CN103542927A

CN103542927A - 一种家用式噪声监测方法及监测系统

Info

Publication number: CN103542927A
Application number: CN201310461308.1A
Authority: CN
Inventors: 蔡铭; 罗鹏; 马侠霖
Original assignee: Sun Yat Sen University
Current assignee: Sun Yat Sen University
Priority date: 2013-09-29
Filing date: 2013-09-29
Publication date: 2014-01-29

Abstract

本发明涉及噪声监测的技术领域，具体公开了一种家用式噪声监测方法及监测系统。本发明利用现有的家庭电子设备，在家庭电子设备前添加前端测声装置收集噪声数据，并将获取噪声数据的在家庭电子设备上处理，在无需高成本硬件设备支持的前提下，仍可准确快速的获取室内的噪声情况。其中测声装置收集的噪声数据每秒不少于44100个，以保证频谱计算的准确性和完整性。

Description

一种家用式噪声监测方法及监测系统

技术领域

本发明涉及噪声监测的技术领域，更具体地，涉及一种家用式噪声监测方法及监测系统。

背景技术

噪声，指的是影响人们正常生活作息的声音。随着经济的不断增长，城市化进程的不断加快，噪声污染也越来越严重。城市噪声来源大体分为四类：交通噪声、工业噪声、施工噪声和社会生活噪声。

噪声污染对人体健康和生活工作都具有严重的影响作用，这种作用对于老人、病人效果更为显著。对于人体健康，噪声污染会引起视觉功能下降、中枢神经功能性障碍，强噪声会使人体神经紧张，引发心跳过速、心律不齐、血压升高等症状，还会引起消化不良及食欲不振等负面影响；对于生活工作，40dB～45dB的噪声刺激就能影响人们的正常睡眠，对于突发噪声，40dB的噪声即可让10%的人从睡眠中惊醒，60dB的噪声则使70%的人惊醒，噪声污染还会使作业者感到心情烦躁、神经紧张、注意力不集中、身心疲劳等。

对于家庭用户，获取室内噪声污染水平的方法相当有限，最普遍的做法就是使用便携式噪声仪在室内进行测量，但便携式噪声仪造价非常昂贵，如测量标准符合GB/T3785.1-20102级的爱华AWA5680型噪声仪的价格就高达3000元～4000元，而一些测量更为精密的噪声仪则高达数万元，这对于普通家庭用户消费来说是不合理的。如今，个人PC机已深入到每家每户，据统计，在中国部分城市，每百户市民家庭电脑拥有量就高达82.1台，绝大部分的电脑都集成了声卡模块，可用于声信号处理。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷（不足），提供一种成本低的家用式噪声监测方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种家用式噪声监测方法，采用测声装置收集噪声数据，每秒数据不少于M个，M=44100，并输入到PC机或手持设备，PC机或手持设备对采集到的噪声数据进行处理获取其噪声值并显示，其具体处理过程为：

确定等效噪声计算时长T，以测声装置t时间内采集的噪声数据为一组数据，对t时间内的噪声数据进行傅里叶变换计算，获得噪声数据的第k个频率的数值X(k)，

X (k) = Σ_{n = 0}^{N - 1} x (n) W_{N}^{- nk}

其中，W_N=exp(-j2π/N)，N为t时间内收集的噪声数据个数，x(n)为该组数据的第n个数据；k为离散傅里叶变换后的对应的频率值，k的取值范围为0～22050，取值间隔为1/t；X(k)为经过傅里叶变换FFT的第k个频率的数值；

求取第k个频率下的声压级L(k)，L(k)=10log|X(k)|；

以t时间为时间间隔，计算瞬时声压级L，

根据等效噪声计算时长T计算等效声压级L_eq，把该时长内的瞬时声压级按照能量叠加的原则进行累计，

本噪声监测方法主要是家用式，采用现在家庭广泛使用的家用PC机或手持设备作为中央处理器，只需要添加一个前端的测声装置即可，这样可以显著降低其监测成本。测声装置收集的噪声数据每秒不少于44100个，以保证频谱计算的准确性和完整性。PC机或手持设备采用傅里叶变换处理测声装置收集的噪声数据，在无需高成本硬件设备支持的前提下，仍可准确快速的获取室内的噪声情况。将获取的噪声值显示在PC机或手持设备上，更直观准确。

更进一步的，所述PC机或手持设备对采集到的噪声模拟信号进行处理的过程还包括：根据获取的声压级L(k)及频率k生成噪声频谱图，其中以频率k为横坐标，以声压级L(k)为纵坐标生成噪声频谱图，采用噪声频谱图显示更直观。

在PC机或手持设备上建立有各种显示单元，包括频谱图显示单元、瞬时噪声值显示单元和等效噪声值显示单元；同时还建立有各种操作按键，包括有开始按键、结果导出按键和等效时长选择按键。

用户使用该监测方法时，通过等效时长选择按键确定等效噪声计算的时长，选择开始键，则PC机或手持设备开始对收集的噪声数据进行处理，按下结果导出键，则PC机或手持设备将当前的处理结果以TXT文档的形式输出。

更进一步的，所述测声装置为麦克风，麦克风通过I/O接口、USB接口或无线接口将采集的噪声信号输入到PC机或手持设备；所述PC机或手持设备配置有声卡。麦克风为家用式电脑麦克风，麦克风采用各种方式与PC机或手持设备连接，能够适应不同接口配置的PC机或手持设备，且方便将麦克风伸展到室内各处，以获取室内任意地方的噪声值。

上述PC机或手持设备上的操作系统可以为Windows XP/vista/7等，以保证软件的正常运行。

更进一步的，所述t时间中t的范围为0.3S-1.3S。

更进一步的，所述t时间中t的范围为1S。

更进一步的，所述等效噪声计算时长T为1min，10min，30min或1h。

本发明的又一目的是提出一种应用所述的家用式噪声监测方法的监测系统，包括：

用于收集噪声数据的测声装置，该测声装置的采样率至少为44.1kHz；

用于处理并显示噪声数据的PC机或手持设备；

所述PC机或手持设备处理噪声数据的具体过程为：

X (k) = Σ_{n = 0}^{N - 1} x (n) W_{N}^{- nk}

其中，W_N=exp(-j2π/N)，N为t时间内收集的噪声数据个数，x(n)为该组数据的第n个数据；k为离散傅里叶变换后的对应的频率值，k的取值范围为0到采样频率值的1/2，取值间隔为1/t；X(k)为经过傅里叶变换FFT的第k个频率的数值；

求取第k个频率下的声压级L(k)，L(k)=10log|X(k)|；

以t时间为时间间隔，计算瞬时声压级L，

为获取室内声场数据，充分利用家庭电子设备，只需添加前端测声装置收集噪声数据，并将获取噪声数据的在家庭电子设备上处理，便可获得准确的室内噪声值，采用该监测系统可以使室内噪声监测费用大大降低。

更进一步的，所述测声装置为麦克风，麦克风通过I/O接口、USB接口或无线接口将采集的噪声信号输入到PC机或手持设备；所述PC机或手持设备配置有声卡。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：为获取室内声场数据，充分利用家庭电子设备，只需添加前端测声装置收集噪声数据，并将获取噪声数据的在家庭电子设备上处理，在无需高成本硬件设备支持的前提下，仍可准确快速的获取室内的噪声情况。其中测声装置收集的噪声数据每秒不少于44100个，以保证频谱计算的准确性和完整性。

附图说明

图1为本发明的家用式噪声监测方法的流程图。

图2为本发明家用式噪声监测系统显示界面图。

图3为本发明家用式噪声监测系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1，一种家用式噪声监测方法，采用测声装置收集噪声数据，每秒数据不少于M个，M=44100，并输入到PC机或手持设备，PC机或手持设备对采集到的噪声数据进行处理获取其噪声值并显示，其具体处理过程为：

确定等效噪声计算时长为1min，以测声装置每秒时间采集的噪声数据为一组数据，对每秒时间内的噪声数据进行傅里叶变换计算，获得噪声数据的第k个频率的数值X(k)，

X (k) = Σ_{n = 0}^{N - 1} x (n) W_{N}^{- nk}

其中，W_N=exp(-j2π/N)，N为每秒内收集的噪声数据个数，x(n)为该组数据的第n个数据；k为离散傅里叶变换后的对应的频率值，k的取值范围为0～22050，取值间隔为1Hz；X(k)为经过傅里叶变换FFT的第k个频率的数值；

求取第k个频率下的声压级L(k)，L(k)=10log|X(k)|；

根据获取的声压级L(k)及频率k生成噪声频谱图，其中以频率k为横坐标，以声压级L(k)为纵坐标生成噪声频谱图，如图2的噪声频谱图，该噪声频谱图的数据每隔1S更新一次。

以1S为时间间隔，计算瞬时声压级L，

把计算得到的瞬时声压级结果显示在如图2的界面上，其数据每隔1S更新一次。

根据等效噪声计算时长计算等效声压级L_eq，把该时长内的瞬时声压级按照能量叠加的原则进行累计，把计算的结果显示在如图2所示的界面上，数据每隔一个时长更新一次。

在本实施例中，测声装置采用家用式电脑麦克风，并通过无线连接方式连接PC机，在PC机界面上显示如图2，包括频谱图显示、瞬时噪声值显示和等效噪声值显示；同时还有各种操作按键，包括有开始按键、结果导出按键和等效时长选择按键。

在具体使用时，PC机的操作系统可以为Windows XP/vista/7等，以保证软件的正常运行。

实施例2

如图3所示，一种应用所述的家用式噪声监测方法的监测系统，包括：

用于收集噪声数据的测声装置1，该测声装置1的采样率至少为44.1kHz；

用于处理并显示噪声数据的PC机或手持设备2；在本实施例中采用手持设备来处理显示噪声数据。

手持设备处理噪声数据的具体过程为：

确定等效噪声计算时长为10min，以测声装置1在0.5S内采集的噪声数据为一组数据，对0.5S内的噪声数据进行傅里叶变换计算，获得噪声数据的第k个频率的数值X(k)，

X (k) = Σ_{n = 0}^{N - 1} x (n) W_{N}^{- nk}

其中，W_N=exp(-j2π/N)，N为t时间内收集的噪声数据个数，x(n)为该组数据的第n个数据；k为离散傅里叶变换后的对应的频率值，k的取值范围为0～采样频率值的1/2，取值间隔为2Hz；X(k)为经过傅里叶变换FFT的第k个频率的数值；

求取第k个频率下的声压级L(k)，L(k)=10log|X(k)|；

以0.5S为时间间隔，计算瞬时声压级L，

根据等效噪声计算时长30min计算等效声压级L_eq，把该时长30min内的瞬时声压级按照能量叠加的原则进行累计，

在本实施例中，测声装置采用家用式麦克风，并通过I/O接口与手持设备连接。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种家用式噪声监测方法，其特征在于，采用测声装置收集噪声数据，每秒数据不少于M个，M=44100，并输入到PC机或手持设备，PC机或手持设备对采集到的噪声数据进行处理获取其噪声值并显示，其具体处理过程为：

确定等效噪声计算时长T，以测声装置t时间内采集的噪声数据为一组数据，对t时间内的噪声数据进行离散傅里叶变换计算，获得噪声数据的第k个频率的数值X(k)，

X (k) = Σ_{n = 0}^{N - 1} x (n) W_{N}^{- nk}

其中，W_N=exp(-j2π/N)，N为t时间内收集的噪声数据个数，x(n)为该组数据的第n个数据；k为离散傅里叶变换后的对应的频率值，k的取值范围为0～M/2，取值间隔为1/t；X(k)为经过傅里叶变换FFT的第k个频率的数值；

根据X(k)数值的模求取第k个频率下的声压级L(k)，L(k)=10log|X(k)|；

以t时间为时间间隔，计算瞬时声压级L，

2.根据权利要求1所述的家用式噪声监测方法，其特征在于，所述PC机或手持设备对采集到的噪声模拟信号进行处理的过程还包括：根据获取的声压级L(k)及频率k生成噪声频谱图。

3.根据权利要求1或2所述的家用式噪声监测方法，其特征在于，所述测声装置为麦克风，麦克风通过I/O接口、USB接口或无线接口将采集的噪声信号输入到PC机或手持设备；所述PC机或手持设备配置有声卡。

4.根据权利要求1或2所述的家用式噪声监测方法，其特征在于，所述t时间中t的范围为0.3S-1.3S。

5.根据权利要求4所述的家用式噪声监测方法，其特征在于，所述t时间中t的范围为1S。

6.根据权利要求1或2所述的家用式噪声监测方法，其特征在于，所述等效噪声计算时长T为1min，10min，30min或1h。

7.一种应用权利要求1至6任一项所述的家用式噪声监测方法的监测系统，包括：

用于处理并显示噪声数据的PC机或手持设备；

所述PC机或手持设备处理噪声数据的具体过程为：

X (k) = Σ_{n = 0}^{N - 1} x (n) W_{N}^{- nk}

其中，W_N=exp(-j2π/N)，N为t时间内收集的噪声数据个数，x(n)为该组数据的第n个数据；k为离散傅里叶变换后的对应的频率值，k的取值范围为0～采样频率值的1/2，取值间隔为1/t；X(k)为经过傅里叶变换FFT的第k个频率的数值；

求取第k个频率下的声压级L(k)，L(k)=10log|X(k)|；

以t时间为时间间隔，计算瞬时声压级L，

8.根据权利要求7所述的监测系统，其特征在于，所述测声装置为麦克风，麦克风通过I/O接口、USB接口或无线接口将采集的噪声信号输入到PC机或手持设备；所述PC机或手持设备配置有声卡。