在這篇文章中，我們將回答技術支持部門經(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，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 計權版本稱為 LAeq，采用相同的計算方法，但在測量信號上應用了 A計權濾波器。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。該指標始終隱含積分時間，并應明確標注。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語來表達這一概念。

在這種形式下，您可能會發(fā)現(xiàn)分子項本質上就是聲壓的均方根值（單位 Pa），即時間 T 內的均方根聲壓級，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 計權版本，我們只需在計算均方根電平之前對信號應用 A 計權濾波器即可。

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選項設置為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

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

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

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

圖 3. 信號路徑設置的輸入濾波器部分配置為 A 計權。

在序列模式中（Sequence Mode），計權濾波器也可以應用于信號路徑設置，在這種情況下，它們也是在時域中實現(xiàn)的。但序列模式（Sequence Mode）為計權濾波器提供了一個額外的選項，因為序列模式中（Sequence Mode）的許多測量，如Noise (RMS) 和 Noise Recorder（RMS）也有一個計權濾波器控制。序列模式（Sequence Mode）中單個測量的計權濾波器是通過 FFT 分析在頻域中實現(xiàn)的。是在信號路徑設置中應用 A 計權濾波器，還是在單項測量中應用 A 計權濾波器，取決于用戶的偏好。但是，在信號通路設置和同一信號通路下的測量中都不能同時應用計權濾波器，這一點非常重要。這將對信號進行兩次 A 計權，從而產生不正確的結果。

在 “信號通路設置 ”中應用 A 計權濾波器后，同一信號通路中各個測量的輸入濾波器應設置為 “信號通路”，如圖 4 所示。

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

APx 中的大多數(shù)測量功能專為正弦波這類激勵信號的 RMS 電平測量而設計。因此，它們的積分時間非常短，因為通常我們希望盡快完成測量。一個例外是序列模式（Sequence Mode）中的 Noise (RMS) 測量。它的默認積分時間為 0.25 秒，但可以設置為 10.0 秒。該測量中的積分時間稱為采集時間，因為該測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，需要通過運行序列來完成該測量，并在報告中觀察結果。

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（相當于 103 dBSPL 的峰值電平）。在 8 秒的總長度內測量該波形的 LAeq是多少？從序列欄中（Sequencer) 運行 Noise (RMS) 測量，將采集時間設置為 8.0 秒并應用 A 計權，噪聲電平結果（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，均方根電平結果將顯示整個測量時間內的均方根電平與時間的關系，各點之間的間隔（1/讀取速率）以秒為單位。每個點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 次的讀取速率進行測量。

圖 6. 均方根電平與時間的對比結果 - 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 推導結果的均方根電平（或 LAeq,8s）值均為 82.9 dBSPL。

需要注意的是，如果不使用 A 計權，且信號含有大量低頻能量，則應使用 Bench Mode 中的 Recorder 以獲得更高的精度。這是因為序列模式（Sequence 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，無法準確估計低頻信號的電平。例如，在測量無計權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，當信號經(jīng)過 A 計權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值的技術在環(huán)境聲學中得到廣泛應用。