声学基础:频率计权大起底
频率计权在描述声压级时使用。比如,世界卫生组织(WHO)建议的最大工作声压级是 LAeq = 85 dB 和 LCpeak = 135 dB。这里的字母 A 和 C 就代表测得声音所应用的频率计权。
好好测试不好吗?为何搞这么复杂?
其实,频率计权跟人耳的听觉系统有关,目的是将电信号修正为与人耳听感相近的数值,它的本质是一组滤波器,实践中非常必要。
先看看人耳听感。相对于高频和低频,人耳对中频(约 500 Hz - 6 kHz)更加敏感。下面的音频示例能让您有直观感受。
三段频率不同,电平相同的信号
这段分别是 125 Hz、1 kHz 和 10 kHz 的声音是以相同的电平录制的。
但是当您播放他们时,会感觉低频(125 Hz)和高频(10 kHz)声音更轻。年长的可能根本听不见 10 kHz 的声音,随着年龄的增长,人们会越难听到高频声音。
注意音量,听听看,如果开头和结尾你都听不见,那 ...
我不会告诉你该保护听力了
需要注意的是:许多因素会影响一个人对响度的感觉。高频音可能更烦人所以显得更响,声反射(比如从您的桌面)会让低频音更响,扬声器的尺寸或质量也会对高低频产生影响,如果您播放的声音过大,系统可能还会抑制信号。考虑所有这些因素,要体验 A 计权效应,我们推荐您用较低音量通过扬声器而不是耳机听示例音频!
等响曲线
经过反复探索,人们还引入等响曲线的概念,更全面的表述了声压级,频率和人耳听感(响度)的关系。
同一曲线不同频率的声压级不同但人耳听感相同
了解了这些就不难理解,如果没有频率计权,明明信号电平都是一样的,可人耳听上去却不一样响,这是反直觉的。频率计权就是为了解决这个问题。
它的作用机理用一张图就能说明:
- 如果一个声音要在整个频带上以均等的声压呈现,则适用上图中的 Z 计权(不计权)曲线;
- 而人耳的物理听觉则由 A 计权曲线表示。实际声学声音比人耳听觉包含更多的高频与低频内容;
- C 计权曲线代表的是当声音调高以后,人们开始对低频也更为敏感的情况。
因此,A 和 C 计权方式对于描述人耳听力相对于真实声学声音的频率响应最有意义。
我要怎么用
这里,测试调音台通道属于音频而非声学测试。如果要从扬声器播放声音,再测试人耳听到的声音,就要模拟人耳对高低频的抑制,使用 A 计权声压级。
当声音不断变大(超出 100 dB),人耳开始对高低频变得敏感。要在声级计中测量这时的声音,需使用 C 计权。
跟人耳听感有关的测试一般用 A 计权
总的来说,使用频率计权的基本原则就是,当进行音频测量以及不需要考虑人耳听感的声学测量时,使用 Z 计权。100 dB 以下的声学测量适用 A 计权,超出 100 dB 时适用 C 计权。