CN114220411A - 一种可剔除稳态干扰声音的声级计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可剔除稳态干扰声音的声级计，包括壳体，壳体中设置有传声器、前置放大器、A/D转换器、存储器、声音分离模块、衰减器、放大器、频率计权器、检波器、声音通道、蓄电池；壳体上设置有显示屏、控制按钮，壳体中还设置有控制器，传声器、前置放大器、A/D转换器、存储器、声音分离模块、声音通道、声音合成模块、衰减器、放大器、频率计权器、检波器分别与控制器控制连接；显示屏、控制按钮分别与控制器电性连接；壳体上设置有为蓄电池充电的充电口；对混合声音信号分离成声音单元的同时能够将稳态干扰噪声从声级计获取的混合声音信号中分离出来，避免干扰噪声对声环境监测造成干扰。

Description

一种可剔除稳态干扰声音的声级计

技术领域

本发明属于噪音测量技术领域，尤其涉及一种可剔除稳态干扰声音的声级计。

背景技术

声级计是最基本的噪声测量仪器，它是一种电子仪器，但又不同于电压表等客观电子仪表。在把声音信号转换成电信号时，可以模拟人耳对声波反应速度的时间特性；有不同灵敏度的特性以及不同响度时改变特性的强度特性。声级计是一种主观性的电子仪器。

现有技术中声级计一般包括传声器、前置放大器、衰减器、放大器、频率计权网络、检波器以及显示屏、存储器、微控制器、电源等组成。其基本工作原理是：传声器将声音信息传递给转换器，转换器将声音信号转换成电信号，再由前置放大器变换阻抗，使传声器与衰减器匹配。放大器将输出信号加入到频率计权网络，对信号进行频率计权，然后再经衰减器及放大器将信号放大到一定的幅值，送到有效值检波器，在指示表头上给出噪声声级的数值。

在开展公路环境监测时，经常会遇到监测点位周边存在行人说话、鸟叫、蝉鸣等稳态干扰因素导致监测数据失真的情形，尤其是蝉鸣，从每年的6月份持续到10月份，持续时间长达数月，而且公路沿线树高林密，白天蝉鸣此起彼伏，持续鸣叫，几无间断。现有的声级计可以剔除检测期间的突发性噪声，但不能剔除稳态干扰噪声。因此在存在上述干扰因素时，采用现有的声级计采集到的监测数据存在显著失真，不能作为有效监测结果使用，严重影响监测数据的准确性及监测工作进度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可剔除稳态干扰声音的声级计，以解决现有技术中的声级计不能剔除稳态干扰噪声导致采集到的检测数据存在失真的情况。

为实现上述目的，本发明的一种可剔除稳态干扰声音的声级计所采用的技术方案是：

一种可剔除稳态干扰声音的声级计，包括：

壳体；

壳体中设置有传声器、前置放大器、A/D转换器、存储器、声音分离模块、检波器、声音通道、声音合成模块、衰减器、放大器、频率计权器；

传声器用于采集声音；

前置放大器用于对传声器采集到的声音进行放大；

A/D转换器用于将前置放大器放大后的声音信号转换成数字信号；

存储器中存储有多种声音样本；

声音分离模块用于将A/D转换器转换后的数字信号进行滤波处理，并与存储器中存储的多种声音样本进行比对，将声音分离成与存储器中声音样本对应的声音单元；

声音单元存储在存储器中；

声音通道用于将声音单元显示在显示屏上；

声音合成模块用于声音单元的合成；

衰减器与放大器用于合成声音的数字信号进行调整；

频率计权器用于对合成声音的数字信号划分不同声级；

壳体上设置有显示屏、控制按钮；

壳体中还设置有控制器；

所述传声器、前置放大器、A/D转换器、存储器、声音分离模块、检波器、声音通道、声音合成模块、衰减器、放大器、频率计权器分别与控制器控制连接；

所述显示屏、控制按钮分别与控制器控制连接；

蓄电池：设置在壳体中，蓄电池所述与控制器电连接，用于为控制器供电；

壳体上设置有为蓄电池充电的充电口。

有益效果：本发明的声级计能够在开展环境监测时，将采集到的混合声音信号中的行人说话声音、鸟叫、蝉鸣等混杂在一起的声音进行一一分离形成声音单元，从而在对混合声音信号分离成声音单元的同时能够将稳态干扰噪声从监测到的混合声音信号中分离出来，避免干扰噪声对声环境监测结果造成干扰，通过声音通道对声音单元进行筛选，然后通过声音合成模块将保留的声音单元进行合成，然后对合成声音经过衰减器和放大器的调整，使合成声音能够与频率计权器匹配，使频率计权器对合成声音（去除掉干扰音的混合声音）进行频率计权，并将结果显示在显示屏上；保证声级计采集到的监测数据的真实有效性和准确性，保证监测工作的具有较高的效率。

进一步的，还包括D/A转换器和扬声器，D/A转换器用于将声音通道中的数字信号转换为声音信号，扬声器用于对D/A转换器转换后的声音信号进行播放，D/A转换器、扬声器分别与控制器控制连接。

有益效果：D/A转换器和扬声器的设置能够进一步保证对分离出来的声音单元进行试听，以便于在试听基础上删除声级计采集到的混合声音信号中混杂的干扰声。

所述传声器设置在壳体的上方且突出壳体设置。

有益效果：能够方便传声器更好的收集声音。

所述传声器端部套设有吸音棉。

有益效果：保证传声器具有较佳的收声效果。

所述控制器为单片机。

有益效果：将单片机作为声级计的控制器经济实用。

附图说明

图1是本发明的一种可剔除稳态干扰声音的声级计的控制器与各个组成部件的连接结构示意图；

图2是本发明的一种可剔除稳态干扰声音的声级计的逻辑框图；

图3是本发明的一种可剔除稳态干扰声音的声级计的显示界面；

图4是本发明的一种可剔除稳态干扰声音的声级计操作时的显示界面；

图5是本发明的一种可剔除稳态干扰声音的声级计的结构示意图。

附图标记：1-壳体；2-吸音棉；3-显示屏；4-扬声器；5-控制按钮。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明的一种可剔除稳态干扰声音的声级计作进一步详细描述：

如图1、图2、图5所示，本发明的一种可剔除稳态干扰声音的声级计包括长方体状的壳体1，壳体1中设置有传声器，本实施例中，传声器用来采集声音。为了便于传声器采集声音，传声器设置在壳体1的顶部且突出壳体1设置，传声器的远离壳体1的一端为球状体，且球状体上罩设有吸音棉2，以使传声器具有较佳的收音效果。本实施例中，传声器为电容式传声器，其型号为RODE NT55。

在壳体1的前侧从上至下依次设置有显示屏3、扬声器4、控制按钮5，控制按钮5包括用来控制声级计启停的开关按钮、用来对声音通道进行选择的上移、下移、左移、右移、确定等按钮。

壳体1中设置有前置放大器，前置放大器用来对传声器采集到的混合声音信号进行放大，放大器的型号为SXO-4Q。

壳体1中设置有A/D转换器，A/D转换器用来将前置放大器放大后的混合声音信号转换成数字信号。

壳体1中设置有存储器，存储器中存储有多种声音样本，本实施例中，多种声音样本包括鸟鸣、蝉鸣、人说话的声音等，并且多种声音样本以数字信号的形式存储在存储器中。

壳体1中设置有声音分离模块，声音分离模块用于将A/D转换器转换后的数字信号进行滤波处理，并将采集的混合声音与存储器中的声音样本进行比对，将声音分离成与存储器中声音样本对应的声音单元，声音单元存储在存储器中。本发明中的声音分离模块为现有技术，如授权公告号为CN100585701C所述的混合声音分离装置，在此不再详述。

如图3和图4所示，壳体1中设置有多个声音通道，声音通道设置在显示屏上，在控制器的控制作用下，声音通道用于直观显示经过声音分离模块分离后的多种声音单元。不仅如此，声音通道能够对声音单元进行筛选，具体的，当单击声音通道操作按钮时，显示屏上弹出“试听”和“屏蔽”两个次级按钮，点击“试听”按钮时，可以试听该通道声音，点击“屏蔽”按钮时，可以屏蔽该通道声音，声音通道被屏蔽后不再参与后续流程的声级计算。

壳体1中设置有D/A转换器，D/A转换器用来将声音通道中的声音单元的数字信号转换为声音信号，为声音通道中的声音单元的播放提供条件。

壳体中还设置有扬声器，在控制器作用下，当点击“试听”按钮时，经过D/A转换器的声音单元通过扬声器进行播放，通过对声音单元进行播放，判断声音单元中是否属于干扰音，若判断声音单元属于干扰音，则通过点击屏蔽按钮将该声音单元屏蔽。

壳体中设置有声音合成模块，声音合成模块用于对经过声音通道筛选后的声音单元进行合成，本实施例中，声音合成模块用于对保留的声音单元进行合成，合成后的合成声音的数字信号存储在存储器中；声音合成模块为现有技术，在此不再赘述。

壳体1中设置有衰减器与放大器，衰减器与放大器能够对合成声音的数字信号进行调整，例如对频率计权器没法辨别的数字信号进行放大，对超过频率计权器参考的数字信号进行衰减，以方便频率计权器对声音的数字信号进行处理，衰减器的型号为MAATCC0005，放大器的型号为BUF602。

壳体1中设置有频率计权器，频率计权器用来对经过衰减器与放大器调整后的合成声音的数字信号划分不同声级。本实施例中，声级计中常见的频率计权器（频率计权网络）有A、B、C、D四种标准计权网络：A网络是模拟人耳对55dB以下低强度噪声（即对等响曲线中40方纯音）的频率特性的响应，它的噪声计曲线形状与340方的等响曲线相反，从而使电信号的中、低频段有较大的衰减；B网络是模拟人耳对B计权声级是模拟55dB到85dB的中等强度噪声（即对等响曲线中70方纯音）的频率特性的响应，它使电信号的低频段有一定的衰减；C网络是模拟人耳对模拟85 dB到120dB的高强度噪声（即对等响曲线中100方纯音）的频率特性的响应，在整个声频范围内有近乎平直的响应；D计权声级是对噪声参量的模拟，专用于飞机噪声的测量。

所谓“频率计权网络”是指以等响度曲线为基准，在测量仪器上通过采用某些滤波器网络，对不同频率的声音信号实行不同程度的衰减，把电信号修正为与听感相符的近似值，使得仪器的读数能近似地表达人对声音的响应，这种网络称为频率计权网络。

通过计权网络测得的声压级，已不再是客观物理量的声压级，而叫计权声压级或计权声级，简称声级。

壳体1中设置有检波器，检波器用来对频率计权后的合成声音的数字信号进行调整，检波器的型号为AD637。

壳体1中设置有控制器，本实施例中，控制器为意法半导体STM32F103ZET6型单片机；传声器、前置放大器、A/D转换器、存储器、声音分离模块、声音通道、声音合成模块、衰减器、放大器、频率计权器、检波器、D/A转换器、扬声器4分别与控制器控制连接；显示屏3与控制按钮5也与控制器控制连接。

壳体1中设置有蓄电池，蓄电池与控制器电连接，用来为控制器供电，壳体1上设置有为蓄电池充电的充电口。

本发明的声级计应用时，电容式传声器采集监测现场的混合声音，在控制器的作用下，将混合声音信号传递至前置放大器，前置放大器对采集的混合声音信号进行放大，然后再传递至A/D转换器，通过A/D转换器将声音数据转换成数字信号，声音分离模块读取A/D转换器转换后的数字信号并进行滤波处理，并且，在控制器作用下，声音分离模块将混合声音的数字信号与存储器中的声音样本进行比对，将混合声音分离成与存储器中声音样本对应的声音单元，此时，将形成多个声音单元，多个声音单元存储在存储器中。

在控制器的控制下，声音单元的数字信号能够进入对应的声音通道中。本实施例中，各个声音通道在显示屏上显示。

在控制器作用下，声音通道中的声音单元的数字信号经过D/A转换器转换成声音信号，并且，该声音信号能够通过扬声器被播放，以便对分离的声音单元进行试听。声音通道对各个声音单元进行筛选，如图3和图4所示，当控制按钮选择某一声音通道时，该声音通道在控制器的作用下将显示试听和屏蔽两个对话框。

选择试听对话框，声音通道中的声音单元通过扬声器进行播放。在扬声器对声音通道中的声音单元进行播放时，通过人的听力来进一步判断声音单元是否属于干扰音，若判断结果为声音单元不属于干扰音，不点击“屏蔽”按钮，该声音单元保留，参与后续声级计算；若判断结果为声音单元属于干扰音，则选择“屏蔽”按钮，该声音单元将从声音通道中屏蔽，不参与后续声级计算。

在控制器作用下，未被屏蔽（保留）的声音单元经过声音合成模块合成一路声音信号，该合成声音存储在存储器中，在控制器作用下，合成声音经过衰减器、放大器对合成的声音信号进行调整；然后合成声音的数字信号进入频率计权器，频率计权器对合成声音的数字信号经过后续运算处理后形成声级数据显示在显示屏上。

本发明的声级计能够将采集到的声音信号进行声音分离，然后剔除采集到的声音信号中的干扰音，然后将保留的声音单元进行合成，合成声音即为不包含干扰音的声音信号，然后对剔除干扰后声音信号进行声级计算，从而使计算声级的合成声音更加贴近理想的声音信号（不包含干扰音），从而保证计算得到的声级更加精确，保证声级计采集到的监测数据的真实有效性和准确性，进而使监测工作具有较高的效率。

上述实施例中，还包括D/A转换器和扬声器，D/A转换器用于将声音通道中的数字信号转换为声音信号，扬声器用于对D/A转换器转换后的声音信号进行播放，D/A转换器、扬声器分别与控制器控制连接；其他实施例中，还可以不设置D/A转换器和扬声器，此时仅经过声音分离模块对混合声音信号进行分离并进行声级划分。

上述实施例中，所述传声器设置在壳体顶部且突出壳体设置；其他实施例中，传声器设置在壳体顶部并与壳体顶部平齐。

上述实施例中，所述传声器端部套设有吸音棉；其他实施例中，吸音棉还可以不设置。

上述实施例中，所述控制器为单片机；其他实施例中，所述控制器还可以为ARM架构低功耗处理器，如华为KIRIN系列、高通800系列、700系列处理器，相应地，如采用上述处理器，声级计操作系统也将更改为支持上述CPU的操作系统。

Claims (5)

1.一种可剔除稳态干扰声音的声级计，其特征是，包括：

壳体；

壳体中设置有传声器、前置放大器、A/D转换器、存储器、声音分离模块、声音通道、声音合成模块、衰减器、放大器、频率计权器、检波器；

传声器用于采集声音；

前置放大器用于对传声器采集到的声音进行放大；

A/D转换器用于将前置放大器放大后的声音信号转换成数字信号；

存储器中存储有多种声音样本；

声音分离模块用于将A/D转换器转换后的数字信号进行滤波处理，并与存储器中存储的多种声音样本进行比对，将声音分离成与存储器中声音样本对应的声音单元；

声音单元存储在存储器中；

声音通道用于将声音单元显示在显示屏上并对声音单元进行筛选；

声音合成模块用于对保留的声音单元的合成；

衰减器与放大器用于合成声音的数字信号进行调整；

频率计权器用于对合成声音的数字信号划分不同声级；

壳体上设置有显示屏、控制按钮；

壳体中还设置有控制器；

所述传声器、前置放大器、A/D转换器、存储器、声音分离模块、声音通道、声音合成模块、衰减器、放大器、频率计权器、检波器分别与控制器控制连接；

所述显示屏、控制按钮分别与控制器控制连接；

蓄电池：设置在壳体中，蓄电池所述与控制器电连接，用于为控制器供电；

壳体上设置有为蓄电池充电的充电口。

2.根据权利要求1所述的一种可剔除稳态干扰声音的声级计，其特征是，还包括D/A转换器和扬声器，D/A转换器用于将声音通道中的数字信号转换为声音信号，扬声器用于对D/A转换器转换后的声音信号进行播放，D/A转换器、扬声器分别与控制器控制连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种可剔除稳态干扰声音的声级计，其特征是，所述传声器设置在壳体顶部且突出壳体设置。

4.根据权利要求3所述的一种可剔除稳态干扰声音的声级计，其特征是，所述传声器端部套设有吸音棉。

5.根据权利要求1或2所述的一种可剔除稳态干扰声音的声级计，其特征是，所述控制器为单片机。

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