声学参数理论

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1、1.A计权声压级声压有效值定义为一定时间间隔中，瞬时声压对时间的均方根值，用s表示:t)dt(Pa)将声压有效值S与基准量％之比的对数乘以20便可以得到声压pe的声压级，用Lp=201g旦(dB)A计权声压级（简称A声级）用以模拟55dB以下低强度噪声特性，对1000Hz以下的低中频段衰减，其结果与人对声音的感知相近。40Phon等响曲线的翻转与A计权曲线2•响度响度（Loudness）是基于人耳对声音频谱掩蔽特性的反映人耳对声音强弱感知程度的心理声学参数，单位为宋（sone）,规定1000Hz纯音的声压级为40dB时

2、的响度为1宋。国际标准ISO532规定了A、B两种计算稳态噪声响度的计算方法：a）Stevens方法（ISO532A）：详细内容参见标准ISO532-A-1975和ANSIS341980。其数学表达式为：S=+F•（工S；-SJ（sone）f.lb）Zwicker方法（ISO532B）（本文所采用方法）：Zwicker法适用于自Ft!声场或混响声场的计算，在通常情况下一般采用Zwicker法的响度计算模型。Zwicker法以1/3倍频程频谱为依据，引入了特征频带和特征响度的概念，首先计算每个特征频带特征响度，再由此来得到

3、总响度值。根据Zwicker的响度理论，通过激励E可以计算得到特征响度，其计算公式：p0.23pN'=0.08（智）[（O.5+O・5$）w—1]匕0匕TQ式中：Eg为绝对听阈下的激励（安静状况下），&为基准声强下的激励，被计算声音的特征频带声压级作为激励级E.对特征响度在0-24Bark域上积分，即可得到总响度：.V(?)dc(sonc)注：掩蔽效应是指由于一个声音的存在而使另一个声音听阈提高的现象。人类的听觉系统具有滤波特性，即频率选择性。为了描述人耳的频率选择特性和掩蔽效应，Zwicker假设人的听觉系统将声音信号

4、分虽分成24个频带，当确定了一个声音的频率时，能够产生掩蔽效应的另外一个声咅的频率范围称为“特征频带”,单位是Bark。在Zwicker模型中，特征频带Bark数z和频率f(Hz)的对应关系可近似表达为：z=13arctan(0.76f/1kHz)+3.5arctail(//7.5kHz)2(Bark)3.尖锐度尖锐度(Sharpness)是描述高频成分在声音频谱中所占比例的物理量，主要反映人们主观上对高频段声音刺耳程度的感受，单位为acum0规定中心频率为1000Hz.带宽为160Hz的60分贝窄带噪声的尖锐度为1ac

5、umo尖锐度的计算目前尚没有统一的标准，但国际上较为通用的计算模型有两种，分别是Zwicker模型和Aures模型。两种计算模型都能较为准确地计算尖锐度，但由Aures模型对响度有很大依赖，所以在已包含响度的情况下，通常采用Zwicker计算模型。a)Zwicker尖锐度模型(本文所采用方法)r24BarkN'(z)・g(z)dz=a(acuin)NfM(z)・g(z)dz£M(z)dz式中，k为加权系数，取0.11；N为总响度；N⑺为临界频带z上的特征响度；g(z)为Zwicker依据不同临界频带设置的响度计权函数，g

6、(z)二0.066(>o,7,;z<16z>16b)Aures尖锐度模型Nz)^z)zdzln(0.05N+1)(acum)式屮各符号的含义和a)中相同。4.粗糙度粗糙度(Roughness)是用来描述人对高频声音信号瞬时变化的感觉，主要针对调制频率范围在15Hz-300Hz的声音，符号为R,单位为asper,并规定调制比为1、声压级为60dB的1000Hz幅值调制纯音在调制频率为70Hz时的粗糙度为1aspero声音信号的粗糙度主要受到调制频率和调制比的影响，调制比越大，粗糙度也越大；而屮心频率和声压级对声咅信号的

7、影响相对来说较小。目前粗糙度常见的计算方法有以下两种：a)Aures方法/?=52・3工/;(&+/.])/2(asper)式中k为特征频带包络时间函数系数，〃为粗糙度谱密度，r[=g(zj)m-2asper/Bark为计权包络的有效值，g(zj是为考虑载波频率的影响而引入的计权因子。b)Fasti方法(本文所采用方法)Zwicker和Fasti对Aures提出的模型做了改进和修正，其计算公式为：r24BarkR=0.3九IAL£(z)

8、的掩蔽深度),ALf(z)=201og

9、0“爲⑵和Mmin(Z)分别表示Z特征频带域内特征响度的最大值和最小值。5.抖动度与粗糙度相似，抖动度(FluctuationStrength)也是描述声咅信号瞬时变化的物理量，针对的主要是调制频率在0.25Hz〜20Hz的低频声音信号，也是主要受到调制比和调制频率的影响,符号