一種非平穩(wěn)噪聲信號的時域數(shù)字計權(quán)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種噪聲信號分析處理方法，特別是關(guān)于一種頻率成分隨時間迅速變 化的非平穩(wěn)噪聲信號的時域數(shù)字計權(quán)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 人耳對于聲音感知的動態(tài)范圍較大，聽覺感受到的響度大小與聲壓比的對數(shù)值成 一定的比例關(guān)系，因而聲學(xué)中用聲壓級的概念來反映人耳對響度的自觀感受特征。另外，由 于人耳構(gòu)造的特殊性，人耳對不同頻率的噪聲有不同的靈敏度，為了獲得與人的主觀感覺 相符的評價標(biāo)準(zhǔn)，使測量得到的分貝值與主觀上感受到的響度有一定的相關(guān)性，國際標(biāo)準(zhǔn) 化組織根據(jù)等響曲線的特點對聲音施加不同的頻帶計權(quán)處理，目前常用的計權(quán)有A、B、C三 種。對聲音信號的處理中，聲壓級的計算可以根據(jù)理論公式計算，然而聲信號的計權(quán)聲壓級 處理卻存在較多問題。傳統(tǒng)的計權(quán)聲壓級處理方法是采用模擬濾波器，通過硬件對不同頻 帶的聲壓信號進(jìn)行不同幅值的衰減，這種方法的缺點是模擬電路的參數(shù)調(diào)整困難，而且使 用環(huán)境條件變化、器件的發(fā)熱、老化等都會導(dǎo)致器件參數(shù)的變化。
[0003] 隨著計算機(jī)和信號處理技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字方法開始被用來進(jìn)行噪聲信號的分析與 處理。對于平穩(wěn)信號，快速傅利葉變換可以用來對聲信號進(jìn)行計權(quán)計算，并獲得較好的精 度。而對于非平穩(wěn)信號，人們常采用短時傅利葉變換對聲信號進(jìn)行計權(quán)處理，但是由于傅 利葉變換是線性恒分辨率的變換方法，處理非平穩(wěn)時變信號時，會出現(xiàn)頻譜泄漏的問題，進(jìn) 而使計權(quán)結(jié)果產(chǎn)生較大誤差。小波變換方法是一種非線性多分辨率的變換方法，處理非平 穩(wěn)時變信號時具有很大的優(yōu)勢。但是現(xiàn)有的小波變換計權(quán)方法是對已知的小波函數(shù)進(jìn)行 改造，根據(jù)計權(quán)子帶寬分別進(jìn)行濾波處理，然后分別進(jìn)行聲壓級修正，最后對各子帶的計權(quán) 聲壓級進(jìn)行加和，從而獲得總的計權(quán)聲壓級，比如：汪光森等，基于正交小波變換的計權(quán)聲 級測量，儀器儀表學(xué)報，2004。這種計算方法繁瑣復(fù)雜，需要進(jìn)行多次濾波計算（子帶的數(shù) 量），計算量大，同時還存在子帶頻譜能量混疊而帶來計算誤差的問題。另外，這種方法不能 獲得聲音的計權(quán)時域波動信號。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提出一種不僅能夠有效解決頻譜泄漏、減少計權(quán)計算誤差，而且 能夠有效提高計算效率的非平穩(wěn)噪聲信號的時域數(shù)字計權(quán)處理方法。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種非平穩(wěn)噪聲信號的時域數(shù)字計 權(quán)方法，其包括以下步驟：
[0006] 1)以采集頻率為fs對非平穩(wěn)噪聲信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲得非平穩(wěn)噪聲數(shù)字信號 Ρ(?;
[0007] 2)根據(jù)噪聲計權(quán)網(wǎng)絡(luò)的倍頻程聲級修正值構(gòu)建計權(quán)幅值曲線A(f):
【主權(quán)項】
1. 一種非平穩(wěn)噪聲信號的時域數(shù)字計權(quán)方法，其包括以下步驟： 1) 以采集頻率為fs對非平穩(wěn)噪聲信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲得非平穩(wěn)噪聲數(shù)字信號 Ρ(?; 2) 根據(jù)噪聲計權(quán)網(wǎng)絡(luò)的倍頻程聲級修正值構(gòu)建計權(quán)幅值曲線A(f): 成/.) = 101''^⑴以 /e[2。2./:(/)，2〇· 2./:(/)];/ = 1，2"·.Λ， (1) 其中，假設(shè)噪聲計權(quán)網(wǎng)絡(luò)的倍頻程聲級修正值為ALw[f；(i)]，f；(i)是0。類倍頻程中 第i個子帶的中心頻率，i = 1，2,.... N ; 3) 對計權(quán)幅值曲線A(f)進(jìn)行鏡像變換處理，獲取頻域計權(quán)網(wǎng)絡(luò)的非周期實偶函數(shù) A， （f):
4) 對非周期實偶函數(shù)A'（f)進(jìn)行逆傅利葉變換，獲取計權(quán)網(wǎng)絡(luò)的沖激響應(yīng)函數(shù) A，⑴：
其中，t是時間序列，</，〇是逆傅利葉算子，即; 5) 對沖激響應(yīng)函數(shù)A'（t)進(jìn)行加窗截斷處理，選取的窗函數(shù)Wfi (t)為：
I 其中，β是窗提升率，1^是窗寬； 6) 獲得加窗計權(quán)小波函數(shù)，即聯(lián)立式（3)和式（4)獲得加窗計權(quán)小波函數(shù)A'wfi (t)為： A' wP (t) = Wp (t)A' (t) (5) 7) 對加窗計權(quán)小波函數(shù)進(jìn)行插值重采樣，重采樣之后的加窗計權(quán)小波函數(shù)A" wfi(tM) 為： k" wp (tre) = Interp [A' wf3 (t), tre] (6) 其中，Interp表示插值函數(shù)；t,e表示重采樣時間序列，其時間間隔為l/fs; 8) 對采集得到的非平穩(wěn)噪聲數(shù)字信號ρ(τ)與重采樣之后的加窗計權(quán)小波函數(shù)進(jìn)行 相關(guān)比對變換，獲得時域計權(quán)波動信號Pw(t)為： ΡΛ〇 = ^Ττ''2Ρ(τ)Α?β(τ-?)?τ (7) 式中，τ是比對時間序列； 9) 將時域計權(quán)波動信號通過聲級變換計算得到非平穩(wěn)信號的計權(quán)總聲壓級曲線Lw(t) 為： LJt) = ^(\ IT I p^rfch (8),
2. 如權(quán)利要求1所述的一種非平穩(wěn)噪聲信號的時域數(shù)字計權(quán)方法，其特征在于：所述 步驟4)中，進(jìn)行逆傅利葉變換時，分別對頻率f和時間t進(jìn)行離散化，其中，頻率f離散越 細(xì)，沖激響應(yīng)函數(shù)越精確，時間t離散步長越小，描繪沖激響應(yīng)函數(shù)的波形精確。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種非平穩(wěn)噪聲信號的時域數(shù)字計權(quán)方法，其特征在于：在實 際應(yīng)用中，f離散可盡量細(xì)化，時間t的離散步長根據(jù)需要選取，選取原則是小于步驟7)中 插值重采樣的時間間隔。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種非平穩(wěn)噪聲信號的時域數(shù)字計權(quán)方法，其包括以下步驟：1)對非平穩(wěn)噪聲信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲得噪聲數(shù)字信號p(τ)；2)根據(jù)噪聲計權(quán)網(wǎng)絡(luò)的倍頻程聲級修正值構(gòu)建計權(quán)幅值曲線A(f)；3)對計權(quán)幅值曲線A(f)進(jìn)行鏡像變換處理，獲取頻域計權(quán)網(wǎng)絡(luò)的非周期實偶函數(shù)A'(f)：4)進(jìn)行逆傅利葉變換，獲取計權(quán)網(wǎng)絡(luò)的沖激響應(yīng)函數(shù)A'(t)；5)選取窗函數(shù)Wβ(t)對A'(t)進(jìn)行加窗截斷處理；6)獲得加窗計權(quán)小波函數(shù)A'wβ(t)；7)對加窗計權(quán)小波函數(shù)進(jìn)行插值重采樣，使其時間間隔與采集的原始噪聲數(shù)字信號的時間間隔一致；8)對采集得到的非平穩(wěn)噪聲數(shù)字信號p(τ)與加窗計權(quán)小波函數(shù)進(jìn)行相關(guān)比對變換，獲得時域計權(quán)波動信號pw(t)；9)通過聲級變換計算得到非平穩(wěn)信號的計權(quán)總聲壓級曲線Lw(t)。
【IPC分類】G01H17-00
【公開號】CN104729677
【申請?zhí)枴緾N201510067451
【發(fā)明人】連小珉, 鄭四發(fā), 劉海濤, 但佳壁, 楊殿閣, 李克強(qiáng), 羅禹貢, 王建強(qiáng)
【申請人】清華大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年2月9日