無響室與聲音品質(zhì)介紹與應(yīng)用

無響室與聲音品質(zhì)

Semi-anechoicchamber&SoundQuality系統(tǒng)噪音之量測(cè)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(cè),量測(cè)環(huán)境之背景噪音須較產(chǎn)品噪音低10~15dB(A),而一般電子產(chǎn)品噪音約30~50dB(A),是故背景噪音須降至15~20dB(A)左右,所測(cè)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(cè)環(huán)境。ISO3745規(guī)範(fàn)之(半)無響室驗(yàn)收項(xiàng)目背景噪音

→將麥克風(fēng)單獨(dú)置於實(shí)驗(yàn)室中央,計(jì)算實(shí)驗(yàn)室內(nèi)1/3octave

band的分貝值,扣去截止頻率以下頻率能量,加總後得出實(shí)驗(yàn)室背景噪音。隔音量

→在實(shí)驗(yàn)室外放置一喇叭,分別在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)外各放置一組麥克風(fēng),經(jīng)由兩者之間的音壓位準(zhǔn)差值,計(jì)算無響室之減音量。

NR=SPL1-SPL2

NR(noisereduction):減音量

SPL1:外部平均聲壓位準(zhǔn)值

SPL2:無響室內(nèi)部聲壓位準(zhǔn)值隔振量

→目的是要將地板傳來的振動(dòng)經(jīng)隔振系統(tǒng)後,將振動(dòng)量在低頻(10Hz)以上的部份衰減掉,量測(cè)方式是以兩組振動(dòng)加速規(guī)置分別置於實(shí)驗(yàn)室內(nèi)及實(shí)驗(yàn)室下方地板,用激振器或人力跳動(dòng),以頻譜圖來分析隔振效果。截止頻率

→由吸音楔尺寸決定截止頻率,但精確值仍有賴測(cè)校判定。自由音場(chǎng)半徑

→物件最大長度L,自由音場(chǎng)開始於2L處。逆平方衰減法

→參考下頁圖表無響室逆平方衰減法則驗(yàn)証400Hz以下,以25cm之電動(dòng)喇叭鎖於一平面上模擬球音源400Hz~2000Hz之間,以10cm之電動(dòng)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(cè)試方位:1.室中心至天花板三垂直面交點(diǎn)之直線,共四點(diǎn)2.室中心至週圍任一牆面中央與天花板交點(diǎn)之直線,共四點(diǎn),任選其二量測(cè)間隔:從基準(zhǔn)點(diǎn)起,即離音源50cm起,每隔50cm量一點(diǎn),共四次1/3octavebandcenterfrequency(Hz)630

800~50006300FullanechoicchamberAllowabledifference1.51.01.5Semi-anechoicchamberAllowabledifference(dB)2.52.02.5逆平方衰減法量測(cè)實(shí)例逆平方衰減法量測(cè)實(shí)例外部實(shí)體尺寸:(高)5.7mx(長)8.55mx(寬)8.1m內(nèi)部有效尺寸:(高)4.0mx(長)6.05mx(寬)5.6m

有效容積為:135.52m3

最大量測(cè)物之體積:

0.6776m3吸音楔之尺寸:50cmx50cmx105cm主體隔振元件:?10cmx(高)5cm圓柱型橡膠隔振墊陣列截止頻率為:80Hz背景噪音:<=8dB(A)可執(zhí)行之量測(cè):SoundPowerSoundPressure

SoundQuality本公司現(xiàn)有之半無回響室,係由聲譜有限公司建造,相關(guān)之儲(chǔ)元如下:聲音量測(cè)實(shí)驗(yàn)室之聲場(chǎng)需求◎逆二乘特性(InverSquareLaw):室內(nèi)自由聲場(chǎng)性能,當(dāng)距離增加一倍,音量衰減6分貝特性Question:ISO3745規(guī)範(fàn)的實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)中有正負(fù)值的誤差,若超過此標(biāo)準(zhǔn),該如何解釋?

Ans:實(shí)驗(yàn)室測(cè)校中的正負(fù)誤差值,主要與實(shí)驗(yàn)室的:有效測(cè)試空間,吸

音楔材質(zhì),吸音楔形狀,金屬防音板隔音性能,夾層空氣牆寬度,實(shí)驗(yàn)室重量與自然頻率之搭配,隔振材之選用…..等。有著密切的相關(guān)性。測(cè)試報(bào)告中,通常我們認(rèn)為不符合逆二乘特性者,音量衰減應(yīng)該都不到6分貝,但有時(shí)卻會(huì)看到音量衰減超越6分貝的情況,不禁讓我們想到…,難道實(shí)驗(yàn)室吸音性能超越了自由音場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)?!?其實(shí)不是,而是波型相消的效果,同樣的頻率若因空間及結(jié)構(gòu)的反彈,使得波型翻轉(zhuǎn)了180度,就會(huì)對(duì)原波形產(chǎn)生相消效果,使得這組頻率附近的能量不尋常的向下降低,這其實(shí)是實(shí)際聲場(chǎng)情況有變的緣故?！蚪刂诡l率(CutoffFrequency):壁面吸音楔之吸音性能,對(duì)於垂直方向入射聲波,吸音楔正向吸音係數(shù)

αn

大於0.99之最低頻率

。Question:吸音楔之外形對(duì)聲場(chǎng)之影響為何?Ans:國外專業(yè)實(shí)驗(yàn)室對(duì)吸音材之要求,除吸音材之吸音係數(shù)之外,尚對(duì)吸音材之機(jī)何外形有一定的要求,若材質(zhì)的本身的吸音係數(shù)能搭配適當(dāng)之幾何外形,會(huì)有以下優(yōu)點(diǎn):1.可以稍稍增加聲音傳播距離,因?yàn)槁暷軙?huì)因?yàn)榫嚯x增加而消散,頻率愈高,消散距離愈短;頻率愈低,消散距離增長,亦難隔離2.音源進(jìn)入吸音材後不可能完全吸收,幾何造形可以使聲波進(jìn)行吸音材間反射,聲波每在吸音材間的反射一次都會(huì)被吸音材吸收掉一些能量,多次反射之後,聲音再反射回實(shí)驗(yàn)中央的情況將會(huì)被降到最低3.吸音楔愈大,吸音效果愈佳,低頻吸收情況亦更好,但有極限4.吸音楔前緣愈尖,幾何隔音效果愈好5.吸音楔之材質(zhì)孔隙率愈高愈好,性能:玻璃纖維>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(fēng)放置位置需要至少離吸音楔壁面λ/4(λ:截止頻率波長)以上,距離被測(cè)物最少2L以上(L被測(cè)物之最大邊長),待測(cè)物(EUT)體積須為實(shí)驗(yàn)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-anechoicchamber:

內(nèi)部有效體積:4.0x5.6x6.05=135.52m^3

截止頻率=80Hz

λ/4=(346/80)/4=1.08125m

待測(cè)物最大體積=135.52/200=0.673√0.67=0.878m

半圓球體積=(4/3r^3)/2(4/3(2x0.878)^3)/2=11.33m^3

自由音場(chǎng)區(qū)域:(5.6-2.16)x(6.05-2.16)x(4-1.08)-11.33

=27.74m^3…..…測(cè)試物最大時(shí),截止頻率較低時(shí)聲音品質(zhì)SoundQuality何謂音質(zhì)(SoundQuality)?傳統(tǒng)聲音量測(cè)方式,一般是以聲壓計(jì)所量測(cè)的聲壓位準(zhǔn)加上A加權(quán)曲線作為一般習(xí)知的聲音評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。但此方式往往無法確切描述聲音真實(shí)情況,常發(fā)生的情況是:產(chǎn)品的噪音測(cè)試已合乎傳統(tǒng)量測(cè)標(biāo)準(zhǔn),可是所得到的數(shù)據(jù)卻無法有效的描述某些的細(xì)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(zhǔn)的回放聆聽,就無法正對(duì)問題的核心來解決問題。

為徹底解決異音所造成的困擾,公司目前引進(jìn)了世界最先進(jìn)的德國HeadAcoustics聲學(xué)量測(cè)系統(tǒng),以各種方式分析音源的聲紋,如:

1/nthoctavebandSoundpressurelevel

(1/3八度音帶聲壓位準(zhǔn))

FFT頻譜(快速傅立葉轉(zhuǎn)換)

Loudness(響度值)

ProminenceRatio(音調(diào)突出比)

FluctuationStrength(波動(dòng)強(qiáng)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(shí)情況,將資源用於決解真正的問題。本公司所使用之測(cè)試儀器為德國Head聲學(xué)公司及美國LarsonDavis公司所製作,由宏衛(wèi)科技股份有限公司代理進(jìn)口及系統(tǒng)維護(hù)?！?6位元仿真人頭量測(cè)系統(tǒng)

(Digital16-bitHeadMeasurement

System):HMS-III

★移動(dòng)式多通道分析儀(MobileSoundQualityLaboratory)

:SQLabII

SQLabII專用多通道模組(6ChannelmoduleforSQLabII):DIC-61

SQLabII專用輸出/輸入模組(Input/OutputModuleforSQLabII):EBU-20★可程式等化聲音回放系統(tǒng)(ProgrammableEqualizerplaybackSystem):PEQ-IV

PEQ-IV回放專用耳機(jī)(ElectronicHEADphone):HA-II.1目前本公司所使用之量測(cè)系統(tǒng)如下:

★聲紋分析軟體ArtemiSAnalysisSoftware(HeadAcoustics):

聲紋分析基本模組:ArtemisBasic

聲紋回放模組(ArtemisPlaybackModule):ATP01

心理聲學(xué)模組(ArtemisPsychoacousticsModule):ATP02

輸入信號(hào)處理模組(ArtemisSignatureModule):ATP03

1/n八度音頻譜分析模組(ArtemisOctaveAnalysisModule):ATP04

進(jìn)階分析模組(ArtemisAdvancedAnalysisModule):ATP07

★聲功率之麥克風(fēng)陣列(G.R.A.S.)

精密電容式麥克風(fēng)(PrecisionCondenserMicrophone):GRAS40AE

ICP電源前置放大器(ICPPowerPreamplifier):TMS426C01

★聲壓量測(cè)儀器

精密電容式麥克風(fēng)(HighSensitivityPrecisionCondenserMicrophone):2541

低噪音麥克風(fēng)前置放大器(

LowNoiseMicrophonePreamplifier):PRM-902

第一級(jí)麥克風(fēng)校正器(Class1MicrophoneCalibrator):CAL-200

整合式聲壓量測(cè)計(jì)(IntegratingSoundLevelMeter):824S聲質(zhì)量測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)介<仿真人頭麥克風(fēng)>ArtificialHeadHMS-III<移動(dòng)式多通道分析儀>SQLabII<聲音等化回放系統(tǒng)>PEQ-VI<聲音分析軟體>AnalysisArtemiS<半球型麥克風(fēng)陣列>HemisphereMICarray<移動(dòng)式多通道分析儀>SQLabII聲功率量測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)介<聲音分析軟體>AnalysisArtemiS聲壓測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)介<高感度精密麥克風(fēng)>LarsonDavis2541Microphone+PRM902Preamplifier

<整合式聲壓量測(cè)器>LarsonDavis824S<精密麥克風(fēng)校正器>LarsonDavisCAL200AcousticCalibrator報(bào)告輸出方式ArtemiS

軟體內(nèi)建功能:☆螢?zāi)挥跋褶D(zhuǎn)成JPEG.BMP.TIFF格式圖檔?！罟催xDestination功能中的EXCEL選項(xiàng),以Excel格式輸出所得數(shù)據(jù)?！铎禗estination功能中,新增(insert)ASCII格式輸出選項(xiàng),如此將得到純文字格式(*.txt)的檔案資料?？諝庵|(zhì)點(diǎn)速度:UU=P/C=(1/C)xPoxCOS(k(x-ct))=(N/m2)/(N.sec/m3)=m/sec

Note:F=ma………N=Kgx(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(shí)間單位面積之通過質(zhì)量=406rayls

1rayls=1kg/m2.sec=1N.sec/m3聲強(qiáng)度單位時(shí)間通過單位面積之聲波能量稱之:

I=PxU=Po2/Cxcos2(k(x-ct))

I=P2rmsx

(1/C)

Note:U=空氣質(zhì)點(diǎn)之速度

P=聲場(chǎng)之聲壓

Prms=均方根聲壓聲功率由點(diǎn)音源單位時(shí)間所幅射出之功稱為聲場(chǎng)功率,假設(shè)距點(diǎn)音源(PointSoundSource)r處,則聲場(chǎng)功率與聲場(chǎng)強(qiáng)度之關(guān)係為:

I=W/(4r2)W=(4r2)xI

=(4r2)x(P2rms

x

(1/C))聲壓位準(zhǔn)按國際標(biāo)準(zhǔn)組織ISO音響委員會(huì)之定義:聲壓位準(zhǔn)(SoundPressureLevel)

LP=10log(P2/Pr2)=20log(P/Pr)聲強(qiáng)度位準(zhǔn)(SoundIntensityLevel)

LI=10log(I/Ir)聲功率位準(zhǔn)(SoundPowerlevel)LW=10log(W/Wr)Note:Pr=2X10-5N/m2,Ir=10-12Watt/m2,Wr=10-12Watt

Pr參考音壓之選定係根據(jù)ISO在實(shí)驗(yàn)室測(cè)量一聽覺敏銳之年青人,對(duì)於1000Hz之純音的最低可聽聞度,其音壓約為

2X10-5N/m2

爾後便以該值定為音壓位準(zhǔn)之參考。聲壓,聲功率,聲強(qiáng)度之關(guān)係在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(72.5℉,或22.5℃)時(shí),C=406rayls。

I=P2/C故

I0=(2X10-5

)/406≒10-12Watt/m2

W0=I0x1m2≒10-12Watt聲壓與聲功率互換

I0=10log(I/I0)=10log(P2/CI0)

=10log(P2/P02)+10log(P02/CI0)=LP-10logK

NOTE:

式中的

K=(CI0)/P02=(Cx10-12)/(2x10-5)2=(C/4)x10-12

在一大氣壓(P=1.013x10-5N/m2)及T=25℃時(shí),C=408.28,故K=(408.28/4)x10-12=1.0207

10log(1.0207)=0.08898dB

因此

LI=LP-0.08898……………所以

LILP依據(jù)聲功率與聲強(qiáng)度之關(guān)係

W=SxI,W0=I0x1m2

W:聲功率I:聲強(qiáng)度

S:包圍點(diǎn)音源之封閉曲面面積故LW=10log(W/W0)=10log(SxI)/W0=10logS+10log(I/I0)

Lw=10logS+LI

Lw=10logS+LP聲音取樣方式聲音之取樣方式包含有時(shí)域及頻域控制1.時(shí)域控制包含間隔取樣、連續(xù)取樣

間隔取樣常為一般手持式聲壓計(jì)所使用,取樣形態(tài)有:

Slow:1s每1秒取樣一次

Fast:125ms每1/8秒取樣一次

Impulse:35ms,decay1500ms每7/200秒取樣一次,

(Peakhold)

衰減時(shí)間為1.5秒

連續(xù)取樣取樣方式以Hz/s表示,原因?yàn)槠淙訑?shù)量極為龐大用於錄取完整之波形,

常用之取樣數(shù)如下表所示:DVD48kHz/S,96kHz/SCD44.1kHz/SFM32kHz/SPC22.05kHz/SNetMeeting8kHz/S2.頻域控制目前一般人均使用十進(jìn)位方式來計(jì)數(shù),但電子儀器內(nèi)部計(jì)算則是以二進(jìn)位方式來計(jì)數(shù),因此當(dāng)二者在進(jìn)行交換時(shí),無可避免會(huì)出現(xiàn)許多小數(shù),因此誤差也會(huì)跟者出現(xiàn),為了減少十進(jìn)位轉(zhuǎn)換二進(jìn)位時(shí)產(chǎn)生的誤差,因此頻域分割上便直接使用二進(jìn)位來計(jì)算。所謂的八度音就是所謂的Do-Re-Mi-Fa-So-La-Si-Do’,

其中的Do=264Hz,而Do’=528Hz,528/264=2

,意即每一八度音,頻率就增加二倍,因此我們要分割一組八度音時(shí),便直接以

21/n

來切割,闢如吾人最常使用的1/3八度音頻譜,就是以

21/3=1.2599的倍數(shù)來分割八度音,也就是取264、332、419、528來做為取樣頻率。為了方便,噪音計(jì)算中的八度音與實(shí)際的八度音頻率並不相同,而是偏移到整數(shù)位,以使表示上較為方便。FrequencyBandWith(Hz)557089112141178224282355447562708891112214131778223928183548446756237079891311220141301778063801001251602002503154005006308001000125016002000250031504000500063008000100001250016000200007089112141178224282355447562708891112214131778223928183548446756237079891311220141301778022390CenterLowerUpper1/3octaveband(1/3八度音頻帶)631252505001000200040008000160001/1octaveband(八度音頻帶)Center聲壓位準(zhǔn)之合成原理在吾人在求得1/3八度音之聲壓位準(zhǔn)後,必須予以合成才能知道噪音的總位準(zhǔn)

已知dB=LP=10log(P2/Po2)LP1=10log(P12/P02)

Lp2=10log(P22/P02)TotalPPt2=P12+P22

LP=10log(P12+P22)/P02=10log(Pt2/P02)

LP=10log(10(LP1/10)+10(LP2/10))分貝合成與分貝相減之簡(jiǎn)易法則分貝合成

Ex1:L1=36dBL2=32dB

Lcomb=36+1≒37EX2:L1=50dB

L2=40dBLcomb=50+0≒50二分貝數(shù)間之差將較高之分貝數(shù)加上下列值0~1dB2~3dB4~9dBMorethan9dB3dB2dB1dB0dBLcomb=combineLevel合成位準(zhǔn)分貝相減

Ex1:Lcomb=38dBL1=36dB

Lcomb-L1=2dB

查上表

L2=Lcomb

-5≒33dB若(Lcomb-L1)為則L2較Lcomb少0dB1dB2dB3dB4dB5dB6~10dBMorethan10dBMorethan10dB5~10dB4~5dB3~4dB2~3dB1~2dB1dB0dBLcomb=combineLevel合成位準(zhǔn)加權(quán)網(wǎng)絡(luò)(WeightNetworks)D-加權(quán)(D-Weight):測(cè)校飛機(jī)噪音專用。C-加灌(C-Weight):主要用以校正85dB以上之聲壓位準(zhǔn)。加權(quán)網(wǎng)絡(luò)乃針對(duì)各種頻率之噪音聲壓位準(zhǔn)主觀地評(píng)估其對(duì)人耳所感受之衝擊,加權(quán)曲線可分為:B-加權(quán)(B-Weight):主要用以校正55dB~85dB之聲壓位準(zhǔn)。A-加權(quán)(A-Weight):用以處理55dB以下之聲壓位準(zhǔn),乃為最常用的一種加權(quán),表示法為dB(A);此種加權(quán)直接校正壓位準(zhǔn)與人耳聽覺之差異。F-加灌(Flat-Weight):不使用任何加權(quán),用於觀測(cè)實(shí)際音壓之分佈情況。人耳構(gòu)造圖(EqualLoudnessContours)人耳聽覺感受圖(EqualLoudnessContours)小聽骨(鐙骨)的振動(dòng)使得卵圓窗來回運(yùn)動(dòng),因此振動(dòng)了耳蝸內(nèi)的淋巴液,這造成了基底膜上下移動(dòng)基底膜的上下移動(dòng)造成附近的耳蝸部份隨時(shí)間而擺動(dòng)。耳蝸內(nèi)的振動(dòng)會(huì)由卵圓窗進(jìn)入上通道繞過耳蝸尖端後進(jìn)入下通道使得下通道同步振動(dòng),接著振動(dòng)便會(huì)傳至圓窗然後離開耳蝸。不同區(qū)段的基底膜會(huì)有不同的共振頻率,這會(huì)造成某特別頻率的最大位移,因此可以區(qū)分不同的頻率。等響度曲線(EqualLoudnessContours)響度的單位為“