Весовой фильтр

используется Взвешивающий фильтр для выделения или подавления некоторых аспектов явления по сравнению с другими, для измерения или других целей.

Аудио приложения

В каждой области измерения звука используются специальные единицы для обозначения взвешенного измерения, а не базового физического измерения уровня энергии. Единицей звука является фон 1 кГц ( эквивалентный уровень ).

Звук

Звук имеет три основных компонента: длину волны , частоту и скорость . При измерении звука мы измеряем громкость звука в децибелах (дБ). Децибелы являются логарифмическими 0 дБ . , с опорным значением ^[1] Существует также диапазон частот, которые могут иметь звуки. Частота — это количество повторений синусоидальной волны в секунду. ^[2] Нормальная слуховая система обычно слышит частоту от 20 до 20 000 Гц. ^[2] Когда мы измеряем звук, измерительный прибор принимает входящий слуховой сигнал и анализирует его на предмет различных характеристик. Взвешивающие фильтры в этих приборах затем отфильтровывают определенные частоты и уровни децибел в зависимости от фильтра. Взвешенные фильтры наиболее похожи на естественный человеческий слух. Это позволяет измерителю уровня звука определить, каким уровнем децибел будет входящий звук для слуховой системы нормально слышащего человека.

Измерения громкости

Например, при измерении громкости обычно используется фильтр A-взвешивания, чтобы подчеркнуть частоты около 3–6 кГц, к которым человеческое ухо наиболее чувствительно, и одновременно ослабить очень высокие и очень низкие частоты, к которым ухо нечувствительно. Цель состоит в том, чтобы убедиться, что измеренная громкость хорошо соответствует субъективно воспринимаемой громкости.А-взвешивание действительно действительно только для относительно тихих звуков и чистых тонов, поскольку оно основано на 40-фонном Флетчера-Мансона контуре равной громкости . ^[3] Кривые B и C предназначены для более громких звуков (хотя они используются реже), тогда как кривая D используется для оценки громкого авиационного шума ( IEC 537 ). Кривые B отфильтровывают больше средних уровней громкости по сравнению с кривыми A. ^[3] Эта кривая больше редко используется при оценке или мониторинге уровней шума. ^[4] Кривые C отличаются как от A, так и от B тем, что они меньше фильтруют нижние и верхние частоты. ^[3] Фильтр имеет гораздо более плоскую форму и используется для измерения звука в особенно громких и шумных условиях. ^[3] Взвешенные кривые соответствуют кривой 40 фонов, а взвешенные кривые C следуют кривой 100 фонов. ^[4] Три кривые различаются не измерениями уровней воздействия, а измеряемыми частотами. Взвешенные кривые пропускают больше частот, равных или меньших 500 Гц, что наиболее характерно для человеческого уха. ^[4]

Измерения громкости с помощью весовых фильтров

Существует множество причин для измерения звука. Это включает в себя соблюдение правил по защите слуха работников , соблюдение постановлений о шуме , в сфере телекоммуникаций и многое другое. В основе измерения звука лежит идея разделения входящего сигнала на основе его различных свойств. Каждая входящая синусоидальная звуковая волна имеет частоту и амплитуду. Используя эту информацию, уровень звука можно определить из суммы квадратов амплитуд всей поступающей слуховой информации. ^[4] Независимо от того, используете ли вы шумомер или дозиметр шума , обработка в некоторой степени аналогична. При использовании калиброванного шумомера входящие звуки будут улавливаться микрофоном, а затем измеряться внутренними электронными схемами. ^[5] Измерение звука, выдаваемое устройством, можно фильтровать с помощью взвешивающей кривой A, B или C. Используемая кривая окажет незначительное влияние на итоговый уровень децибел.

Телекоммуникации

В области телекоммуникаций весовые фильтры широко используются при измерении электрического шума в телефонных цепях, а также при оценке шума, воспринимаемого через акустический отклик различных типов приборов (телефонных трубок). Существуют и другие кривые взвешивания шума, например, стандарты DIN . Термин «псофометрическое взвешивание» , хотя в принципе относится к любой весовой кривой, предназначенной для измерения шума, часто используется для обозначения конкретной весовой кривой, используемой в телефонии для узкополосных голосового речевых цепей диапазона.

Измерение шума окружающей среды

, взвешенные по шкале А, Децибелы обозначаются сокращенно дБ(А) или дБА. Когда речь идет об акустических измерениях ( калиброванный микрофон), то в качестве единиц измерения используется дБ SPL ( уровень звукового давления ), соответствующий 20 микропаскалям = 0 дБ SPL. ^[6]^{[номер 1]}

Кривая А-взвешивания широко применяется для измерения шума окружающей среды и является стандартной для многих шумомеров ( ITU-R 468 более подробное объяснение см. в разделе «Взвешивание »).

А-взвешивание также широко используется для оценки потенциального повреждения слуха, вызванного громким шумом, хотя это, по-видимому, основано на широкой доступности измерителей уровня звука, включающих А-взвешивание, а не на каких-либо убедительных экспериментальных данных, позволяющих предположить, что такое использование допустимо. . Когда приводятся измерения звукового давления, часто «забывают» о расстоянии измерительного микрофона от источника звука, что делает данные бесполезными. В случае шума окружающей среды или авиационного шума расстояние указывать не обязательно, поскольку необходим уровень в точке измерения, но при измерении холодильников и аналогичных приборов расстояние должно быть указано; где не указано иное, обычно это один метр (1 м). Дополнительной сложностью здесь является влияние реверберирующей комнаты, поэтому при измерении шума приборов следует указывать «на расстоянии 1 м в открытом поле» или «на расстоянии 1 м в безэховой камере ». Измерения, выполненные на открытом воздухе, будут хорошо приближены к безэховым условиям. ^{[ нужна ссылка ]}

Измерения уровня шума по шкале А-взвешенного уровня шума все чаще можно найти в литературе по продаже бытовой техники, такой как холодильники и морозильники, а также компьютерные вентиляторы. Хотя порог слышимости обычно составляет около 0 дБ УЗД, на самом деле это очень тихо, и приборы, скорее всего, будут иметь уровень шума от 30 до 40 дБ УЗД.

Оборудование для воспроизведения и вещания звука

Чувствительность человека к шуму в области 6 кГц стала особенно очевидной в конце 1960-х годов с появлением компактных кассетных магнитофонов и системы шумоподавления Dolby-B . Было обнаружено, что измерения шума, взвешенные по шкале А, дают вводящие в заблуждение результаты, поскольку они не уделяют достаточного внимания области 6 кГц, где снижение шума дает наибольший эффект, и иногда одно оборудование даже показывает хуже, чем другое, но все же звучит лучше, потому что различного спектрального содержания.

Поэтому взвешивание шума ITU-R 468 было разработано для более точного отражения субъективной громкости всех типов шума, а не тонов. Эта кривая, возникшая в результате работы исследовательского отдела BBC , была стандартизирована CCIR , а затем принята многими другими органами по стандартизации ( IEC , BSI /) и, по состоянию на 2006 г. ^[update], поддерживается МСЭ. При измерении шума с использованием этого взвешивания обычно также используется закон квазипикового детектора, а не медленное усреднение. Это также помогает количественно оценить слышимость прерывистого шума, щелчков и хлопков, которые могут остаться незамеченными при медленном измерении среднеквадратичного значения.

Взвешивание шума ITU-R 468 с квазипиковым обнаружением широко используется в Европе. ^[7] особенно в сфере телекоммуникаций и радиовещания, особенно после того, как его приняла корпорация Dolby, которая осознала его превосходную ценность для своих целей. Его преимущества перед A-взвешиванием, по-видимому, менее ценятся в США и в бытовой электронике, где преобладает использование A-взвешивания — вероятно, потому, что A-взвешивание обеспечивает «лучшие» характеристики на 9–12 дБ, см. технические характеристики . ^{[ нужна ссылка ]}^{[ нейтралитет оспаривается ]} Он обычно используется вещательными компаниями в Великобритании, Европе и бывших странах Британской империи, таких как Австралия и Южная Африка.

Хотя уровень шума 16-битных аудиосистем (таких как проигрыватели компакт-дисков) обычно оценивается (на основе расчетов, не учитывающих субъективный эффект) как -96 дБ относительно FS (полная шкала), лучший 468-взвешенный результаты находятся в районе –68 дБ относительно уровня выравнивания (обычно определяемого как 18 дБ ниже FS), т.е. –86 дБ относительно FS.

Использование весовых кривых никоим образом не должно рассматриваться как «обман» при условии, что используется правильная кривая. Ничего существенного не «скрывается», и даже когда, например, присутствует шум на частоте 50 или 100 Гц на уровне выше указанного (взвешенного) минимального уровня шума, это не имеет значения, поскольку наши уши очень нечувствительны к низким частотам на низких частотах. низкие уровни, поэтому его не будет слышно. Например, A-взвешивание часто используется для сравнения и оценки АЦП , поскольку оно более точно отражает то, как формирование шума скрывает дизеринг в ультразвуковом диапазоне.

Другие применения взвешивания

При измерении гамма-лучей или другого ионизирующего излучения в радиационном мониторе или дозиметре обычно используется фильтр для ослабления тех уровней энергии или длин волн, которые наносят наименьший вред человеческому телу, пропуская при этом те, которые наносят наибольший ущерб, так что Любой источник радиации можно оценить с точки зрения его истинной опасности, а не только его «силы». Зиверт — это единица взвешенной дозы ионизирующего излучения , которая заменяет старую единицу РЭМ ( рентген - эквивалент человека).

Взвешивание также применяется к измерению солнечного света при оценке риска повреждения кожи в результате солнечных ожогов , поскольку разные длины волн имеют разные биологические эффекты. Типичными примерами являются SPF солнцезащитного крема и УФ-индекс .

Другое использование взвешивания - на телевидении, где красный, зеленый и синий компоненты сигнала взвешиваются в соответствии с их воспринимаемой яркостью. Это обеспечивает совместимость с черно-белыми приемниками, а также улучшает характеристики шума и позволяет разделять значимые сигналы яркости и цветности для передачи.

См. также

Примечания

^ Внимание: дБа, иногда называемый скорректированным дБа , не является синонимом дБ(А). ^[А]

Ссылки

^ «Раздел III: Глава 5 — Шум». Техническое руководство OSHA (OTM) . Управление по охране труда . Проверено 25 ноября 2020 г. {{cite book}}: |website= игнорируется ( помогите )
^ Перейти обратно: ^а ^б «Понимание звука – звуки природы» . www.nps.gov . Служба национальных парков США . Проверено 25 ноября 2020 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д «Контурные фильтры A, B и C для измерения звука» . гиперфизика.phy-astr.gsu.edu . Проверено 12 октября 2020 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д «2. Как измеряется звук?» . ec.europa.eu . Проверено 26 ноября 2020 г.
^ Вудфорд, Крис (28 января 2009 г.). «Как работают измерители уровня звука в децибелах» . Объясните этот материал . Проверено 25 ноября 2020 г.
^ Федеральный стандарт 1037, Глоссарий терминов электросвязи, запись dBa: https://www.its.bldrdoc.gov/fs-1037/dir-010/_1471.htm
^ д'Эскриван, Хулио (2012). Музыкальные технологии . Издательство Кембриджского университета. п. 16. ISBN 978-1-107-00080-3 .

Внешние ссылки

[NB_dBa-7] Внимание: дБа, иногда называемый скорректированным дБа , не является синонимом дБ(А). ^[А]

[OSHA-1] «Раздел III: Глава 5 — Шум». Техническое руководство OSHA (OTM) . Управление по охране труда . Проверено 25 ноября 2020 г. {{cite book}}: |website= игнорируется ( помогите )

[:2-2] Перейти обратно: ^а ^б «Понимание звука – звуки природы» . www.nps.gov . Служба национальных парков США . Проверено 25 ноября 2020 г.

[:3-3] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д «Контурные фильтры A, B и C для измерения звука» . гиперфизика.phy-astr.gsu.edu . Проверено 12 октября 2020 г.

[:0-4] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д «2. Как измеряется звук?» . ec.europa.eu . Проверено 26 ноября 2020 г.

[Explain_2009-5] Вудфорд, Крис (28 января 2009 г.). «Как работают измерители уровня звука в децибелах» . Объясните этот материал . Проверено 25 ноября 2020 г.

[FS1037-6] Федеральный стандарт 1037, Глоссарий терминов электросвязи, запись dBa: https://www.its.bldrdoc.gov/fs-1037/dir-010/_1471.htm

[8] д'Эскриван, Хулио (2012). Музыкальные технологии . Издательство Кембриджского университета. п. 16. ISBN 978-1-107-00080-3 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[номер 1]

[7]