T8-DSA-601 声学分析 声压声品质分析说明

不仅测量声音有多响，更量化声音有多"好听"

执行摘要

两个同为 85 dB 的声音，一个低沉浑厚、一个尖锐刺耳——传统声级计给出的单一分贝数无法区分这种差异，而产品噪声投诉恰恰常常来自"难听"而非"超标"。本模块在一台多通道采集系统上同时完成声压级统计、倍频程频谱、Zwicker 心理声学声品质与纯音自动检测：逐通道给出响度、尖锐度、粗糙度、抖动度、清晰度指数等 16 项量化指标，让"声音品质"从主观感受变为可改进、可验收的工程数据。

一、软件功能概述

本章从使用者角度介绍本模块的设计出发点、完整功能构成与界面布局，帮助您快速建立对软件的整体认识。

（一）这个模块解决什么问题

在声学测量中，A 计权声级只回答"声音有多大"这一个问题。然而同样大小的声音，低频"嗡嗡"声与高频"嘶嘶"声给人的主观感受完全不同：前者沉闷尚可接受，后者烦躁难以忍受。家电、汽车、电机等产品的噪声投诉，多数并非声级超标，而是声音中存在刺听的高频成分或明显的调制"抖动"——这就是声品质问题。

传统方案需要一台声级计测声级、一台倍频程分析仪测频谱、一套专用声品质软件算心理声学指标，三套设备三份数据，难以对齐时间基准，更无法多通道同时分析。

声品质分析模块将上述能力集成到 T8-DSA 振动与声学分析系统中：每次刷新，8 个通道同步完成声压级统计、倍频程谱、FFT 频谱与 Zwicker 声品质计算，一次测量回答"多大、什么成分、好不好听、有没有纯音"四类问题。

（二）功能清单

（三）界面布局

主界面自上而下分为四个区域：

1. 统计值表（顶部）：逐通道列出全部 16 项声学与声品质指标，一次刷新全部更新；

2. 时域声压波形（中部）：选中通道的声压（Pa）时间历程，横轴毫秒；

3. OCT 曲线显示（左下）：倍频程谱视图，可切换 1/3 倍频程 Z/A/C、1/1、1/12 倍频程、特征响度谱与激发级谱；

4. 频谱显示（右下）：可切换 FFT 幅值谱 dB、FFT 相位谱、Fast(125 ms) 时间计权声级时程。

左侧为通道选择面板：勾选参与分析的通道、指定分析通道（纯音检测基于该通道谱线），下方"纯音/峰值检测"列表实时列出主要峰值频率、声级与纯音标注。软件主界面如下图所示：

图 1　声品质分析主界面（统计值表 / 时域波形 / OCT 曲线 / 频谱四区布局）

图 2　1/3 倍频程谱（阶梯化显示，横轴频率对数刻度）

二、应用场景

以下六类典型工况最能体现声品质分析的价值，供您对照自身业务选型参考。

（一）家电与机电产品的声品质改进

空调、冰箱、洗衣机、吸尘器、电机、水泵等产品的噪声，"响度"决定是否超标，"尖锐度"决定是否刺耳，"粗糙度/抖动度"决定是否有恼人的调制声。研发阶段逐项量化这些指标，配合倍频程与特征响度谱定位刺听成分的频率来源，是产品声学竞争力改进的直接依据。

（二）职业噪声暴露评估

车间岗位噪声评估关注的不只是瞬时声级，还有工人 8 小时的累积暴露。模块直接给出噪声暴露剂量（Dose %）与 8 小时时间加权平均声级（TWA），对照职业接触限值即可判定岗位是否需要干预，无需事后手工换算。

（三）风机与风电机组纯音判定

风机噪声法规（如 IEC 61400-11）要求判定噪声中是否存在"可闻纯音"——音调的存在会显著提高投诉风险。模块自动搜索频谱峰值并计算纯音突出率，超过 6 dB 的成分在列表中标注"纯音"，判定过程无需人工读谱。

（四）车间与环境噪声统计评价

起伏噪声（如间歇性设备、交通噪声）用瞬时声级描述会严重失真。模块基于全时段数据计算统计特性（**/最小声级、声暴露级 SEL），配合倍频程谱可进一步识别噪声的频谱构成与主要贡献频段。

（五）语音通信环境评估

控制室、指挥中心、客舱等环境需要保证语音可懂度。清晰度指数（AI）直接量化当前噪声背景下语音传输的清晰程度（0~1），指导背景噪声控制目标与广播系统设计。

（六）培训与演示

模块随 T8-DSA 系统一同交付，使用已采集的标准示例数据即可完整演示全部功能——倍频程阶梯谱、Bark 特征响度谱、Fast 声级时程与纯音检测一屏展示，无需声校准设备即可开展客户演示与新员工培训。

三、测量目的与意义

本章回答一个常见问题："这些指标各自告诉我什么？改哪个指标对产品最有价值？"

四、算法原理

本章用尽量少的数学解释各项指标的计算方式，帮助您理解"数字从哪里来"；技术细节不影响日常使用。

（一）声压级与频率计权

声压级以 20 µPa（人耳 1 kHz 可闻阈）为参考：

Lp = 20 · lg( p / 20 µPa )　[dB]

A 计权与 C 计权按 IEC 61672 规定的逆 R 曲线对频谱逐频带修正：A 计权模拟人耳对低频的不敏感特性（环境与职业噪声评价通用），C 计权平坦、保留低频能量（冲击与峰值评价常用）。

（二）等效声级、声暴露级与统计特性

等效连续声级 Leq 取分析时段声压平方的能量平均；声暴露级 SEL 将整段能量折算到 1 秒（SEL = Leq + 10·lg(T)），便于不同时长事件的公平比较。峭度、峰值因子（Peak/RMS）、脉冲因子（Peak/平均绝对值）、波形因子（RMS/平均绝对值）为无量纲波形统计量——正弦与随机噪声各有典型值，显著偏离即提示冲击或调制成分。

（三）倍频程谱（IEC 61260）

倍频程把 20 Hz ~ 16 kHz 频率范围划分为标准频带：1/1 倍频程 10 带、1/3 倍频程 30 带、1/12 倍频程 84 带。每带声级由带内 FFT 谱线能量求和得到：

L_band = 10 · lg( Σ p² / p0² )　[dB]

显示时按"频带下缘—中心频率—频带上缘"折线阶梯化，与声学测量仪器的显示习惯一致。1/3 倍频程支持 Z / A / C 三种计权切换；A、C 修正量按各带中心频率计算叠加。空频带（无能量）钳位到 0 dB 显示底，避免曲线异常下探。

（四）Fast 时间计权声级时程（IEC 61672）

声级计的"Fast"挡是对瞬时声功率做时间常数 125 ms 的一阶低通指数平均：

Env(i) = α·x²(i) + (1 − α)·Env(i−1)，　α = 1 − exp( −1 / (0.125·Fs) )

模块在数据块之间保存平均状态，下一块从上一块末端无缝衔接，长时程观测不出现每块起点的"跳变尖峰"，与真实声级计的连续时程一致。

（五）Zwicker 响度与临界频带（ISO 532-1）

人耳耳蜗如同一路"滤波器组"：24 个临界频带（Bark 标度）各自感知对应频段的能量。响度计算分四步：

总响度与响度级的换算关系为 Ln = 40 + 10·log₂N（N ≥ 1 sone 时），即响度每翻一倍、响度级增加 10 phon——这正是"人耳感受"与"物理分贝"的本质区别。

（六）尖锐度、粗糙度与抖动度

尖锐度是特征响度按临界频带率加权平均的结果：15.8 Bark 以上的高频带按指数规律加重权重，突出高频刺听成分的贡献，单位 acum。粗糙度与抖动度考察声音包络的快速起伏：对时域信号整流+低通提取包络，分别在 20~200 Hz（粗糙度，人耳在 70 Hz 调制频率处最敏感）与 0.5~20 Hz（抖动度，4 Hz 处最敏感）频段估计调制深度与调制频率，再按心理声学加权曲线折算。

（七）清晰度指数（ANSI S3.5）

将 200 Hz 以上的 15 个 1/3 倍频带按对语音清晰度的"重要性权重"加权：各带信噪比在 −15 ~ +30 dB 区间线性映射到 0~1，加权求和得清晰度指数 AI。AI 越接近 1，语音越容易听清。

（八）纯音突出率检测（IEC 61400-11 口径）

在 FFT 幅值谱上搜索局部极大值作为候选峰值；对每个候选，计算其声级与所在临界频带内平均噪声级之差（突出率）。突出率大于 6 dB 的峰值判定为可闻纯音，在"纯音/峰值检测"列表中以 * 纯音 标注，列表同时给出峰值频率（Hz）与声级（dB），最多显示前 6 个主要峰值。

（九）计算性能

全部指标随每次刷新逐通道并行计算；频谱基础运算复用主分析链的加窗 FFT 结果，不重复做两次 FFT；1/12 倍频程等大数据量视图按需计算。多通道同时分析时仍可连续刷新，满足在线监测场景。

五、参考标准与依据

说明：声品质心理声学指标（响度、尖锐度、粗糙度、抖动度）采用国际通行的 Zwicker 计算体系；职业暴露剂量按 OSHA 口径计算，如需按中国 GBZ 2.2（8h 85 dB）口径评估，请以 TWA 实测值对照对应限值。

六、产品优点

七、操作指导

本章给出从测量准备到报告导出的完整操作流程与参数建议。

（一）操作前准备

1. 传声器安装：声源 0.5~1 m 距离、避开风口与反射面，多通道布置时各测点与声源距离尽量一致；

2. 声校准：使用声校准器（如 94 dB @ 1 kHz）标定，刷新后核对统计表首列"等效连续声压级"与标定值一致；

3. 采集参数：声学分析建议采样频率 ≥ 51.2 kHz（覆盖 20 kHz 分析带宽）、分析点数按所需 1/12 倍频程低频分辨率选取。

（二）操作流程（9 步）

（三）参数与视图选择建议

（四）注意事项

校准先行：所有声压级与剂量指标的准确性取决于测量前的声校准。更换传声器、更换电缆或改变量程后必须重新标定。

剂量口径：噪声剂量与 TWA 基于"当前分析段"数据计算，为该段的等效暴露水平；岗位 8 小时全程评估需按工作制度分段采样后综合评定。

显示说明：倍频程谱中无能量频带按 0 dB 显示（防止曲线异常下探）；纯音列表最多显示前 6 个主要峰值，超出部分可提高检测门槛后重查。

八、读数解读案例

以图 1 所示的一次实测为例，示范如何通读统计表：分析通道为通道 1（风扇样机近场），等效连续声压级 83.9 dB、峰值声压级 103.9 dB、声暴露级 89.1 dB；峭度 1.49、峰值因子 2.31——两值均处于平稳噪声的典型范围，说明信号中无明显冲击成分；噪声剂量 13.3%、TWA 34.9 dB，短时暴露水平不高；响度 51.63 sone（约 89 phon）而尖锐度高达 2.872 acum，提示听感偏"尖"——结合特征响度谱与 1/3 倍频程谱可见中高频（1~4 kHz）频带贡献显著，改进方向即针对该频段的风道与叶片结构。纯音列表列出 125 Hz、315 Hz 等主要峰值及对应声级，标注 * 纯音 者为突出率超过 6 dB 的可闻音调成分，应优先排查其对应的机械或电磁来源。

图 3　频谱显示视图切换（FFT 幅值谱 dB / FFT 相位谱 / Fast 125 ms 声级时程）

以上解读流程即"先看总量（Leq）、再看性质（峭度/峰值因子）、后看听感（响度/尖锐度）、最后定位频率（倍频程/特征响度谱/纯音列表）"——四步即可从数据走到改进措施。