TWI477750B - 水下噪音量化計 - Google Patents

Description

水下噪音量化計

本發明係有關於一種聲音量化計，且特別是有關於一種水下噪音量化計。

隨著地球人口的增長，人們對於商品的需求日益增進，從而，為了使各國之間的商品能夠互通有無，航運業隨之日益興盛。此外，隨著科技的進展，航運業採用了更加先進的航運技術，據此，越來越多的船隻、更加先進的航運技術，為海洋帶來了眾多的水下噪音，諸如船隻航行時螺旋槳轉動所發出的噪音、聲納所發出的噪音等。

再者，臨海建築與遊憩場所產生的噪音、油氣探勘、離岸風力發電所產生的震波等，均為海洋帶來前所未有的水下噪音，這些噪音壓制了海洋哺乳類用以相互溝通的聲音，阻礙了海洋生物覓食的進行，嚴重影響了海洋生態。

因此，如何有效率且正確地辨別水下噪音，進而避免水下噪音的產生實為當前的一重要課題，相關領域莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來仍未發展出適當的 解決方案。

發明內容旨在提供本揭示內容的簡化摘要，以使閱讀者對本揭示內容具備基本的理解。此發明內容並非本揭示內容的完整概述，且其用意並非在指出本發明實施例的重要/關鍵元件或界定本發明的範圍。

本發明內容之一目的是在提供一種水下噪音量化計，藉以改善先前技術所存在的問題。

為達上述目的，本發明內容之一技術態樣係關於一種水下噪音量化計，其包含至少一水下麥克風、訊號放大器、低通濾波器、類比數位訊號轉換器、快速傅利葉計算器、參數儲存器、絕對頻譜能量計算器、計時器及資料儲存器。水下麥克風用以量測水下噪音，並將水下噪音轉換為電波訊號，訊號放大器用以增強電波訊號，並提高電波訊號之訊雜比，低通濾波器用以濾除電波訊號中高於第一取樣頻率之部分，類比數位訊號轉換器用以將電波訊號以第二取樣頻率轉換為數位資料，快速傅利葉計算器根據一參數將預設長度之數位資料進行轉換，以取得水下噪音頻譜能量，參數儲存器用以儲存前述參數，絕對頻譜能量計算器用以將水下噪音頻譜能量轉換為絕對頻譜能量，計時器用以提供時間資訊，而資料儲存器用以根據時間資訊以儲存絕對頻譜能量。

因此，根據本發明之技術內容，本發明實施例藉由 提供一種水下噪音量化計，藉以有效率且正確地辨別水下噪音，進而避免水下噪音的產生。

在參閱下文實施方式後，本發明所屬技術領域中具有通常知識者當可輕易瞭解本發明之基本精神及其他發明目的，以及本發明所採用之技術手段與實施態樣。

100‧‧‧水下噪音量化計

101‧‧‧水下麥克風

102‧‧‧訊號放大器

103‧‧‧低通濾波器

104‧‧‧類比數位訊號轉換器

105‧‧‧快速傅利葉計算器

106‧‧‧參數儲存器

107‧‧‧絕對頻譜能量計算器

108‧‧‧計時器

109‧‧‧水下噪音分類器

110‧‧‧資料儲存器

111‧‧‧保護殼

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖係繪示依照本發明一實施例的一種水下噪音量化計之示意圖。

第2圖係繪示依照本發明另一實施例的一種水下噪音頻譜能量之示意圖。

第3圖係繪示依照本發明再一實施例的一種水下噪音頻譜能量之示意圖。

第4圖係繪示依照本發明又一實施例的一種水下噪音頻譜能量之示意圖。

根據慣常的作業方式，圖中各種特徵與元件並未依比例繪製，其繪製方式是為了以最佳的方式呈現與本發明相關的具體特徵與元件。此外，在不同圖式間，以相同或相似的元件符號來指稱相似的元件/部件。

為了使本揭示內容的敘述更加詳盡與完備，下文針對了本發明的實施態樣與具體實施例提出了說明性的描述；但這並非實施或運用本發明具體實施例的唯一形式。實施方式中涵蓋了多個具體實施例的特徵以及用以建構與操作這些具體實施例的方法步驟與其順序。然而，亦可利用其他具體實施例來達成相同或均等的功能與步驟順序。

除非本說明書另有定義，此處所用的科學與技術詞彙之含義與本發明所屬技術領域中具有通常知識者所理解與慣用的意義相同。此外，在不和上下文衝突的情形下，本說明書所用的單數名詞涵蓋該名詞的複數型；而所用的複數名詞時亦涵蓋該名詞的單數型。

另外，關於本文中所使用之「耦接」或「連接」，均可指二或多個元件相互直接作實體或電性接觸，或是相互間接作實體或電性接觸，亦可指二或多個元件相互操作或動作。

為解決先前技術所存的問題，本發明提出一種水下噪音量化計，其繪示於第1圖。如圖所示，水下噪音量化計100包含水下麥克風101、訊號放大器102、低通濾波器103、類比數位訊號轉換器104、快速傅利葉計算器105、參數儲存器106、絕對頻譜能量計算器107、計時器108、水下噪音分類器109及資料儲存器110。

於結構上，水下麥克風101電性耦接於訊號放大器102，訊號放大器102電性耦接於低通濾波器103，低通濾波器103電性耦接於類比數位訊號轉換器104，類比數位訊 號轉換器104電性耦接於快速傅利葉計算器105，快速傅利葉計算器105電性耦接於參數儲存器106及絕對頻譜能量計算器107，參數儲存器106電性耦接於絕對頻譜能量計算器107，參數儲存器106及絕對頻譜能量計算器107電性耦接於水下噪音分類器109，水下噪音分類器109及計時器108電性耦接於資料儲存器110。然上述電性耦接方式並非用以限制本發明，熟習此技藝者當可採用適當之電性耦接方式來實現本發明。

於操作上，水下麥克風101用以量測水下噪音，並將水下噪音轉換為電波訊號，接著，訊號放大器102用以增強電波訊號，並提高電波訊號之訊雜比，隨後，低通濾波器103用以濾除電波訊號中高於第一取樣頻率之部分，如此一來，透過低通濾波器103之操作能防止假象訊號之干擾。再者，類比數位訊號轉換器104用以將電波訊號以一第二取樣頻率轉換為數位資料。

其次，快速傅利葉計算器105根據一參數將預設長度之數位資料進行轉換，以取得水下噪音頻譜能量，而上述參數可儲存於參數儲存器106中。接著，絕對頻譜能量計算器107用以將水下噪音頻譜能量轉換為一絕對頻譜能量。前述絕對頻譜能量可根據計時器108所提供之時間資訊而儲存於資料儲存器110中，如此，可由計時器108在每一筆絕對頻譜能量儲存前，提供資料感測時間基準點，以作為資料儲存實際時間之參考值。

據此，本發明所提供之水下噪音量化計100得以有 效率且正確地量測水下噪音，並計算出水下噪音的絕對頻譜能量，使得水下噪音能夠精準地量化，以供使用者立即得知水下噪音是否已對海洋生物造成危害，進而立即採用必要之手段來減緩或除去上述水下噪音。此外，由於本發明之水下噪音量化計100包含計時器108，其能提供時間資訊，讓使用者清楚地掌握各個時間點的水下噪音狀況，而能提前防範水下噪音，或者採取適當之手段以避免水下噪音之產生。

在一實施例中，上述低通濾波器103所採用之第一取樣頻率大於四萬赫茲(Hz)，上述類比數位訊號轉換器104所採用之第二取樣頻率大於四萬四千赫茲，類比數位訊號轉換器104所轉換而產生之數位資料可高於16位元，然上述參數並非用以限制本發明，熟習此技藝者當可採用適當之參數來實現本發明。

在另一實施例中，上述絕對頻譜能量係由上述水下噪音頻譜能量乘上水下麥克風101之一靈敏度，並扣除訊號放大器102之一倍率值。於再一實施例中，本新型之水下噪音量化計100更包含保護殼111，用以保護水下噪音量化計100，避免海洋生物破壞水下噪音量化計100，並具有防水的效果。

在一實施例中，計時器之時間精準度至少10毫秒。上述快速傅利葉計算器105所採用的參數可包含數位資料長度、轉換資料重疊率、轉換視窗長度點數及快速傅利葉轉換點數。參數儲存器106更可用以儲存水下麥克風 101之一靈敏度、訊號放大器102之一倍率值、類比數位訊號轉換器104之第二取樣頻率、數位資料長度、轉換資料重疊率、轉換視窗長度點數及快速傅利葉轉換點數。

詳細而言，上述「數位資料長度」指的是電波訊號轉換為數位資料的形式後，準備輸入到快速傅利葉計算器的全部資料長度，此長度指的是電波訊號的資料點數。上述「資料重疊率」則是用在決定前後筆快速傅利葉計算資料的交疊情況，目的是為了獲得更密集的計算結果，一般是以交疊的資料長度除以資料總長度的比率，此值不可大於或等於1；如果前後筆數位資料是連續沒有交疊，則資料重疊率為零。上述「轉換視窗長度點數」指的是將所有數位資料經過固定視窗長度的切割後，準備把每筆資料放入快速傅利葉計算器的點數值，與「資料重疊率」相互配合，決定每筆快速傅利葉計算的資料來源。上述「快速傅利葉轉換點數」指的是每次快速傅利葉計算所需的預設資料長度，當此值大於「轉換視窗長度點數」時，則不足的資料點以零值補上，反之則刪除多餘的資料長度，每筆資料遭刪除的部分，不予放置到快速傅利葉計算中。

在另一實施例中，訊號放大器102之倍率值、類比數位訊號轉換器104之第二取樣頻率、數位資料長度、轉換資料重疊率、轉換視窗長度點數及該快速傅利葉轉換點數係為可調整。此外，快速傅利葉轉換點數及轉換視窗長度點數之比值不小於0.0256。

在任選的一實施例中，水下噪音分類器109係用以 判斷水下噪音的種類，並對水下噪音進行分類，其種類包含水下噪音背景值、水下噪音窄頻訊號伴隨諧波值及水下噪音頻寬訊號值，其詳細判斷分類方式分述於後文第2~4圖之記述中。

第2圖係繪示依照本發明另一實施例的一種水下噪音頻譜能量之示意圖。如圖所示，水下噪音頻譜能量在複數個不同的頻率下，具有相應於該些頻率的複數個水下噪音頻譜能量值，例如在五百赫茲、一千赫茲、兩千赫茲、四千赫茲、八千赫茲及一萬六千赫茲下，水下噪音頻譜能量均有相對應的水下噪音頻譜能量值。

詳細而言，第2圖所繪示之水下噪音頻譜能量係可被分類為水下噪音背景值，其判斷基準如下。當水下噪音頻譜能量落於五百赫茲至兩萬赫茲之間，且與該些頻率相對應之該些水下噪音頻譜能量值之每八音度衰減率的算數平均值介於4.5分貝至6.5分貝之間，則水下噪音分類器109判定水下噪音為水下噪音背景值。

舉例而言，由五百赫茲至一千赫茲之間的八音度衰減率、由一千赫茲至兩千赫茲之間的八音度衰減率、由兩千赫茲至四千赫茲之間的八音度衰減率、由四千赫茲至八千赫茲之間的八音度衰減率及由八千赫茲至一萬六千赫茲之間的八音度衰減率，若將上述各衰減率取平均值，而此平均值介於4.5分貝至6.5分貝之間，則水下噪音分類器109判定該水下噪音為水下噪音背景值。

第3圖係繪示依照本發明再一實施例的一種水下 噪音頻譜能量之示意圖，其所繪示之水下噪音頻譜能量係可被分類為水下噪音窄頻訊號伴隨諧波值，其判斷條件詳述如下。

首先，先簡介第3圖，於一主頻頻率f1下，水下噪音頻譜能量具有最大之水下噪音頻譜能量值，於鄰近於主頻頻率f1之一第一鄰近頻率f2下，水下噪音頻譜能量具有一第一鄰近水下噪音頻譜能量值，其中於主頻頻率f1之一第一倍頻頻率f3下，水下噪音頻譜能量具有一第一倍頻水下噪音頻譜能量值，於鄰近於第一倍頻頻率f3之一第二鄰近頻率f4下，水下噪音頻譜能量具有一第二鄰近水下噪音頻譜能量值。在此需注意的是，所謂第一倍頻頻率f3係為主頻頻率f1之第一個整數倍頻率。

於判斷第3圖之水下噪音頻譜能量的種類時，當最大之水下噪音頻譜能量值與第一鄰近水下噪音頻譜能量值之差值大於10分貝，且第一倍頻水下噪音頻譜能量值與第二鄰近水下噪音頻譜能量值之差值大於6分貝時，水下噪音分類器109判定該水下噪音為水下噪音窄頻訊號伴隨諧波值。一般而言，水下噪音窄頻訊號伴隨諧波值為一較為尖銳的水下噪音，對海洋生物之影響較大，因此，當水下噪音量化計100之水下噪音分類器109將水下噪音判定為水下噪音窄頻訊號伴隨諧波值時，使用者即可得知其對海洋生物之影響較大，應儘速排除產生該水下噪音之因素。

第4圖係繪示依照本發明又一實施例的一種水下噪音頻譜能量之示意圖，其所繪示之水下噪音頻譜能量係 可被分類為水下噪音頻寬訊號值，其判斷條件詳述如下。

在此需說明的是，在第4圖中，最大之水下噪音頻譜能量值、第一倍頻水下噪音頻譜能量值之意義均相同於第3圖，為使本發明說明簡潔，在此不作贅述。於判斷第4圖之水下噪音頻譜能量的種類時，當最大之水下噪音頻譜能量值與第一倍頻水下噪音頻譜能量值的差值小於6分貝，且不符合水下噪音背景值之條件者，水下噪音分類器判定水下噪音為水下噪音頻寬訊號值。一般而言，水下噪音頻寬訊號值為一類似撞擊聲的水下噪音，對海洋生物之影響較大，因此，當水下噪音量化計100之水下噪音分類器109將該水下噪音判定為水下噪音頻寬訊號值時，使用者即可得知其對海洋生物之影響較大，應儘速排除產生該水下噪音之因素。

總結第2至4圖之結論，水下噪音量化計100之水下噪音分類器109係根據複數個分類條件以判斷水下噪音的種類，該些分類條件包含最大之水下噪音頻譜能量值、主頻頻率f1、水下噪音頻譜能量落於五百赫茲至兩萬赫茲之間且與該些頻率相對應之該些水下噪音頻譜能量值之每八音度衰減率、第一鄰近水下噪音頻譜能量值、第二鄰近水下噪音頻譜能量值、第一倍頻頻率f3。

由上述本發明實施方式可知，應用本發明具有下列優點。本發明實施例藉由提供一種水下噪音量化計，藉以有效率且正確地量測水下噪音，並計算出水下噪音的絕對頻譜能量，使得水下噪音能夠精準地量化，以供使用者立 即得知水下噪音是否已對海洋生物造成危害，進而立即採用必要之手段來減緩或除去上述水下噪音。

此外，由於本發明之水下噪音量化計包含計時器，其能提供時間資訊，讓使用者清楚地掌握各個時間點的水下噪音狀況，而能提前防範水下噪音，或者採取適當之手段以避免水下噪音之產生。

雖然上文實施方式中揭露了本發明的具體實施例，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不悖離本發明之原理與精神的情形下，當可對其進行各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當以附隨申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧水下噪音量化計

101‧‧‧水下麥克風

102‧‧‧訊號放大器

103‧‧‧低通濾波器

104‧‧‧類比數位訊號轉換器

105‧‧‧快速傅利葉計算器

106‧‧‧參數儲存器

107‧‧‧絕對頻譜能量計算器

108‧‧‧計時器

109‧‧‧水下噪音分類器

110‧‧‧資料儲存器

111‧‧‧保護殼

Claims (10)

1. 一種水下噪音量化計，包含：至少一水下麥克風，用以量測水下噪音，並將該水下噪音轉換為一電波訊號；一訊號放大器，用以增強該電波訊號，並提高該電波訊號之訊雜比；一低通濾波器，用以濾除該電波訊號中高於一第一取樣頻率之部分；一類比數位訊號轉換器，用以將該電波訊號以一第二取樣頻率轉換為一數位資料；一快速傅利葉計算器，根據一參數將一預設長度之該數位資料進行轉換，以取得一水下噪音頻譜能量；一參數儲存器，用以儲存該參數；一絕對頻譜能量計算器，用以將該水下噪音頻譜能量轉換為一絕對頻譜能量；一計時器，用以提供一時間資訊；以及一資料儲存器，用以根據該時間資訊以儲存該絕對頻譜能量。
2. 如請求項1所述之水下噪音量化計，其中該第一取樣頻率大於四萬赫茲。
3. 如請求項1所述之水下噪音量化計，其中該第二 取樣頻率大於四萬四千赫茲，該數位資料高於16位元。
4. 如請求項1所述之水下噪音量化計，其中該絕對頻譜能量係由該水下噪音頻譜能量乘上該水下麥克風之一靈敏度，並扣除該訊號放大器之一倍率值。
5. 如請求項1所述之水下噪音量化計，更包含：一水下噪音分類器，用以判斷該水下噪音的種類，並對該水下噪音進行分類，其中該種類包含一水下噪音背景值、一水下噪音窄頻訊號伴隨諧波值及一水下噪音頻寬訊號值。
6. 如請求項5所述之水下噪音量化計，其中該水下噪音頻譜能量在複數個不同的頻率下，具有相應於該些頻率的複數個水下噪音頻譜能量值，其中於一主頻頻率下，該水下噪音頻譜能量具有最大之水下噪音頻譜能量值，於鄰近於該主頻頻率之一第一鄰近頻率下，該水下噪音頻譜能量具有一第一鄰近水下噪音頻譜能量值，其中於該主頻頻率之一第一倍頻頻率下，該水下噪音頻譜能量具有一第一倍頻水下噪音頻譜能量值，於鄰近於該第一倍頻頻率之一第二鄰近頻率下，該水下噪音頻譜能量具有一第二鄰近水下噪音頻譜能量值，其中該水下噪音分類器係根據複數個分類條件以判斷該水下噪音的種類，該些分類條件包含 該最大之水下噪音頻譜能量值、該主頻頻率、該水下噪音頻譜能量落於五百赫茲至兩萬赫茲之間且與該些頻率相對應之該些水下噪音頻譜能量值之每八音度衰減率、該第一鄰近水下噪音頻譜能量值、該第二鄰近水下噪音頻譜能量值、該第一倍頻。
7. 如請求項6所述之水下噪音量化計，其中當該水下噪音頻譜能量落於五百赫茲至兩萬赫茲之間，且與該些頻率相對應之該些水下噪音頻譜能量值之每八音度衰減率的算數平均值介於4.5分貝至6.5分貝之間，則該水下噪音分類器判定該水下噪音為該水下噪音背景值。
8. 如請求項7所述之水下噪音量化計，其中當該最大之水下噪音頻譜能量值與該第一鄰近水下噪音頻譜能量值之差值大於10分貝，且該第一倍頻水下噪音頻譜能量值與該第二鄰近水下噪音頻譜能量值之差值大於6分貝時，該水下噪音分類器判定該水下噪音為該水下噪音窄頻訊號伴隨諧波值。
9. 如請求項8所述之水下噪音量化計，其中當該最大之水下噪音頻譜能量值與該第一倍頻水下噪音頻譜能量值的差值小於6分貝，且不符合該水下噪音背景值之條件者，該水下噪音分類器判定該水下噪音為該水下噪音頻寬 訊號值。
10. 如請求項1所述之水下噪音量化計，其中該計時器之時間精準度至少10毫秒。