.svg/1280px-Acoustic_weighting_curves_(1).svg.png)
Фильтр взвешивания используется для подчеркивания или подавления некоторых аспектов явления по сравнению с другими для измерения или других целей.
В каждой области аудиоизмерений используются специальные единицы для указания взвешенного измерения в отличие от базового физического измерения уровня энергии. Для звука единицей является фон ( эквивалентный уровень 1 кГц ).
Звук состоит из трех основных компонентов: длины волны , частоты и скорости . При измерении звука мы измеряем громкость звука в децибелах (дБ). Децибелы являются логарифмическими с 0 дБ в качестве референса. [1] Также существует диапазон частот, которые могут иметь звуки. Частота — это количество раз, которое синусоида повторяется в секунду. [2] Нормальные слуховые системы обычно могут слышать от 20 до 20 000 Гц. [2] Когда мы измеряем звук, измерительный прибор принимает входящий слуховой сигнал и анализирует его на предмет этих различных характеристик. Затем весовые фильтры в этих приборах отфильтровывают определенные частоты и уровни децибел в зависимости от фильтра. Взвешенные фильтры наиболее похожи на естественный человеческий слух. Это позволяет измерителю уровня звука определить, какой уровень децибел входящего звука, вероятно, будет для слуховой системы нормально слышащего человека.
Например, при измерении громкости фильтр A-взвешивания обычно используется для выделения частот около 3–6 кГц, где человеческое ухо наиболее чувствительно, при этом ослабляя очень высокие и очень низкие частоты, к которым ухо нечувствительно. Цель состоит в том, чтобы гарантировать, что измеренная громкость хорошо соответствует субъективно воспринимаемой громкости. A-взвешивание действительно действительно только для относительно тихих звуков и для чистых тонов, поскольку оно основано на 40-фоновом контуре равной громкости Флетчера-Мэнсона . [3] Кривые B и C были предназначены для более громких звуков (хотя они используются реже), в то время как кривая D используется для оценки громкого шума самолетов (IEC 537). Кривые B отфильтровывают больше средних уровней громкости по сравнению с кривыми A. [3] Эта кривая уже редко используется при оценке или мониторинге уровней шума. [4] Кривые C отличаются от A и B тем, что они меньше фильтруют низкие и высокие частоты. [3] Фильтр имеет гораздо более плоскую форму и используется при измерении звука в особенно громких и шумных условиях. [3] Кривые взвешенные A следуют кривой 40 фон, в то время как кривые взвешенные C следуют кривой 100 фон. [4] Три кривые отличаются не измерением уровней воздействия, а измеряемыми частотами. Кривые взвешенные A пропускают больше частот, равных или меньших 500 Гц, что является наиболее репрезентативным для человеческого уха. [4]
Существует множество причин для измерения звука. Это включает в себя соблюдение правил по защите слуха работников , соблюдение правил по шуму , в телекоммуникациях и многое другое. В основе измерения звука лежит идея разложения входящего сигнала на основе его различных свойств. Каждая входящая синусоидальная волна звука имеет частоту и амплитуду. Используя эту информацию, уровень звука может быть выведен из корней квадратов суммы амплитуд всей входящей слуховой информации. [4] Независимо от того, используется ли измеритель уровня звука или дозиметр шума , обработка в некоторой степени похожа. С калиброванным измерителем уровня звука входящие звуки будут улавливаться микрофоном, а затем измеряться внутренними электронными схемами. [5] Измерение звука, которое выводит устройство, может быть отфильтровано с помощью весовой кривой A, B или C. Используемая кривая будет иметь небольшое влияние на результирующий уровень децибел.
В области телекоммуникаций фильтры взвешивания широко используются при измерении электрического шума в телефонных цепях и при оценке шума, воспринимаемого через акустический отклик различных типов приборов (трубки). Существуют и другие кривые взвешивания шума, например, стандарты DIN . Термин псофометрическое взвешивание , хотя и относится в принципе к любой кривой взвешивания, предназначенной для измерения шума, часто используется для обозначения конкретной кривой взвешивания, используемой в телефонии для узкополосных речевых цепей голосового диапазона.
A-взвешенные децибелы сокращенно обозначаются как дБ(А) или дБА. Когда речь идет об акустических ( калиброванный микрофон) измерениях, то используемыми единицами будут дБ SPL ( уровень звукового давления ), отнесенные к 20 микропаскалям = 0 дБ SPL. [6] [nb 1]
Кривая А-взвешивания широко применяется для измерения шума окружающей среды и является стандартной во многих шумомерах ( более подробное объяснение см. в документе ITU-R 468 «Взвешивание»).
A-взвешивание также широко используется для оценки потенциального повреждения слуха, вызванного громким шумом, хотя это, по-видимому, основано на широкой доступности измерителей уровня звука, включающих A-взвешивание, а не на каких-либо хороших экспериментальных доказательствах, подтверждающих обоснованность такого использования. Расстояние измерительного микрофона от источника звука часто «забывается», когда приводятся измерения SPL, что делает данные бесполезными. В случае окружающего или авиационного шума расстояние указывать не нужно, поскольку необходим уровень в точке измерения, но при измерении холодильников и аналогичных приборов расстояние должно быть указано; если не указано иное, оно обычно составляет один метр (1 м). Дополнительным осложнением здесь является эффект реверберирующего помещения, поэтому измерение шума на приборах должно указываться «на расстоянии 1 м в открытом поле» или «на расстоянии 1 м в безэховой камере ». Измерения, выполненные на открытом воздухе, будут хорошо приближаться к безэховым условиям. [ требуется ссылка ]
Измерения уровня шума по шкале A SPL все чаще можно встретить в рекламных проспектах для бытовой техники, такой как холодильники и морозильники, а также компьютерные вентиляторы. Хотя порог слышимости обычно составляет около 0 дБ SPL, на самом деле это очень тихо, и уровень шума у бытовой техники, скорее всего, составит от 30 до 40 дБ SPL.
Чувствительность человека к шуму в области 6 кГц стала особенно очевидной в конце 1960-х годов с появлением компактных кассетных магнитофонов и шумоподавления Dolby-B . Было обнаружено, что измерения шума по шкале А дают вводящие в заблуждение результаты, поскольку они не дают достаточного представления о диапазоне 6 кГц, где шумоподавление оказывает наибольший эффект, и иногда одно оборудование даже показывает худшие результаты, чем другое, но при этом звучит лучше из-за различного спектрального состава.
Поэтому было разработано взвешивание шума ITU-R 468 для более точного отражения субъективной громкости всех типов шума, в отличие от тонов. Эта кривая, которая появилась в результате работы, проделанной Исследовательским отделом BBC , была стандартизирована CCIR и позже принята многими другими органами по стандартизации ( IEC , BSI /) и, по состоянию на 2006 год [update], поддерживается ITU. Измерения шума с использованием этого взвешивания обычно также используют закон квазипикового детектора, а не медленное усреднение. Это также помогает количественно оценить слышимость импульсного шума, тиканья и хлопков, которые могут остаться незамеченными при медленном среднеквадратичном измерении.
Взвешивание шума ITU-R 468 с квазипиковым обнаружением широко используется в Европе [7] , особенно в телекоммуникациях, и в вещании, особенно после того, как оно было принято корпорацией Dolby, которая осознала его превосходную пригодность для своих целей. Его преимущества перед A-взвешиванием, похоже, менее оценены в США и в потребительской электронике, где преобладает использование A-взвешивания — вероятно, потому, что A-взвешивание дает на 9–12 дБ «лучшую» спецификацию, см. specsmanship. [ необходима цитата ] [ нейтральность оспаривается ] Он широко используется вещателями в Великобритании , Европе и бывших странах Британской империи, таких как Австралия и Южная Африка.
Хотя уровень шума 16-битных аудиосистем (например, проигрывателей компакт-дисков) обычно оценивается (на основе расчетов, не учитывающих субъективный эффект) как -96 дБ относительно полной шкалы (FS), наилучшие результаты по 468-взвешенным значениям находятся в районе -68 дБ относительно уровня выравнивания (обычно определяемого как 18 дБ ниже полной шкалы), т. е. -86 дБ относительно полной шкалы.
Использование весовых кривых ни в коем случае не следует считать «обманом», при условии использования надлежащей кривой. Ничего существенного не «скрывается», и даже когда, например, гул присутствует на частоте 50 или 100 Гц на уровне выше указанного (взвешенного) уровня шума, это не имеет значения, поскольку наши уши очень нечувствительны к низким частотам на низких уровнях, поэтому он не будет услышан. A-взвешивание часто используется для сравнения и квалификации АЦП , например, потому что оно более точно представляет способ, которым формирование шума скрывает шум дизеринга в ультразвуковом диапазоне.
При измерении гамма-лучей или другого ионизирующего излучения радиационный монитор или дозиметр обычно использует фильтр для ослабления тех уровней энергии или длин волн, которые наносят наименьший вред человеческому телу, пропуская те, которые наносят наибольший вред, так что любой источник излучения может быть измерен с точки зрения его истинной опасности, а не только его «силы». Зиверт — это единица взвешенной дозы радиации для ионизирующего излучения , которая заменяет старую единицу REM ( рентгеновский эквивалент человека).
Взвешивание также применяется к измерению солнечного света при оценке риска повреждения кожи через солнечные ожоги , поскольку разные длины волн имеют разные биологические эффекты. Распространенными примерами являются SPF солнцезащитного крема и УФ-индекс .
Другое применение взвешивания — телевидение, где красный, зеленый и синий компоненты сигнала взвешиваются в соответствии с их воспринимаемой яркостью. Это обеспечивает совместимость с черно-белыми приемниками, а также улучшает шумовые характеристики и позволяет разделять на значимые сигналы яркости и цветности для передачи.
{{cite book}}: |website=проигнорировано ( помощь )