声能衰减曲线获得方法对估值混响时间影响的研究 .docVIP

声能衰减曲线获得方法对估值混响时间影响的研究 杨春庄，李文婷，刘海生 同济大学声学研究所，上海，200092 关键词：混响时间；反向积分法；曲线拟合；LabVIEW； 中图分类号： 文献标识码： Research on Influence on Estimating Reverberation Time by Methods Acquiring Sound Energy Decay Curve YANG Chun-zhuang, LI Wen-ting, LIU Hai-sheng Institute of Acoustics, Tongji University, Shanghai 200092, China Abstract: This paper researches on acquiring the sound energy decay curve by three methods of impulse response truncation, gliding window smoothing sound energy decay curve and nonline fit based on the principle of pulse response method to measure reverberation time, compares and analyzes the estimation accuracy and influence factor of different methods, and gives the applying conditions of different methods. Key words: reverberation time, reverse integral, curve fitting, LabVIEW 1 引 言 随着数字信号处理技术的不断发展，脉冲响应法逐渐成为测量混响时间的主要方法。其原理是对声能脉冲响应（即声压脉冲响应的平方）进行反向积分，取对数获得与稳态噪声中断后等价的室内声压级衰减曲线。根据ISO3382规定，对-5dB至-25dB间的声压级衰减曲线进行线性拟合，得到曲线的衰减斜率，以此估值混响时间即T20。 脉冲响应法的关键在于通过脉冲响应函数获得声压级衰减曲线。由于测试系统及房间内噪声的影响，测量中获得的声压脉冲响应信号最终湮没于噪声之中。为了减小噪声影响， ISO3382建议了两种声能衰减曲线的获取方法：脉冲响应截断法及滑动平滑窗法，还有一些学者提出了非线性拟合法，本文对这些方法的原理、测试精度和影响因素，以及适用条件等进行了比较研究。 2.1原理 该法将被背景噪声淹没的脉冲响应信号截断丢弃，只对保留部分进行Schroeder反向积分，同时对被截断丢失的能量进行补偿。使用该法需要解决反向积分上下限确定和截断误差补偿等问题。 Schroeder反向积分上下限的确定 Schroeder反向积分的理论表达式为式（1）。 （1） 其中是声能衰变函数，为脉冲响应函数。积分的上限是时间变量t，其起始时刻为直达声到达的时刻。该时刻通常并非时域上声压幅值最大的时刻，因而根据脉冲响应确定这一时刻是不确定的。以往研究的成果一般认为该时刻为脉冲响应声压级小于最大声压20dB所对应的最早时刻。以往学者们研究表明，t的起始时刻对混响时间估值的影响不大，因此如此定义t的起始时刻是合理的。 积分下限在理论上是时间的无穷远处，在实际测量中，是脉冲响应截断时刻。因此式（1）可表示为： （2） 式中：，C为脉冲响应平方在至间积分的可选修正值，即截断误差补偿项。 根据ISO3382和GB/T20247—2006以及一些学者的研究成果，积分下限的选取方法为：如果背为下面两条线的交点：一条是背景噪声声压级对时间平均的水平线；一条是脉冲响应声压级对时间平均的衰变曲线。但由于脉冲声压级是振荡的，信号湮没于噪声中也是渐变的，因此直接利用该曲线确定也是不确定的（理论上，针对某个测点对应着一个时间段）。可行的方法是利用希尔伯特变换来提取振荡曲线的包络线进而确定。也可以利用滑动窗平滑脉冲声压级曲线，获得平滑的声压级衰减曲线再确定。由于信号的振荡与渐变，各种方法获得的位置是不同的。以往学者研究表明对混响时间估值会产生影响。特别是在信噪比较小的条件下这种影响显著。 b 截断误差补偿 根据ISO3382和GB/T20247—2006，若忽略（2）式中补偿项C会造成混响时间测量结果的系统性低估，所以要对其补偿，表达式如（3）式： 3 具体计算方法：ISO3382和GB/T20247—2006规定是比截断时刻的声压级高10dB的点所对应的时刻，是时刻脉冲响应能量，k是至之间脉冲响应声压级曲线