一种数字式的声级计脉冲计权方法及装置与流程

本发明涉及音频测量技术领域，具体而言，涉及一种数字式的声级计脉冲计权方法及装置。

背景技术：

噪声是当代环境的主要污染源之一，对于人们的正常工作、休息和身心健康都造成了严重影响。另外，脉冲噪声具有比稳态噪声更大的危害性，例如战场上的枪炮声、生活中短暂的巨响声导致人暂时失聪或者全聋的情况屡有发生。针对不同的噪声信号，IEC61672推荐声级计采用慢(S)、快(F)和脉冲(I)三种时间计权方式，以对变化速度不同的噪声进行测量。其中，S计权用以测量稳态噪声(时间常数τ＝1s)，F计权用以测量波动较大的非稳态噪声和交通运输噪声(时间常数τ＝125ms)，I计权用于测量持续时间较长的脉冲噪声(时间常数τ＝35ms)，如冲床、按锤等产生的噪声。

目前，声级计的S计权、F计权已有全数字化的实现模型，其能够完全满足1级声级计的要求。然而，脉冲计权却至今没有数字化模型，通常采用传统的模拟电路实现方法对噪声进行测量，一方面使得设备的体积大、调试不便和测量误差大；另一方面，S计权和F计权的数学化模型衰减速率过快，不能满足脉冲计权下2.9dB/s的衰减要求，严重制约了脉冲噪声测量的准确性。

技术实现要素：

本发明提供了一种数字式的声级计脉冲计权方法及装置，旨在实现脉冲噪声测量的数字化，提高测量结果的准确性。

第一方面，本发明实施例提供的一种数字式的声级计脉冲计权方法，包括：采集噪声的瞬时声压信号p(n)，其中，n为n时刻；

对所述瞬时声压信号p(n)进行频率计权，得到频率计权信号p_AC(n)，对所述频率计权信号p_AC(n)进行平方运算，得到频率计权平方信号p²_AC(n)；

将所述频率计权平方信号p²_AC(n)进行滤波，得到数字滤波信号

对所述数字滤波信号进行数字化峰值检波，得到检波输出结果及

根据所述检波输出结果计算得到脉冲计权输出结果。

优选地，所述对所述瞬时声压信号p(n)进行频率计权的步骤包括：

根据频率A计权方式，采用下述计算公式计算所述频率计权信号p_AC(n)：

p_AC(n)＝1.96922p_AC(n-1)-5.5685p_AC(n-2)+3.57262p_AC(n-3)-0.7980p_AC(n-4)

-0.02202p_AC(n-5)-0.00143p_AC(n-6)+0.24220p(n)-0.48441p(n-1)

-0.2422p(n-2)+0.96882p(n-3)-0.2422p(n-4)-0.48441p(n-5)

+0.2422p(n-6)

。

优选地，所述对所述瞬时声压信号p(n)进行频率计权的步骤包括：

根据频率C计权方式，采用下述计算公式计算所述频率计权信号p_AC(n)：

p_AC(n)＝1.96922p_AC(n-1)-0.94413p_AC(n-2)-0.02494p_AC(n-3)-0.00016p_AC(n-3)

+0.2557p(n)-0.5114p(n-2)+0.2557p(n-4)

。

优选地，所述将所述频率计权平方信号p²_AC(n)进行滤波，得到数字滤波信号的计算公式为：

$p_{AC\mathrm{\τ}}^2\left(n\right)=\frac{1}{1+{\mathrm{\τ}}_1/\mathrm{\Δ}t}{p}_{AC}^2\left(n\right)+\frac{{\mathrm{\τ}}_1/\mathrm{\Δ}t}{1+{\mathrm{\τ}}_1/\mathrm{\Δ}t}{p}_{AC\mathrm{\τ}}^2(n-1);$

其中，Δt为采样周期，τ₁为时间常数，且τ₁＝35ms，的初始状态

优选地，所述对所述数字滤波信号进行数字化峰值检波，得到检波输出结果的步骤包括：

判断所述数字滤波信号与的大小关系；

当所述时，所述检波输出结果等于

当所述时，所述检波输出结果等于

其中，τ₂为衰减时间常数，且τ₂＝1500ms，Δt为采样周期。

第二方面，本发明实施例提供的一种数字式的声级计脉冲计权装置，包括：

采样模块，用于采集噪声的瞬时声压信号p(n)，其中，n为n时刻；

平方运算模块，用于对所述瞬时声压信号p(n)进行频率计权，得到频率计权信号p_AC(n)，对所述频率计权信号p_AC(n)进行平方运算，得到频率计权平方信号p²_AC(n)；

数字滤波模块，用于将所述频率计权平方信号p²_AC(n)进行滤波，得到数字滤波信号

峰值检波模块，用于对所述数字滤波信号进行数字化峰值检波，得到检波输出结果及

运算模块，用于根据所述检波输出结果计算得到脉冲计权输出结果。

优选地，所述平方运算模块还用于根据频率A计权方式，采用下述计算公式计算所述频率计权信号p_AC(n)：

p_AC(n)＝1.96922p_AC(n-1)-5.5685p_AC(n-2)+3.57262p_AC(n-3)-0.7980p_AC(n-4)

-0.02202p_AC(n-5)-0.00143p_AC(n-6)+0.24220p(n)-0.48441p(n-1)

-0.2422p(n-2)+0.96882p(n-3)-0.2422p(n-4)-0.48441p(n-5)

+0.2422p(n-6)

。

优选地，所述平方运算模块还用于根据频率C计权方式，采用下述计算公式计算所述频率计权信号p_AC(n)：

p_AC(n)＝1.96922p_AC(n-1)-0.94413p_AC(n-2)-0.02494p_AC(n-3)-0.00016p_AC(n-3)

+0.2557p(n)-0.5114p(n-2)+0.2557p(n-4)

。

优选地，所述数字滤波模块采用下述公式计算得到数字滤波信号

$p_{AC\mathrm{\τ}}^2\left(n\right)=\frac{1}{1+{\mathrm{\τ}}_1/\mathrm{\Δ}t}{p}_{AC}^2\left(n\right)+\frac{{\mathrm{\τ}}_1/\mathrm{\Δ}t}{1+{\mathrm{\τ}}_1/\mathrm{\Δ}t}{p}_{AC\mathrm{\τ}}^2(n-1);$

其中，Δt为采样周期，τ₁为时间常数，且τ₁＝35ms，的初始状态

优选地，所述峰值检波模块对所述数字滤波信号进行数字化峰值检波，得到检波输出结果与的方式包括；

判断所述数字滤波信号与的大小关系；

当所述时，所述检波输出结果等于

当所述时，所述检波输出结果等于

其中，τ₂为衰减时间常数，且τ₂＝1500ms，Δt为采样周期。

本发明实施例提供的一种数字式的声级计脉冲计权方法及装置，通过采集噪声的瞬时声压信号，并根据频率A计权方式或频率C计权方式，将该声压信号进行数字滤波和数字化峰值检波等数字化处理后得到检波输出结果，进而能够提高测量结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应该看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施方式提供的一种噪声处理设备的组成框图。

图2是本发明实施方式提供的一种应用于图1所示的噪声处理设备的数字式的声级计脉冲计权方法的流程图。

图3是本发明实施方式提供的一种应用于图1所示的噪声处理设备的数字式的声级计脉冲计权装置的功能模块框图。

图中标记分别为：

噪声处理设备100，声级计脉冲计权装置200；

音频传感器101，信号处理电路102，处理器103，存储器104，存储控制器105，外设接口106，输入输出单元107，显示单元108；

采样模块201，平方运算模块202，数字滤波模块203，峰值检波模块204，运算模块205。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，是所述噪声处理设备100的方框示意图。所述噪声处理设备100包括音频传感器101、信号处理电路102、处理器103、存储器104、存储控制器105、外设接口106、输入输出单元107和显示单元108等。

所述音频传感器101、信号处理电路102、处理器103、存储器104、存储控制器105、外设接口106、输入输出单元107和显示单元108各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。

其中，所述存储器104可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。其中，存储器104用于存储程序，所述处理器103在接收到执行指令后，执行所述程序。

处理器103可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器103可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述外设接口106将各种输入/输出装置耦合至处理器103以及存储器104。在一些实施例中，外设接口106，处理器103以及存储控制器105可以在单个芯片中实现。在其他一些实例中，他们可以分别由独立的芯片实现。

如图2所示，是本发明实施方式提供的应用于图1所示的噪声处理设备100的数字式的声级计脉冲计权方法的流程图。该计权方法包括以下步骤。

步骤S101：采集噪声的瞬时声压信号p(n)。本实施例中，该步骤S101可由所述采样模块201执行。

本实施例中，通过将音频传感器101置于噪声环境中，用于感测所述噪声的瞬时声压信号p(n)，其中，n为n时刻。其中，所述音频传感器101将采集到的瞬时声压信号发送给所述信号处理电路102，以对所述瞬时声压信号进行信号预处理和模数转换。所述信号处理电路102则输出与所述瞬时声压信号p(n)相对应的数字声压信号，并将所述数字声压信号p(n)发送给所述处理器103。

步骤S102：对所述瞬时声压信号p(n)进行频率计权，得到频率计权信号p_AC(n)，对所述频率计权信号p_AC(n)进行平方运算，得到频率计权平方信号p²_AC(n)。本实施例中，所述步骤S102可由所述平方运算模块202执行。

本实施例中，声级计经过频率计权测得的声压级称为声级，所述频率计权可以包括频率A计权和频率C计权。其中，频率A计权是模拟人耳对等响曲线中40方纯音的响应，它的曲线形状与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。频率C计权是模拟人耳对100方纯音的响应，在整个音频范围内有近乎平直的响应。所述处理器103对接收到的数字声压信号p(n)进行频率A计权或频率C计权，得到频率计权信号p_AC(n)。并对得到的频率计权信号p_AC(n)进行平方运算，得到频率计权平方信号p²_AC(n)。

具体地，当所述频率计权为频率A计权方式时，可以通过下述计算公式计算所述频率计权信号p_AC(n)：

p_AC(n)＝1.96922p_AC(n-1)-5.5685p_AC(n-2)+3.57262p_AC(n-3)-0.7980p_AC(n-4)

-0.02202p_AC(n-5)-0.00143p_AC(n-6)+0.24220p(n)-0.48441p(n-1)

-0.2422p(n-2)+0.96882p(n-3)-0.2422p(n-4)-0.48441p(n-5)

+0.2422p(n-6)

当所述频率计权为频率C计权方式时，可以通过下述计算公式计算所述频率计权信号p_AC(n)：

p_AC(n)＝1.96922p_AC(n-1)-0.94413p_AC(n-2)-0.02494p_AC(n-3)-0.00016p_AC(n-3)

+0.2557p(n)-0.5114p(n-2)+0.2557p(n-4)

步骤S103：将所述频率计权平方信号p²_AC(n)进行滤波，得到数字滤波信号本实施例中，所述步骤S103可由所述数字滤波模块203执行。

其中，计算出的所述频率计权平方信号p²_AC(n)为一宽频带的数字信号，为了得到预设频带范围内的频率计权平方信号p²_AC(n)，需要对所述频率计权平方信号p²_AC(n)进行滤波，得到数字滤波信号本实施例中，所述数字滤波信号为低频数字信号。

具体地，所述数字滤波模块203还用于采用下述公式计算得到数字滤波信号

$p_{AC\mathrm{\τ}}^2\left(n\right)=\frac{1}{1+{\mathrm{\τ}}_1/\mathrm{\Δ}t}{p}_{AC}^2\left(n\right)+\frac{{\mathrm{\τ}}_1/\mathrm{\Δ}t}{1+{\mathrm{\τ}}_1/\mathrm{\Δ}t}{p}_{AC\mathrm{\τ}}^2(n-1)$

其中，Δt为采样周期，τ₁为时间常数，且τ₁＝35ms，的初始状态

步骤S104：对所述数字滤波信号进行数字化峰值检波，得到检波输出结果本实施例中，所述步骤S104可由所述峰值检波模块204执行。

其中，将所述数字滤波信号进行数字化峰值检波，得到检波输出结果具体地，首先判断所述数字滤波信号与的大小关系；然后根据所述数字滤波信号与的大小关系计算检波输出结果。当所述时，所述检波输出结果等于当所述时，所述检波输出结果等于其中，τ₂为衰减时间常数，且τ₂＝1500ms，Δt为采样周期。

步骤S105：根据所述检波输出结果计算得到脉冲计权输出结果。本实施例中，所述步骤S105可由所述运算模块205执行。

具体地，所述计算可以是对所述检波输出结果进行开平方后求对数，得到脉冲计权输出结果。

如图3所示，是本发明实施例提供的一种应用于图1所示的噪声处理设备100的数字式的声级计脉冲计权装置200的功能模块框图。所述声级计脉冲计权装置200包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器104中的软件功能模块。所述处理器103用于执行存储器104中存储的可执行模块，例如所述声级计脉冲计权装置200包括的软件功能模块或计算机程序。所述声级计脉冲计权装置200包括采样模块201、平方运算模块202、数字滤波模块203、峰值检波模块204和运算模块205。

本实施例中,所述采样模块201用于采集噪声的瞬时声压信号p(n)，其中，n为n时刻。该采样模块201可以包括音频传感器101和信号处理电路102。关于所述采样模块201的描述具体可参照对图2中步骤S101的描述。也即，所述步骤S101可以由所述采样模块201来执行。

所述平方运算模块202用于对所述瞬时声压信号p(n)进行频率计权，得到频率计权信号p_AC(n)，对所述频率计权信号p_AC(n)进行平方运算，得到频率计权平方信号p²_AC(n)。其中，所述频率计权可以是，但不限于，频率A计权和频率C计权。当所述频率计权为频率A计权时，采用下述计算公式计算所述频率计权信号p_AC(n)：

p_AC(n)＝1.96922p_AC(n-1)-5.5685p_AC(n-2)+3.57262p_AC(n-3)-0.7980p_AC(n-4)

-0.02202p_AC(n-5)-0.00143p_AC(n-6)+0.24220p(n)-0.48441p(n-1)

-0.2422p(n-2)+0.96882p(n-3)-0.2422p(n-4)-0.48441p(n-5)

+0.2422p(n-6)

。

当所述频率计权为频率C计权时，采用下述计算公式计算所述频率计权信号p_AC(n)：

p_AC(n)＝1.96922p_AC(n-1)-0.94413p_AC(n-2)-0.02494p_AC(n-3)-0.00016p_AC(n-3)

+0.2557p(n)-0.5114p(n-2)+0.2557p(n-4)

。

关于所述平方运算模块202的描述具体可参照对图2中步骤S102的描述。也即，所述步骤S102可以由所述平方运算模块202来执行。

所述数字滤波模块203用于将所述频率计权平方信号p²_AC(n)进行滤波，得到数字滤波信号本实施例中，所述数字滤波模块203还用于采用下述公式计算得到数字滤波信号

$p_{AC\mathrm{\τ}}^2\left(n\right)=\frac{1}{1+{\mathrm{\τ}}_1/\mathrm{\Δ}t}{p}_{AC}^2\left(n\right)+\frac{{\mathrm{\τ}}_1/\mathrm{\Δ}t}{1+{\mathrm{\τ}}_1/\mathrm{\Δ}t}{p}_{AC\mathrm{\τ}}^2(n-1).$

其中，Δt为采样周期，τ₁为时间常数，且τ₁＝35ms，的初始状态关于所述数字滤波模块203的描述具体可参照对图2中步骤S103的描述。也即，所述步骤S103可以由所述数字滤波模块203来执行。

所述峰值检波模块204用于对所述数字滤波信号进行数字化峰值检波，得到检波输出结果本实施例中，所述峰值检波模块204用于判断所述数字滤波信号与的大小关系。

当所述时，所述检波输出结果等于

当所述时，所述检波输出结果等于

其中，τ₂为衰减时间常数，且τ₂＝1500ms，Δt为采样周期。

关于所述峰值检波模块204的描述具体可参照对图2中步骤S104的描述。也即，所述步骤S104可以由所述峰值检波模块204来执行。

所述运算模块205用于根据所述检波输出结果计算得到脉冲计权输出结果。关于所述运算模块205的描述具体可参照对图2中步骤S105的描述。也即，所述步骤S105可以由所述运算模块205来执行。

本发明实施例提供的一种数字式的声级计脉冲计权方法及装置，通过采集噪声的瞬时声压信号，并根据频率A计权方式或频率C计权方式，将该声压信号进行数字滤波和数字化峰值检波等数字化处理后得到检波输出结果，进而能够提高测量结果的准确性。

需要说明的是，在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。