CN104034970B - 一种基于电脑声卡的声级测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于电脑声卡的声级测量方法，包括参数初始化、采样、数据处理、实时动态定量分析、显示测量结果5个步骤，最后得到时‑幅波形、频‑幅波形，以及采样时间段的声级‑时间曲线。该方法具有比传统传统声级计更丰富的功能，比如数据记录存储，对噪声的实时动态定量分析，数据的图形显示等；也可根据需要方便地修改、扩充功能；降低用户购买仪器费用和维护保养费用。

Description

一种基于电脑声卡的声级测量方法

技术领域

本发明涉及一种噪音声级测量方法，特别是涉及一种基于电脑声卡的声级测量方法，属于测量与仪器领域。

背景技术

声级计是声学测量中最基本、最常用的测量仪器。然而，普通声级计单独使用时有着诸多的局限性，比如，只能进行各种计权下的关于声压级的测量，需要外接记录器以存储数据，数字显示位数不多，频率分辨率不高，等等。更没有噪声的实时动态定量分析、实时曲线显示和长时间连续记录等其他功能。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于电脑声卡的声级测量方法，该方法通过采集噪音信号，经过快速傅里叶变换、计权运算等一系列处理，得到高分辨率声压级量值，可以存储噪音信号数据，实现对噪声的实时动态定量分析、曲线图形显示和长时间连续记录等其他功能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种基于电脑声卡的声级测量方法，其步骤如下：

1. 参数初始化：初始化的参数包括采样频率、采样持续时间、校准数值，设置单个样本的采样时长，同时，噪音信号值复位。

2. 采样，该步骤具体为：

2.1 为声卡创建模拟信号输入对象。

2.2 设置信号通道：增加左声道和右声道作为信号通道。

2.3 配置属性值：给声卡的基本设置属性赋值，包括：设置采样频率为初始化参数值、每个触发器的样本数据量（等于单个样本的采样时长*采样频率）、触发器类型为人工方式、开始时间、采样的样本个数（取小于或等于采样持续时间除以单个样本的采样时长的整数），并且创建用于后续分析的两个变量，其数值分别等于每个触发器的样本数据量、采样频率。检索实际采样率，因为它可能被引擎设置成为不同于指定值的另一值，采样持续时间除以单个样本的采样时长计算得采样的样本个数。

2.4 获取数据：对于每一个样本，由启动模拟信号输入对象，发出一个人工触发器，从把模拟量转换成数字量的转换器提取所有数据，得到数字化的反映传声器振动的电平信号时间系列数据，即时-幅数据；例如从左声道和右声道提取数据，得到数字化的反映传声器振动的电平信号时间系列数据。在触发器发出之前，应该已经开始发出噪音信号至传声器并输送至声卡。

3. 数据处理：将采集到的时-幅数据先通过快速离散傅里叶变换，转换为频-幅数据，以展现其规律性，然后通过各频率增益值的计权计算，得到噪音的各频率成分的分贝值。再求各频率成分的分贝值的算术平均值，得到一个总分贝值，结合参数初始化时给定的校准数值，作为噪音声级读数。

4. 根据步骤3得到的噪音声级读数，对噪声进行实时动态定量分析，得到声级-时间数据。

5.显示测量结果，用图形显示样本的时-幅波形、频-幅波形，以及采样时间段的声级-时间曲线。

本发明的有益效果是：本发明由外部传声器采集噪声信号，送入电脑声卡，经过采样和转换，电平信号变为数值量，经过快速傅里叶变换等一系列处理，实现对噪音测量、频谱分析、图形显示和数据存储等功能。该方法不仅具有比传统声级计更丰富的功能，比如数据记录存储，对噪声的实时动态定量分析，数据的图形显示等；也可根据需要方便地修改、扩充功能；降低了用户购买仪器费用和维护保养费用。

附图说明

图1是一个样本的时-幅波形图；

图2是一个样本的频-幅波形图；

图3是采样时间段的声级-时间曲线。

具体实施方式

下面以应用于工业机器噪音测量的基于电脑声卡的声级测量方法为例，结合图1至图3进一步说明本发明。

本发明的一种基于电脑声卡的声级测量方法，其步骤如下：

1. 参数初始化：初始化的参数包括采样频率（8000Hz）、采样持续时间（15Sec）、校准数值（0dB），设置单个样本的采样时长（5Sec），同时，噪音信号值复位。

2. 采样，由下面几个分步骤组成。

2.1 创建一个设备对象：为声卡创建模拟信号输入对象。

2.2 设置信号通道：增加左声道和右声道作为信号通道。

2.3 配置属性值：给声卡的基本设置属性赋值，包括：设置采样频率为初始化参数值8000Hz、每个触发器的样本数据量（等于单个样本的采样时长*采样频率=5*8000）、触发器类型为人工方式、开始时间、采样的样本个数（取小于或等于采样持续时间除以单个样本的采样时长的整数=15/3），并且创建用于后续分析的两个变量，其数值分别等于每个触发器的样本数据量、采样频率。检索实际采样率，因为它可能被引擎设置成为不同于指定值的另一值。

2.4 获取数据：对于每一个样本，启动模拟信号输入对象，发出一个人工触发器，从把模拟量转换成数字量的转换器提取所有数据，得到数字化的反映传声器振动的电平信号时间系列数据，即时-幅数据；例如从左声道和右声道提取数据，得到数字化的反映传声器振动的电平信号时间系列数据。在触发器发出之前，应该已经开始发出噪音信号至传声器并输送至声卡。

3. 数据处理，具体为：

3.1 快速傅里叶变换。

前一分步骤获取的是表现声音强弱随时间变化过程特性的数据，这种时-幅数据中，无法看出噪声的频率规律。为了能够对噪声进行频域定量分析，把时-幅数据转化成频-幅数据，以展现其规律性。数据转化通过快速离散傅里叶变换完成。

3.2 计权运算。

对经过快速离散富立叶变换的数据，进行各频率增益值的A计权计算，得到噪音的分贝值。

由于人体听觉对噪音信号强弱刺激反应不是线形的，而是成对数比例关系，所以采用分贝来表达声级值。为了能够使测量值反映人的主观响度感觉评价量，在声级测量中采用一种叫计权网络的特殊滤波器，当含有各种频率的信号通过时，对不同频率成分实施不同程度的衰减。例如，本发明采用A计权声级，模拟人耳对55dB以下低强度噪声的频率特性。

3.3算术平均值计算。

对前一分步骤计算得到的各频率成分的分贝值，计算算术平均值，得到一个总分贝值，结合校准数值，作为噪音声级读数。

4. 根据步骤3得到的噪音声级读数，对噪声进行实时动态定量分析，寻找最大声级值，及其出现的频率，得到声级-时间数据。

5.显示测量结果数值，用图形显示样本的时-幅波形，如图1所示、频-幅波形，如图2所示、以及长度为300秒采样时间段的声级-时间曲线，如图3所示。

Claims (1)

1.一种基于电脑声卡的声级测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）参数初始化：初始化的参数包括采样频率、采样持续时间、校准数值，设置单个样本的采样时长，同时，噪音信号值复位；

（2）采样，该步骤具体为：

（2.1）为声卡创建模拟信号输入对象；

（2.2）设置信号通道：增加左声道和右声道作为信号通道；

（2.3）配置属性值：给声卡的基本设置属性赋值，包括：设置采样频率为初始化参数值；设置每个触发器的样本数据量为单个样本的采样时长×采样频率；设置触发器类型为人工方式；设置开始时间；设置采样的样本个数取小于或等于采样持续时间除以单个样本的采样时长的整数；并且创建用于后续分析的两个变量，其数值分别等于每个触发器的样本数据量和采样频率；

（2.4）获取数据：对于每一个样本，启动模拟信号输入对象，发出一个人工触发器，提取所有数据，得到数字化的反映传声器振动的电平信号时间系列数据，即时-幅数据；

（3）数据处理：将采集到的时-幅数据先通过快速离散傅里叶变换，转换为频-幅数据；然后将频-幅数据，通过各频率增益值的计权计算，得到噪音的各频率成分的分贝值；再求各频率成分的分贝值的算术平均值，得到一个总分贝值，结合参数初始化时给定的校准数值，作为噪音声级读数；

（4）根据步骤3得到的噪音声级读数，对噪声进行实时动态定量分析，得到声级-时间数据；

（5）显示测量结果，用图形显示样本的时-幅波形、频-幅波形，以及采样时间段的声级-时间曲线。