在這篇文章中，我們將回答技術(shù)支持部門經(jīng)常收到的一個問題：如何使用 APx500 音頻分析儀測量等效連續(xù)聲級 Leq,T和 A 計權(quán)等效連續(xù)聲級 LAeq,T？

等效連續(xù)聲級

在大多數(shù)環(huán)境中，環(huán)境聲級隨時間不斷波動。等效連續(xù)聲級 (Leq) 的定義是，在給定時間內(nèi)，與波動聲級具有相同總能量的恒定聲壓級。等效連續(xù)聲級的 A 計權(quán)版本稱為 LAeq，采用相同的計算方法，但在測量信號上應(yīng)用了 A計權(quán)濾波器。LAeq通常用于量化環(huán)境中的噪聲水平或工作場所中員工的噪聲暴露情況。該指標(biāo)始終隱含積分時間，并應(yīng)明確標(biāo)注。例如，若總測量時間段（或積分時間）為 T 小時或 T 秒，則記為 LAeq,T，其定義如 (1) 所示：

其中，T 是測量持續(xù)時間，pA(t)是瞬時 A 計權(quán)聲壓（單位 Pa），p0是參考聲壓（20 μPa）。

對于可能不常接觸聲級測量的音頻測試工程師而言，“等效連續(xù)聲級”（LAeq,T）這一術(shù)語或許顯得陌生。但通過重新排列公式 (1)，如 (2) 所示，我們可以用更熟悉的術(shù)語來表達(dá)這一概念。

在這種形式下，您可能會發(fā)現(xiàn)分子項(xiàng)本質(zhì)上就是聲壓的均方根值（單位 Pa），即時間 T 內(nèi)的均方根聲壓級，記為 Prms(3)。音頻分析儀最擅長的功能之一就是測量均方根電平。

將（3）代入（2），就得到了將以帕（Pa）為單位的均方根聲壓級轉(zhuǎn)換為以 dBSPL 為單位的聲壓級的經(jīng)典公式。

因此，時間段T的等效連續(xù)聲級就是以 dBSPL 表示的聲信號均方根電平。要獲得 A 計權(quán)版本，我們只需在計算均方根電平之前對信號應(yīng)用 A 計權(quán)濾波器即可。

在 APx 中測量LAeq,T

在 APx500 軟件中，使用模擬測量傳聲器測量 Leq的第一步是將Measure選項(xiàng)設(shè)置為Acoustic。這將測量單位更改為 Pa 或 dBSPL，并可為每個輸入通道分配以 V/Pa 為單位的傳聲器靈敏度。

圖 1. Measure 選項(xiàng)

接下來，應(yīng)使用傳聲器校準(zhǔn)對話框（圖 2）輸入每個采集傳聲器的靈敏度，可以按照其校準(zhǔn)表輸入，也可以使用聲級校準(zhǔn)器進(jìn)行校準(zhǔn)。另外，如果傳聲器支持傳感器電子數(shù)據(jù)表 (TEDS) ，且 APx 設(shè)備具有 TEDS 功能，則 APx 可以直接讀取傳聲器靈敏度。

圖 2. APx 中的傳聲器校準(zhǔn)對話框。單擊 “校準(zhǔn) ”按鈕可獲取所選通道的傳聲器靈敏度測量值。

要測量 A 計權(quán)聲壓級，必須應(yīng)用 A 計權(quán)濾波器。在工作臺模式下（Bench Mode），加權(quán)濾波器應(yīng)用于信號路徑設(shè)置的輸入部分（圖 3），并在時域中作為數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)。使用 A 計權(quán)濾波器時，帶寬可設(shè)置為最低的 22.4 kHz，高通和低通濾波器應(yīng)分別設(shè)置為直流和 ADC 通帶，這樣它們就不會增加 A 計權(quán)濾波器的衰減。

圖 3. 信號路徑設(shè)置的輸入濾波器部分配置為 A 計權(quán)。

在序列模式中（Sequence Mode），計權(quán)濾波器也可以應(yīng)用于信號路徑設(shè)置，在這種情況下，它們也是在時域中實(shí)現(xiàn)的。但序列模式（Sequence Mode）為計權(quán)濾波器提供了一個額外的選項(xiàng)，因?yàn)樾蛄心Ｊ街校⊿equence Mode）的許多測量，如Noise (RMS) 和 Noise Recorder（RMS）也有一個計權(quán)濾波器控制。序列模式（Sequence Mode）中單個測量的計權(quán)濾波器是通過 FFT 分析在頻域中實(shí)現(xiàn)的。是在信號路徑設(shè)置中應(yīng)用 A 計權(quán)濾波器，還是在單項(xiàng)測量中應(yīng)用 A 計權(quán)濾波器，取決于用戶的偏好。但是，在信號通路設(shè)置和同一信號通路下的測量中都不能同時應(yīng)用計權(quán)濾波器，這一點(diǎn)非常重要。這將對信號進(jìn)行兩次 A 計權(quán)，從而產(chǎn)生不正確的結(jié)果。

在 “信號通路設(shè)置 ”中應(yīng)用 A 計權(quán)濾波器后，同一信號通路中各個測量的輸入濾波器應(yīng)設(shè)置為 “信號通路”，如圖 4 所示。

圖 4. 當(dāng)信號路徑設(shè)置濾波器的設(shè)置如圖 3 所示時，Noise (RMS) 測量的濾波器設(shè)置。

APx 中的大多數(shù)測量功能專為正弦波這類激勵信號的 RMS 電平測量而設(shè)計。因此，它們的積分時間非常短，因?yàn)橥ǔＮ覀兿ＭM快完成測量。一個例外是序列模式（Sequence Mode）中的 Noise (RMS) 測量。它的默認(rèn)積分時間為 0.25 秒，但可以設(shè)置為 10.0 秒。該測量中的積分時間稱為采集時間，因?yàn)樵摐y量是基于整個采集信號僅做一次 FFT 處理所計算出的電平。采集時間控制可通過測量的 “Advanced Settings” 面板訪問。該測量是一種持續(xù)更新的儀表顯示類型，因此要測量波動信號，需要通過運(yùn)行序列來完成該測量，并在報告中觀察結(jié)果。

以波動信號為例，請看圖 5 中的語音波形，其電平是在人工嘴 MRP（Mouth Reference Point）位置測量到的典型電平。中間有明顯的空白，瞬時峰值約為 3 Pa（相當(dāng)于 103 dBSPL 的峰值電平）。在 8 秒的總長度內(nèi)測量該波形的 LAeq是多少？從序列欄中（Sequencer) 運(yùn)行 Noise (RMS) 測量，將采集時間設(shè)置為 8.0 秒并應(yīng)用 A 計權(quán)，噪聲電平結(jié)果（即 LAeq,8s）返回值為 82.9 dBSPL。這意味著該信號的等效連續(xù)聲級為 82.9 dBA。

圖 5. 人工嘴在MRP測量到的語音波形。

從 APxRecorder測量中得到 Leq

在 APx 中測量 Leq的更好方法是利用序列模式（Sequence Mode）下的 Noise Recorder (RMS)和工作臺模式（Bench Mode）下的Recorder 等測量方法。這些測量可記錄輸入信號的短期均方根電平與時間的關(guān)系，并像條形圖記錄儀一樣顯示出來。它們最長測試時間可設(shè)置為 7 天。Sequence Mode Recorder 測量的讀數(shù)速率從每秒 20 到每秒 0.1，Bench Mode Recorder 的讀數(shù)速率從每秒 250 到每秒 1.0。

測量完成后，均方根電平結(jié)果將顯示整個測量時間內(nèi)的均方根電平與時間的關(guān)系，各點(diǎn)之間的間隔（1/讀取速率）以秒為單位。每個點(diǎn)代表短期均方根電平（即短期 Leq）。圖 6 顯示了圖 5 中語音波形的均方根電平結(jié)果，分別使用 Noise Recorder 以每秒 20 次的讀取速率和Bench Mode Recorder 以每秒 250 次的讀取速率進(jìn)行測量。

圖 6. 均方根電平與時間的對比結(jié)果 - 上圖：噪聲記錄儀，讀數(shù)速度為 20 讀數(shù)/秒；下圖：工作臺模式記錄儀，讀數(shù)速度為 250 讀數(shù)/秒。

要從 RMS 信號電平與時間對比結(jié)果中獲得總體均方根電平（總體 Leq），可以使用名為 RMS 的派生結(jié)果（Derived Result）。要創(chuàng)建它，請右鍵單擊Add Derived Result - Min/Max Statistics - Single Value - RMS。這樣就能根據(jù) RMS 電平隨時間變化結(jié)果中的短期均方根電平計算出整體均方根電平。對于上面的語音波形，Noise Recorder (RMS) 和 Bench Mode recorder的 RMS 推導(dǎo)結(jié)果的均方根電平（或 LAeq,8s）值均為 82.9 dBSPL。

需要注意的是，如果不使用 A 計權(quán)，且信號含有大量低頻能量，則應(yīng)使用 Bench Mode 中的 Recorder 以獲得更高的精度。這是因?yàn)樾蛄心Ｊ剑⊿equence Mode）中的均方根電平是通過 FFT 分析計算的，而在較高的讀取速率下，F(xiàn)FT 長度太短，無法準(zhǔn)確估計低頻信號的電平。例如，在測量無計權(quán)濾波器的粉紅噪聲信號時，使用 Noise Recorder (RMS) 測得的總有效值電平比使用 Noise (RMS) 測得的值低約 1.6 dB。然而，當(dāng)信號經(jīng)過 A 計權(quán)或分析白噪聲信號時，這兩個測量值之間的差異為 0.03 dB 或更小。相比之下，使用粉紅噪聲和無計權(quán)濾波器的 Bench Mode Recorder 和 Noise (RMS) 之間的最壞情況差值為 0.14 dB。

這種從短期 Leq值計算較長時間 Leq值的技術(shù)在環(huán)境聲學(xué)中得到廣泛應(yīng)用。