声学基础：声级计和声压级参数简介​。在频率轴上两个音高之间的距离称为音程。一个8度音程称为倍频程(Octave)。人耳听觉范围（以20Hz为基频）可分为10个倍频程​

在正式开始前，请让我们先搞清两个概念 - 音频和声学

实践中，尤其在中文环境下，很多人容易将两者混为一谈。这里必须说明的是，“声学（acoustic）”通常研究通过空气等介质传播的声音，而“音频（audio）”指的是那些直接在缆线或音频元器件中传导的电学信号。

两者混用容易造成误解，今天主要介绍的是声学内容。

什么是声级计？

声级计是最基本的声学测量仪器，声压级测量是其最基本的功能。对于很多功能单一的声级计，很多人也习惯称其为“分贝仪”或“噪音计”等。

不管声级计功能多么千差万别，它们都一定会有一支麦克风，它用来检测声源造成的气压变化，并将其转换为电信号。麦克风品质越高，测量精度就越高。符合标准的量测麦克风一般被分类为一级或二级（也称一型或二型）。

M4261 二级量测麦克风

对于大多数应用，二级麦克风虽然精度低些，但更便宜，足够使用。一级麦克风通常用在要求更高或为了满足法规进行的测量中。不管用哪种麦克风，正确的校准都至关重要。

声压级和频谱

我们平常说的声压级其实是“宽频带声压级”，也就是声级计测得的单一声压级值，这个值的计算用到了各个频率（从 20 Hz - 20 kHz）的分量。它的单位一般是分贝（dB/dBSPL），这是一个对数单位。也就是说，如果声音的能量加倍，测量结果将增大 3 dB。如果声音能量增大十倍，人耳会觉得声音“变成两倍响”，反映在测量读数上即增加 10 dB。

声压级和频谱测量界面

频谱一般由声级计的 RTA 实时频谱功能测得，它代表声音在各个频率的分量。频谱适合那些优化音响系统或房间声学的应用。典型的 RTA 测量分辨率有 1/1 倍频程和 1/3 倍频程。要理清这个概念，可以想象一下钢琴。1/1 倍频程就是每个倍频（12 个半音）一个值，1/3 倍频程则每 4 个半音为一个值，1/6 表示每两个半音一个值，而 1/12 测量的是钢琴的每一个键。

声压级 LAF、LAeq ... 到底什么意思？

这些都是常见的描述声压级的参数。从左开始，第一个字母一定是大写的“L”，它代表的就是英文单词“Level（电平/级别）”，这里就是通过麦克风测得的声压级（声学）或从音频元件输出的信号电平（音频）。

第二个字母一般是“A”，“C”或“Z”。它们被称作“频率计权”（计权译自英文“weighting”，也称加权），表示某些频率的值被应用了对应的计权或滤波。声压级单位为 dB（A）或 dBA 时，也表示该结果采用了 A 计权。我们会推送关于频率计权的详细文章。

三种频率计权曲线

第三个字母一般是“F”，“S”或“I”，它们就是“时间计权”。F = 快速（Fast），S = 慢速（Slow），I = 脉冲（Impulse）。时间计权的目的是让声级计上测得的数值更容易阅读，它让快速变化的数值变得稳定，使得显示出的结果方便读取。同样，限于篇幅，本文先不做过多介绍。

LAeq

LAeq 可以说是声学测量中最常见的声压级。

等效（“eq”）声压级反映的是一段时间内接收声音能量的均值，它比连续声压级更容易在显示器上读取。

您可以看下方声压级随时间变化的曲线，蓝色线以下的面积就表示能量。水平的红色线划出的区域也有同样的面积，红色线就是我们所说的 LAeq。它是整个曲线的等效值或能量的平均值。

LAeq 并非一直都是直线。如果 LAeq 是连续测量的，那它体现的就是从开始测量到当前时间点这段时间内的等效值 - 它随着时间推进而变化，曲线看起来如下。

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在频率轴上两个音高之间的距离称为音程。一个8度音程称为倍频程(Octave)。人耳听觉范围（以20Hz为基频）可分为10个倍频程。

20-40-80-160-320-640-1280-2560-5120-10240-20480

每个倍频程分为12个半音，每个半音可分100音分。

∴ 一个倍频程有1200音分。

钢琴最低27.50Hz，最高4186.01Hz。

每一倍频音程有12个半音，相邻两个半音频率之比为2的1/12次方21/12=1.059。

 音程和倍频程 | 小鲤鱼

什么是声级计？它的工作原理是什么？

2020年11月5日 23:38:53电声测量评论1622阅读模式

声级计 (SLM) 是一种仪器（通常为手持式），用于以标准化方式测量声级。它对声音的响应方式与人耳大致相同，并且可以客观地测量声压级。本文将带您深入了解声级计及其原理，内容包括：声级计的用处、工作原理、时间计权、频率计权等等。

一、声级计的用处

声级计可用于测量和管理各种来源的噪声，包括工厂、道路和铁路交通以及建筑工程的噪声。除体育活动、户外音乐会、休闲公园，以及住宅和商业街区等典型的城市环境外，还有许多不同的声音来源，每种声音源都有不同的特征，这给评估它们的专业人员带来了特定的问题。

二、声级计的工作原理

声级计由传声器、前置放大器、信号处理器和显示屏组成。传声器将声音信号转换为等效的电信号。最适合于声级计的传声器类型是电容式传声器，其精度、稳定性和可靠性都很高。传声器产生的电信号很弱，所以先用前置放大器对其进行增强，然后再由主处理器进行处理。

信号处理包括按照国际标准（例如IEC 61672-1，声级计符合该标准）对信号进行频率计权和时间计权。

三、时间计权

时间计权指声级计对声压变化的反应方式。它是波动信号的指数平均值，提供了易于读取的值。该分析仪采用快速、慢速和脉冲（或“ F”、“ S”和“ I”）时间计权，它们是根据大多数国际和国家标准所要求的计权。环境评估标准通常会规定使用哪种时间计权。

信号通过计权滤波器处理，在分析仪屏幕上显示声压级，以分贝 (dB) 表示，参考值为20μPa。声压级值至少每秒更新一次。

简而言之，评估变化的噪声级就意味着得到一个平均声级值。在全世界范围内，“等效连续声级”Leq 被称为基本平均参数。Leq 表示被测的波动声压级中能量的多少，它在测量期间保持稳定。它测量的是在变化的声级下的平均能量。

尽管大量研究表明Leq 与烦扰度关系很大，但这并不是烦扰度的直接衡量指标。

可以使用最专业的声级计（有时称为积分声级计）直接测量Leq。如果使用A计权滤波器，则将其表示为LAeq，即通过A计权滤波器对等效连续声级的测量。

四、频率计权

频率计权可调整声级计响应不同声音频率的方式。这是必要的，因为人耳对声音的敏感度会因声音的频率而异。IEC 61672-1定义了频率计权A、C和Z，但在专门应用中偶尔也会使用其他频率计权。

01.A计权 - dBA/dB(A)

A计权调整信号的方式类似于人耳在中等声级下的响应。它基于40dB等响度曲线。噪声参数的符号通常包含字母“A”（例如LAeq），表示测量中已包含该频率计权。

几乎所有环境和工作场所噪声测量都需要A计权，这在国际和国家标准和指南中都有规定。A计权滤波覆盖了10Hz至20kHz的整个音频范围。

02.C计权 - dBC/dB(C)

人耳的响应随声级而变化。C频率计权对应于100dB等响度曲线，也就是说，人耳在相当高的声级下的响应。C计权主要用于评估高声压级的峰值。也可以用于测量娱乐噪声，但低音噪声的传输可能会有问题。

03.Z计权 - dBZ/dB(Z)

“零”频率计权是10Hz到20kHz±1.5dB 之间的平坦频率响应，不包括传声器的响应。

如今，A计权网络是使用最广泛的频率计权。C计权与主观测试并无多大的关联性，因为等响曲线是基于使用纯音的实验得出的——大多数普通的声音并非纯音，而是由许多不同的音组成的非常复杂的信号。

文章来源：BK声学与振动微信公众（ID：号bksv_china）

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关于倍频程

音频应用04-04

人耳听音的频率范围为20Hz~20KHz，声音信号频谱分析一般不需要对每个频率成分进行具体分析。为了方便起见，人们把20Hz~20KHz的声频范围分为几个段落，每个频带成为一个频程。频程的划分采用恒定带宽比，即保持频带的上、下限之比为一常数。实验证明，当声音的声压级不变而频率提高一倍时，听起来音调也提高一倍。

关于倍频程

人耳听音的频率范围为20Hz~20KHz，声音信号频谱分析一般不需要对每个频率成分进行具体分析。为了方便起见，人们把20Hz~20KHz的声频范围分为几个段落，每个频带成为一个频程。频程的划分采用恒定带宽比，即保持频带的上、下限之比为一常数。实验证明，当声音的声压级不变而频率提高一倍时，听起来音调也提高一倍。



若使每一频带的上限频率比下限频率高一倍，即频率之比为2，这样划分的每一个频程称为1倍频程，简称倍频程。如果在一个倍频程的上、下限频率之间再插入两个频率，使4个频率之间的比值相同（相邻两频率比值=1.26倍），这样将一个倍频程划分为3个频程，称这种频程为1/3倍频程。所以，我们通常使用的31段均衡器也称为1/3倍频程均衡器。



两个频率相比为2的声音间的频程，一倍频程之间为八度的音高关系，即频率每增加一倍，音高增加一个倍频程。总结一句话定义倍频程就是：频率为2:1的频率间隔的频带。
 

在噪音测量中，通常用倍频程和1/3倍频程。目前常用的倍频程的中心频率为：31.5、63、125、250、500、1000、2000、4000、8000和16000Hz。1/3倍频程就是把上述每个频程再一分为三，此时所用的中心频率为：40、50、63、80、100、125、160、200、250、320、400、500、630、800、1000、1250、1600、2000、2500、3200、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000。以此频带为横坐标，将在各频带测得的噪音标为纵坐标，即得到噪音频谱。



在中国声学之父马大猷所著“声学手册”中，倍频程的定义为：两个基频相比为2的声音间的距离，亦可称为1/1倍频程。倍频程是指一个频率范围，其定义中的两个基频就是指这个频率范围的最高频率（上限频率）和最低频率（下限频率）。



倍频程还涉及到另外一个概念叫中心频率，中心频率是上限频率与下限频率的乘积的开方。我们经常会讲125Hz倍频程或250Hz倍频程，是指以125Hz或250为中心频率的一个倍频程范围。

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