(chǎn)生的誤差,因此頻域分割上便直接使用二進位來計算。因此頻域分割上

19、便直接使用二進位來計算。 所謂的八度音就是所謂的所謂的八度音就是所謂的 Do-Re-Mi-Fa-So-La-Si-Do , 其中的其中的Do=264Hz,而而Do=528Hz ,528/264=2 ,意即每一意即每一 八度音八度音,頻率就增加二倍頻率就增加二倍,因此我們要分割一組八度音時因此我們要分割一組八度音時,便直接以便直接以 2 1/n 來切割來切割 ,闢如吾人最常使用的闢如吾人最常使用的1/3八度音頻譜八度音頻譜 , 就是以就是以 2 1/3 =1.2599 的倍數(shù)來分割八度音的倍數(shù)來分割八度音,也就是取也就是取264、332、419、528來做為取樣頻率。來做為取樣頻率。 為了方便為

20、了方便,噪音計算中的八度音與實際的八度音頻率並不相同噪音計算中的八度音與實際的八度音頻率並不相同,而是偏移到整數(shù)位而是偏移到整數(shù)位,以使表示上較為方便。以使表示上較為方便。Frequency BandWith (Hz)55708911214117822428235544756270889111221413177822392818354844675623707989131122014130177806380100125160200250315400500630800100012501600200025003150400050006300800010000125001600020000708911

21、2141178224282355447562708891112214131778223928183548446756237079891311220141301778022390CenterLowerUpper1/3 octave band (1/3八度音頻帶八度音頻帶)631252505001000200040008000160001/1 octave band (八度音頻帶八度音頻帶)Center聲壓位準之合成原理在吾人在求得1/3八度音之聲壓位準後,必須予以合成才能知道噪音的總位準 已知 dB= LP=10 log(P2/Po2) LP1=10 log(P12/P02) Lp2=10 lo

22、g(P22/P02) Total P Pt2=P12+P22 LP=10 log(P12+P22)/P02 =10 log(Pt2/P02) LP = 10 log(10(LP1/10)+10(LP2/10)分貝合成與分貝相減之簡易法則分貝合成 Ex1: L1=36 dB L2=32 dB Lcomb=36+1 37EX2: L1=50dB L2=40dB Lcomb=50+0 50二分貝數(shù)間之差將較高之分貝數(shù)加上下列值01 dB23 dB49 dBMore than 9 dB3 dB2 dB1 dB0 dBLcomb=combine Level 合成位準分貝相減 Ex1: Lcomb=38

23、dB L1=36 dB Lcomb - L1=2dB 查上表查上表 L2= Lcomb -5 33dB若(Lcomb- L1)為則 L2較Lcomb少0 dB1dB2dB3dB4dB5dB610dBMore than 10dBMore than 10dB510dB45dB34dB23dB12dB1dB0dBLcomb=combine Level 合成位準加權(quán)網(wǎng)絡(Weight Networks)D-加權(quán)加權(quán)(D-Weight):測校飛機噪音專用。測校飛機噪音專用。C-加灌加灌(C-Weight):主要用以校正主要用以校正85dB以上之聲壓位準。以上之聲壓位準。加權(quán)網(wǎng)絡乃針對各種頻率之噪音聲壓位

24、準主觀地評估其對人耳所感受之衝擊,加權(quán)曲線可分為:B-加權(quán)加權(quán)(B-Weight):主要用以校正主要用以校正55dB85dB之聲壓位準。之聲壓位準。A-加權(quán)加權(quán)(A-Weight) :用以處理用以處理55dB以下之聲壓位準以下之聲壓位準,乃為最常用的一乃為最常用的一種加權(quán)種加權(quán),表示法為表示法為dB(A);此種加權(quán)直接校正壓位此種加權(quán)直接校正壓位準與人耳聽覺之差異。準與人耳聽覺之差異。F-加灌加灌(Flat-Weight):不使用任何加權(quán)不使用任何加權(quán),用於觀測實際音壓之分佈情況。用於觀測實際音壓之分佈情況。人耳構(gòu)造圖(Equal Loudness Contours)人耳聽覺感受圖(Equal

25、 Loudness Contours)小聽骨小聽骨(鐙骨鐙骨)的振的振動使得卵圓窗來回運動動使得卵圓窗來回運動,因此振動了耳蝸內(nèi)的淋因此振動了耳蝸內(nèi)的淋巴液巴液,這造成了基底膜這造成了基底膜上下移動基底膜的上下上下移動基底膜的上下移動造成附近的耳蝸部移動造成附近的耳蝸部份隨時間而擺動。份隨時間而擺動。耳蝸內(nèi)的振動會由耳蝸內(nèi)的振動會由卵圓窗進入上通道繞過卵圓窗進入上通道繞過耳蝸尖端後進入下通道耳蝸尖端後進入下通道使得下通道同步振動使得下通道同步振動,接著振動便會傳至圓窗接著振動便會傳至圓窗然後離開耳蝸。然後離開耳蝸。不同區(qū)段的基底膜不同區(qū)段的基底膜會有不同的共振頻率會有不同的共振頻率,這會造成某特別頻率的這會造成某特別頻率的最大位移最大位移,因此可以區(qū)因此可以區(qū)分不同的頻率。分不同的頻率。等響度曲線(Equal Loudness Contours)響度的單位為“Sone”,其基本定義為純音1000Hz發(fā)出40dB聲壓位準之響度稱為1 sone . 對於多種頻率複合之噪音,以人耳聽覺之比較特性來