无响室与声音品质介绍与应用课件

1、无响室与声音品质介绍与应用,無響室與聲音品質,Semi-anechoic chamber 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,无响室与声音品质介绍与应用,室內使用空間 : 麥克風放置位置需要至少離吸音楔 壁面/4 (:

2、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,无响室与声音品质介绍与应用,semi-anechoic chamber: 內部有效體積 : 4.0 x 5.6 x 6.05 = 135.52 m3 截止頻率 = 80 Hz /4= (346 / 80) / 4 = 1.08125 m 待測物最大體積 = 135.52 / 200 = 0.67 30.67 = 0.878 m 半圓球體積=(4/3r3)/2 (4/3 (2x0.878)3)/2 =11.33 m3 自由音場

3、區域: (5.6-2.16)x(6.05-2.16)x(4-1.08)-11.33 =27.74m3 .測試物最大時,截止頻率較低時,无响室与声音品质介绍与应用,聲音品質,Sound Quality,无响室与声音品质介绍与应用,何謂音質(Sound Quality),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

4、 心來解決問題,无响室与声音品质介绍与应用,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,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(快速傅立葉轉換) Loudness(響度值) Prominence Ratio (音調突出比) 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,无响室与声音品

5、质介绍与应用,本公司所使用之測試儀器為德國Head聲學公司及美國Larson Davis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 (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-

6、20 可程式等化聲音回放系統(Programmable 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如下,无响室与声音品质介绍与应用,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

7、入信號處理模組(Artemis Signature Module) : ATP03 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

8、Precision Condenser Microphone ) : 2541 低噪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,无响室与声音品质介绍与应用,聲質量測設備簡介,Artificial Head HMS-III,SQLab II,PEQ-VI,Analysis ArtemiS,无响室与声音品质介绍与应用,Hemis

9、phere MIC array,SQLab II,聲功率量測設備簡介,Analysis ArtemiS,无响室与声音品质介绍与应用,聲壓測設備簡介,Larson Davis 2541 Microphone + PRM902 Preamplifier,Larson Davis 824 S,Larson Davis CAL200 Acoustic Calibrator,无响室与声音品质介绍与应用,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Destinat

10、ion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,无响室与声音品质介绍与应用,空氣之質點速度:U,U = P/C =(1/C) x Po x COS(k(x-ct) =(N/m2)/(N.sec/m3)=m/sec Note : F=maN=Kg x (m/sec2) P:聲壓=N/m2 :空氣密度=1.18kg/m3 C: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=406rayls 1 rayls = 1 kg/m2.sec = 1 N.sec/m3,无响室与声音品质介绍与应用,聲強度,單位時間通

11、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(Point Sound Source) r處 ,則聲場功率與聲場強度之關係為: I = W / (4r2) W= (4r2) x I = (4r2) x(P2rms x (1/C,无响室与声音品质介绍与应用,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

12、/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 2X10-5 N/m2 爾後便以該值定為音壓位準之參考,无响室与声音品质介绍与应用,聲壓,聲功率,聲強度之關係,在標準狀態(72.5 ,或22.5 )時,C=40

13、6rayls。 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 K= (CI0)/P02=(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

14、)=0.08898 dB 因此 LI=LP-0.08898 所以 LILP,无响室与声音品质介绍与应用,依據聲功率與聲強度之關係 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+LP,无响室与声音品质介绍与应用,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

15、: 125ms 每1/8秒取樣一次 Impulse: 35ms ,decay1500ms 每7/200秒取樣一次 , (Peak hold) 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,无响室与声音品质介绍与应用,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-S

16、i-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 2 1/n 來切割 ,闢如吾人最常使用的1/3八度音頻譜 , 就是以 2 1/3 =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,无响室与声音品质介绍与应用,Frequency BandWith (Hz,55 70 89 112 141 178 224 282 355 447 562 708 891 1

17、122 1413 1778 2239 2818 3548 4467 5623 7079 8913 11220 14130 17780,63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 8000 10000 12500 16000 20000,70 89 112 141 178 224 282 355 447 562 708 891 1122 1413 1778 2239 2818 3548 4467 5623 7079 8913 11220 14130 17780

18、 22390,Center,Lower,Upper,1/3 octave band (1/3八度音頻帶,63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000,1/1 octave band (八度音頻帶,Center,无响室与声音品质介绍与应用,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 log(P22/P02) Total P Pt2=P12+P22 LP=10 log(P12+P22)/P02 =10 log(

19、Pt2/P02) LP = 10 log(10(LP1/10)+10(LP2/10,无响室与声音品质介绍与应用,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 37 EX2: L1=50dB L2=40dB Lcomb=50+0 50,分貝相減 Ex1: Lcomb=38 dB L1=36 dB Lcomb - L1=2dB 查上表 L2= Lcomb -5 33dB,无响室与声音品质介绍与应用,加權網絡(Weight Networks,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

20、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55dB85dB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,无响室与声音品质介绍与应用,人耳構造圖(Equal Loudness Contours,无响室与声音品质介绍与应用,人耳聽覺感受圖(Equal Loudness Contours,小聽骨(鐙骨)的振動

21、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,无响室与声音品质介绍与应用,等響度曲線(Equal Loudness Contours,无响室与声音品质介绍与应用,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1 sone . 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Steven與Zwicker所開發,因複合噪音中的一成分噪音對其他成分噪音會造成聽力閾值增高。因此二者的方法均將複合噪音遮蔽作用列入考慮。 (1) Steven Mothed : N St=Smx (1-F) + F Sj Note: St:複合噪音之總響度 j=1 Sm:響度指標之最大數值 F:頻帶校正係數 , 1/1八度音頻