无响室与声音品质介绍与应用ppt课件.ppt

無響室與聲音品質 Semi anechoicchamber SoundQuality 系統噪音之量測環境 根據ISO 7779之規定 電子產品或資訊產品之噪音量測 量測環境之背景噪音須較產品噪音低10 15dB A 而一般電子產品噪音約30 50dB A 是故背景噪音須降至15 20dB A 左右 所測得的數據才能夠做為參考 因此無回響室及半無回響室 便成為最適合的量測環境 ISO3745規範之 半 無響室驗收項目 背景噪音 將麥克風單獨置於實驗室中央 計算實驗室內1 3octaveband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 隔音量 在實驗室外放置一喇叭 分別在實驗室內外各放置一組麥克風 經由兩者之間的音壓位準差值 計算無響室之減音量 NR SPL1 SPL2NR noisereduction 減音量SPL1 外部平均聲壓位準值SPL2 無響室內部聲壓位準值隔振量 目的是要將地板傳來的振動經隔振系統後 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置分別置於實驗室內及實驗室下方地板 用激振器或人力跳動 以頻譜圖來分析隔振效果 截止頻率 由吸音楔尺寸決定截止頻率 但精確值仍有賴測校判定 自由音場半徑 物件最大長度L 自由音場開始於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証 400Hz以下 以25cm之電動喇叭鎖於一平面上模擬球音源400Hz 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 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 5 7mx 長 8 55mx 寬 8 1m內部有效尺寸 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 可執行之量測 SoundPowerSoundPressureSoundQuality 本公司現有之半無回響室 係由聲譜有限公司建造 相關之儲元如下 聲音量測實驗室之聲場需求 逆二乘特性 InverSquareLaw 室內自由聲場性能 當距離增加一倍 音量衰減6分貝特性Question ISO3745規範的實驗室標準中有正負值的誤差 若超過此標準 該如何解釋 Ans 實驗室測校中的正負誤差值 主要與實驗室的 有效測試空間 吸音楔材質 吸音楔形狀 金屬防音板隔音性能 夾層空氣牆寬度 實驗室重量與自然頻率之搭配 隔振材之選用 等 有著密切的相關性 測試報告中 通常我們認為不符合逆二乘特性者 音量衰減應該都不到6分貝 但有時卻會看到音量衰減超越6分貝的情況 不禁讓我們想到 難道實驗室吸音性能超越了自由音場的標準 其實不是 而是波型相消的效果 同樣的頻率若因空間及結構的反彈 使得波型翻轉了180度 就會對原波形產生相消效果 使得這組頻率附近的能量不尋常的向下降低 這其實是實際聲場情況有變的緣故 截止頻率 CutoffFrequency 壁面吸音楔之吸音性能 對於垂直方向入射聲波 吸音楔正向吸音係數 n大於0 99之最低頻率 Question 吸音楔之外形對聲場之影響為何 Ans 國外專業實驗室對吸音材之要求 除吸音材之吸音係數之外 尚對吸音材之機何外形有一定的要求 若材質的本身的吸音係數能搭配適當之幾何外形 會有以下優點 1 可以稍稍增加聲音傳播距離 因為聲能會因為距離增加而消散 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 音源進入吸音材後不可能完全吸收 幾何造形可以使聲波進行吸音材間反射 聲波每在吸音材間的反射一次都會被吸音材吸收掉一些能量 多次反射之後 聲音再反射回實驗中央的情況將會被降到最低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 吸音楔之材質孔隙率愈高愈好 性能 玻璃纖維 海綿空孔數 單位體積搭配空孔總體積 單位體積 室內使用空間 麥克風放置位置需要至少離吸音楔壁面 4 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 anechoicchamber 內部有效體積 4 0 x5 6x6 05 135 52m 3截止頻率 80Hz 4 346 80 4 1 08125m待測物最大體積 135 52 200 0 673 0 67 0 878m半圓球體積 4 3 r 3 2 4 3 2x0 878 3 2 11 33m 3自由音場區域 5 6 2 16 x 6 05 2 16 x 4 1 08 11 33 27 74m 3 測試物最大時 截止頻率較低時 聲音品質 SoundQuality 何謂音質 SoundQuality 傳統聲音量測方式 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 常發生的情況是 產品的噪音測試已合乎傳統量測標準 可是所得到的數據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HeadAcoustics聲學量測系統 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 FFT頻譜 快速傅立葉轉換 Loudness 響度值 ProminenceRatio 音調突出比 FluctuationStrength 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聲學公司及美國LarsonDavis公司所製作 由宏衛科技股份有限公司代理進口及系統維護 16位元仿真人頭量測系統 Digital16 bitHeadMeasurementSystem HMS III 移動式多通道分析儀 MobileSoundQualityLaboratory SQLabIISQLabII專用多通道模組 6ChannelmoduleforSQLabII DIC 61SQLabII專用輸出 輸入模組 Input OutputModuleforSQLabII EBU 20 可程式等化聲音回放系統 ProgrammableEqualizerplaybackSystem PEQ IVPEQ IV回放專用耳機 ElectronicHEADphone HA II 1 目前本公司所使用之量測系統如下 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心理聲學模組 ArtemisPsychoacousticsModule ATP02輸入信號處理模組 ArtemisSignatureModule ATP031 n八度音頻譜分析模組 ArtemisOctaveAnalysisModule ATP04進階分析模組 ArtemisAdvancedAnalysisModule ATP07 聲功率之麥克風陣列 G R A S 精密電容式麥克風 PrecisionCondenserMicrophone GRAS40AEICP電源前置放大器 ICPPowerPreamplifier TMS426C01 聲壓量測儀器精密電容式麥克風 HighSensitivityPrecisionCondenserMicrophone 2541低噪音麥克風前置放大器 LowNoiseMicrophonePreamplifier PRM 902第一級麥克風校正器 Class1MicrophoneCalibrator CAL 200整合式聲壓量測計 IntegratingSoundLevelMeter 824S 聲質量測設備簡介 ArtificialHeadHMS III SQLabII PEQ VI AnalysisArtemiS HemisphereMICarray SQLabII 聲功率量測設備簡介 AnalysisArtemiS 聲壓測設備簡介 LarsonDavis2541Microphone PRM902Preamplifier LarsonDavis824S LarsonDavisCAL200AcousticCalibrator 報告輸出方式 ArtemiS軟體內建功能 螢幕影像轉成JPEG BMP TIFF格式圖檔 勾選Destination功能中的EXCEL選項 以Excel格式輸出所得數據 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 空氣之質點速度 U U P C 1 C xPox COS k x ct N m2 N sec m3 m secNote 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 sec C 單位時間單位面積之通過質量 406rayls1rayls 1kg m2 sec 1N sec m3 聲強度 單位時間通過單位面積之聲波能量稱之 I PxU Po2 C x cos2 k x ct I P2rmsx 1 C Note U 空氣質點之速度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 假設距點音源 PointSoundSource r處 則聲場功率與聲場強度之關係為 I W 4 r2 W 4 r2 xI 4 r2 x P2rmsx 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 SoundPressureLevel LP 10log P2 Pr2 20log P Pr 聲強度位準 SoundIntensityLevel LI 10log I Ir 聲功率位準 SoundPowerlevel LW 10log W Wr Note Pr 2X10 5N m2 Ir 10 12Watt m2 Wr 10 12WattPr參考音壓之選定係根據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 5N m2爾後便以該值定為音壓位準之參考 聲壓 聲功率 聲強度之關係 在標準狀態 72 5 或22 5 時 C 406rayls I P2 C故I0 2X10 5 406 10 12Watt m2W0 I0 x1m2 10 12Watt聲壓與聲功率互換I0 10log I I0 10log P2 CI0 10log P2 P02 10log P02 CI0 LP 10logKNOTE 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 C 408 28 故K 408 28 4 x10 12 1 020710log 1 0207 0 08898dB因此LI LP 0 08898 所以LI LP 依據聲功率與聲強度之關係W SxI W0 I0 x1m2W 聲功率I 聲強度S 包圍點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域及頻域控制1 時域控制包含間隔取樣 連續取樣間隔取樣常為一般手持式聲壓計所使用 取樣形態有 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 衰減時間為1 5秒連續取樣取樣方式以Hz s表示 原因為其取樣數量極為龐大用於錄取完整之波形 常用之取樣數如下表所示 2 頻域控制目前一般人均使用十進位方式來計數 但電子儀器內部計算則是以二進位方式來計數 因此當二者在進行交換時 無可避免會出現許多小數 因此誤差也會跟者出現 為了減少十進位轉換二進位時產生的誤差 因此頻域分割上便直接使用二進位來計算 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 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 而是偏移到整數位 以使表示上較為方便 FrequencyBandWith Hz 5570891121411782242823554475627088911122141317782239281835484467562370798913112201413017780 6380100125160200250315400500630800100012501600200025003150400050006300800010000125001600020000 7089112141178224282355447562708891112214131778223928183548446756237079891311220141301778022390 Center Lower Upper 1 3octaveband 1 3八度音頻帶 63125250500100020004000800016000 1 1octaveband 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 10log P2 Po2 LP1 10log P12 P02 Lp2 10log P22 P02 TotalP Pt2 P12 P22LP 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易法則 分貝合成Ex1 L1 36dBL2 32dB Lcomb 36 1 37EX2 L1 50dBL2 40dB Lcomb 50 0 50 分貝相減Ex1 Lcomb 38dBL1 36dBLcomb L1 2dB查上表L2 Lcomb 5 33dB 加權網絡 WeightNetworks D 加權 D Weight 測校飛機噪音專用 C 加灌 C Weight 主要用以校正85dB以上之聲壓位準 加權網絡乃針對各種頻率之噪音聲壓位準主觀地評估其對人耳所感受之衝擊 加權曲線可分為 B 加權 B Weight 主要用以校正55dB 85dB之聲壓位準 A 加權 A Weight 用以處理55dB以下之聲壓位準 乃為最常用的一種加權 表示法為dB A 此種加權直接校正壓位準與人耳聽覺之差異 F 加灌 Flat Weight 不使用任何加權 用於觀測實際音壓之分佈情況 人耳構造圖 EqualLoudnessContours 人耳聽覺感受圖 EqualLoudnessContours 小聽骨 鐙骨 的振動使得卵圓窗來回運動 因此振動了耳蝸內的淋巴液 這造成了基底膜上下移動基底膜的上下移動造成附近的耳蝸部份隨時間而擺動 耳蝸內的振動會由卵圓窗進入上通道繞過耳蝸尖端後進入下通道使得下通道同步振動 接著振動便會傳至圓窗然後離開耳蝸 不同區段的基底膜會有不同的共振頻率 這會造成某特別頻率的最大位移 因此可以區分不同的頻率 等響度曲線 EqualLoudnessContours 響度的單位為 Sone 其基本定義為 純音1000Hz發出40dB聲壓位準之響度稱為1sone 對於多種頻率複合之噪音 以人耳聽覺之比較特性來表示之響度計算方法 係由St