Фильтр взвешивания - Weighting filter

Кривые акустического взвешивания (1) .svg

Взвешивающий фильтр используется , чтобы подчеркнуть или подавлять некоторые аспекты явления по сравнению с другими, для измерения или для других целей.

Аудио приложения

В каждой области измерения звука используются специальные единицы для обозначения взвешенного измерения в отличие от базового физического измерения уровня энергии. Для звука единицей измерения является фон ( эквивалентный уровень 1  кГц ).

Звук

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 эталона. Есть также диапазон частот, которые могут иметь звуки. Частота - это количество повторений синусоидальной волны за секунду. Нормальная слуховая система обычно может слышать от 20 до 20 000 Гц. Когда мы измеряем звук, измерительный инструмент принимает входящий слуховой сигнал и анализирует его на предмет этих различных характеристик. Затем взвешивающие фильтры в этих приборах отфильтровывают определенные частоты и уровни децибел в зависимости от фильтра. Взвешенные фильтры больше всего похожи на естественный человеческий слух. Это позволяет измерителю уровня звука определять, какой уровень децибел входящего звука, вероятно, будет для слуховой системы человека с нормальным слухом.

Измерения громкости

Например, при измерении громкости обычно используется взвешивающий фильтр A для выделения частот около 3–6 кГц, где человеческое ухо наиболее чувствительно, при ослаблении очень высоких и очень низких частот, к которым ухо нечувствительно. Цель состоит в том, чтобы гарантировать, что измеренная громкость хорошо соответствует субъективно воспринимаемой громкости. А-взвешивание действительно только для относительно тихих звуков и для чистых тонов, поскольку оно основано на 40-фоновом контуре равной громкости Флетчера – Мансона . В B и кривые C были предназначены для звуков громче (хотя они менее используются) , а кривая D используются при оценке громкого шума воздушного судна ( IEC 537 ). Кривые B отфильтровывают больше средних уровней громкости по сравнению с кривыми A. Эта кривая редко когда-либо используется для оценки или мониторинга уровней шума. Кривые C отличаются от кривых A и B тем, что они меньше фильтруют более низкие и высокие частоты. Фильтр имеет более плоскую форму и используется для измерения звука в особенно громких и шумных средах. Взвешенные кривые следуют за 40-фоновой кривой, а C-взвешенные - за 100-фоновой кривой. Три кривые различаются не измерениями уровней воздействия, а измеренными частотами. Взвешенные кривые допускают пропускание большего количества частот, равных или меньших 500 Гц, что наиболее характерно для человеческого уха.

Измерение громкости с помощью весовых фильтров

Есть множество причин для измерения звука. Это включает в себя следующие правила для слуха защитить работника , следующие шумовых таинств , в области телекоммуникаций , и многое другое. В основе измерения звука лежит идея разбивки входящего сигнала на основе его различных свойств. Каждая входящая синусоидальная звуковая волна имеет частоту и амплитуду. Используя эту информацию, уровень звука можно вывести из корней суммы квадратов амплитуд всей входящей слуховой информации. Независимо от того, используется ли шумомер или дозиметр шума , обработка в чем-то схожа. С откалиброванным измерителем уровня звука поступающие звуки будут улавливаться микрофоном, а затем измеряться внутренними электронными схемами. Измерение звука, которое выводит устройство, можно отфильтровать с помощью весовой кривой A, B или C. Используемая кривая будет иметь небольшое влияние на результирующий уровень децибел.

Телекоммуникации

В области телекоммуникаций взвешивающие фильтры широко используются при измерении электрических шумов в телефонных цепях и при оценке шума, воспринимаемого через акустический отклик различных типов инструментов (телефонных трубок). Существовали и другие кривые взвешивания шума, например стандарты DIN . Термин псофометрическое взвешивание , хотя в принципе относится к любой кривой взвешивания, предназначенной для измерения шума, часто используется для обозначения конкретной кривой взвешивания, используемой в телефонии для узкополосных речевых цепей голосового диапазона .

Измерение шума окружающей среды

Децибелы, взвешенные по шкале А , обозначаются как дБ (А) или дБА. Когда речь идет об акустических измерениях ( калиброванный микрофон), то используются единицы измерения: дБ SPL ( уровень звукового давления ) относительно 20 микропаскалей = 0 дБ SPL.

Кривая A-взвешивания широко применяется для измерения шума окружающей среды и является стандартной для многих шумомеров (более подробное объяснение см. В ITU-R 468 " Взвешивание").

А-взвешивание также широко используется для оценки потенциального повреждения слуха, вызванного громким шумом, хотя это, похоже, основано на широкой доступности измерителей уровня звука, включающих А-взвешивание, а не на каких-либо хороших экспериментальных доказательствах, позволяющих предположить, что такое использование допустимо. . При цитировании измерений звукового давления часто «забывают» расстояние от измерительного микрофона до источника звука, что делает данные бесполезными. В случае шума окружающей среды или шума самолетов расстояние указывать не нужно, поскольку это уровень в точке измерения, который требуется, но при измерении холодильников и аналогичных приборов расстояние следует указывать; если не указано иное, обычно это один метр (1 м). Дополнительной сложностью здесь является эффект помещения с реверберацией, поэтому при измерении шума на приборах следует указывать «на 1 м в открытом поле» или «на 1 м в безэховой камере ». Измерения, выполненные на открытом воздухе, хорошо соответствуют безэховым условиям.

Измерения уровня шума с А-взвешенным звуковым давлением 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 SPL, на самом деле это действительно очень тихо, и бытовые приборы с большей вероятностью будут иметь уровень шума от 30 до 40 дБ SPL.

Аудиовоспроизведение и вещательное оборудование

Lindos3.svg

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, потому что они не дают достаточного внимания области 6 кГц, где снижение шума имело наибольший эффект, а иногда одно оборудование даже измеряет хуже, чем другое, но все же звучит лучше, потому что различного спектрального состава.

Таким образом, взвешивание шума по МСЭ-R 468 было разработано для более точного отражения субъективной громкости всех типов шума, а не тонов. Эта кривая, разработанная Исследовательским отделом BBC , была стандартизирована CCIR, а затем принята многими другими органами по стандартизации ( IEC , BSI /) и с 2006 года поддерживается ITU. Измерения шума с использованием этого взвешивания обычно также используют квазипиковый детекторный закон, а не медленное усреднение. Это также помогает количественно оценить слышимость взрывных шумов, тиков и хлопков, которые могут остаться незамеченными при медленном измерении среднеквадратичного значения.

Взвешивание шума ITU-R 468 с квазипиковым обнаружением широко используется в Европе, особенно в телекоммуникациях, и в радиовещании, особенно после того, как оно было принято корпорацией Dolby, которая осознала его превосходную пригодность для своих целей. Его преимущества по сравнению с A-взвешиванием, по-видимому, менее ценится в США и в бытовой электронике, где преобладает использование A-взвешивания - вероятно, потому, что A-взвешивание дает «лучшие» характеристики на 9–12 дБ, см. Технические характеристики . 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 (например, проигрывателей компакт-дисков) обычно указывается (на основе расчетов, не принимающих во внимание субъективный эффект) как -96 дБ относительно полной шкалы, лучший из 468-взвешенных результаты находятся в области –68 дБ относительно уровня выравнивания (обычно определяемого как 18 дБ ниже FS), т. е. –86 дБ относительно FS.

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

Другие приложения взвешивания

При измерении гамма-лучей или другого ионизирующего излучения радиационный монитор или дозиметр обычно используют фильтр для ослабления тех уровней энергии или длин волн, которые причиняют наименьший ущерб человеческому телу, и пропускания тех, которые наносят наибольший ущерб, так что любой источник излучения можно измерить с точки зрения его истинной опасности, а не просто его «силы». Зиверт является единицей взвешенной дозы облучения для ионизирующего излучения , которая заменяет старший блок на REM ( Рентгены эквивалентен человек).

Взвешивание также применяется к измерению солнечного света при оценке риска повреждения кожи солнечным ожогом , поскольку разные длины волн имеют разные биологические эффекты. Распространенными примерами являются SPF солнцезащитного крема и УФ-индекс .

Другое использование взвешивания - это 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 разделить на значимые сигналы яркости и цветности для передачи.

Смотрите также

Заметки

Рекомендации

Внешние ссылки