splMeter

Измерение уровня звукового давления звукового сигнала

развернуть все на странице

Описание

splMeter Система object™ вычисляет измерения уровня звукового давления. Объект возвращает измерения для:

взвешенные по частоте уровни звука
быстрый или медленный взвешенный по времени уровень звука
эквивалентно-непрерывные уровни звука
пиковые уровни звука
максимальные уровни звука

Для реализации измерения SPL:

Создать splMeter и задайте его свойства.
Вызовите объект с аргументами, как если бы это была функция.

Дополнительные сведения о работе системных объектов см. в разделе Что такое системные объекты?.

Создание

Синтаксис

SPL = splMeter

SPL = splMeter (имя, значение)

Описание

SPL = splMeter создает объект System, SPL, который выполняет измерение SPL.

SPL = splMeter(Name,Value) задает каждое свойство Name к указанному Value. Неопределенные свойства имеют значения по умолчанию.

Пример: SPL = splMeter('FrequencyWeighting','C-weighting','SampleRate',12000) создает объект System, SPL, которая выполняет С-взвешивание и работает на частоте 12 кГц.

Свойства

развернуть все

Если не указано иное, свойства не настраиваются, что означает невозможность изменения их значений после вызова объекта. Объекты блокируются при их вызове, и release функция разблокирует их.

Если свойство настраивается, его значение можно изменить в любое время.

Дополнительные сведения об изменении значений свойств см. в разделе Проектирование системы в MATLAB с использованием системных объектов.

`Bandwidth` - Ширина областей анализа
`'Full band'` (по умолчанию) | `'1 octave'` | `'2/3 octave'` | `'1/3 octave'`

Ширина областей анализа, указанная как 'Full band', '1 octave', '2/3 octave', или '1/3 octave'. Если Bandwidth указывается как 'Full band'измеритель SPL возвращает один набор измерений для всей полосы частот. Если Bandwidth указывается как '1 octave', '2/3 octave', или '1/3 octave', измеритель SPL возвращает один набор измерений на октаву или дробно-октавную полосу.

Настраиваемый: Нет

Типы данных: char | string

`FrequencyRange` - Частотный диапазон набора фильтров (Гц)
`[22 22050]` (по умолчанию) | двухэлементный вектор строк положительных монотонно возрастающих значений

Частотный диапазон набора фильтров в Гц, определяемый как двухэлементный вектор строки положительных монотонно возрастающих значений. Полосы частот, центрированные выше SampleRate/ 2 исключены.

Настраиваемый: Нет

Зависимости

Чтобы включить это свойство, установите Bandwidth кому '1 octave', '2/3 octave', или '1/3 octave'.

`OctaveFilterOrder` - Порядок октавного фильтра
`2` (по умолчанию) | четное целое число

Порядок октавного фильтра, заданного как чётное целое число.

Настраиваемый: Нет

Зависимости

Чтобы включить это свойство, установите Bandwidth кому '1 octave', '2/3 octave', или '1/3 octave'.

Типы данных: single | double

`FrequencyWeighting` - Частотное взвешивание, применяемое к входу
`'A-weighting'` (по умолчанию) | `'C-weighting'` | `'Z-weighting'` (без взвешивания)

Частотное взвешивание, применяемое к входу, указанное как 'A-weighting', 'C-weighting', или 'Z-weighting', где Z-взвешивание соответствует отсутствию взвешивания. Взвешивание частоты проектируется и реализуется с помощью weightingFilter Системный объект.

Настраиваемый: Нет

Типы данных: char | string

`TimeWeighting` - Взвешивание по времени
`'Fast'` (по умолчанию) | `'Slow'`

Взвешивание во времени, в секундах, для расчета взвешенного во времени уровня звука и максимального взвешенного во времени уровня звука, указанного как 'Fast' или 'Slow'. TimeWeighting используется для указания коэффициента фильтра нижних частот.

'Fast' – 1/8
'Slow' – 1

Настраиваемый: Да

Типы данных: char | string

`PressureReference` - Опорное давление для расчетов дБ (Па)
`2e-5` (по умолчанию) | положительный скаляр

Опорное давление для вычислений дБ в Па, указанное как положительный скаляр.

Настраиваемый: Да

Типы данных: single | double

`TimeInterval` - Временной интервал для измерения (измерений) уровня отчетности
`1` (по умолчанию) | положительный скаляр

Временной интервал (в секундах) для сообщения эквивалентно-непрерывных, пиковых и максимальных взвешенных по времени уровней звука, заданных как положительное скалярное целое число.

Настраиваемый: Нет

Типы данных: single | double

`CalibrationFactor` - Градуировочный коэффициент, умноженный на вход
1 (по умолчанию) | положительный конечный скаляр или вектор

Градуировочный коэффициент скаляра (моновхода) или вектора (многоканального входа), умноженный на вход.

Для установки коэффициента калибровки с помощью эталонного тонального сигнала используйте команду calibrate.

Настраиваемый: Нет

Типы данных: single | double

`SampleRate` - Частота входных выборок (Гц)
`44100` (по умолчанию) | положительный скаляр

Частота входных выборок в Гц, заданная как положительный скаляр.

Настраиваемый: Нет

Типы данных: single | double

Использование

Синтаксис

[Lt, Leq, Lpeak, Lmax] = SPL (audioIn)

Описание

пример

[Lt,Leq,Lpeak,Lmax] = SPL(audioIn) возвращает значения измерения для взвешенного по времени (Lt) уровень звука текущего входного кадра, audioIn. Объект также возвращает эквивалентно-непрерывный (Leq), пик (Lpeak) и максимальный взвешенный по времени (Lmax) уровни звука входа в измеритель SPL.

Входные аргументы

развернуть все

`audioIn` - Вход звука в измеритель SPL
вектор столбца | матрица

Вход звука в измеритель SPL, заданный как вектор столбца или матрица. Столбцы матрицы обрабатываются как независимые аудиоканалы.

Типы данных: single | double

Выходные аргументы

развернуть все

`Lt` - Взвешенный по времени уровень звука (дБ)
вектор столбца | матрица | массив 3-D

Взвешенный по времени уровень звука в дБ, возвращаемый в виде вектора столбца, матрицы или массива 3-D того же типа, что и audioIn.

Размер и интерпретация выходных данных зависят от значения свойства Bandwidth:

'Full band' (по умолчанию) -- Lt, Leq, Lpeak, и Lmax возвращаются в виде векторов столбцов или матриц того же размера, что и audioIn.
'1 octave', '2/3 octave', или '1/3 octave' –– Lt, Leq, Lpeak, и Lmax возвращаются в виде массивов L-by-B-by-C.
- L -- Количество строк в audioIn
- B -- Число октавных полос
- C -- Количество столбцов в audioIn

Типы данных: single | double

`Leq` - Эквивалентно-непрерывный уровень звука (дБ)
вектор столбца | матрица | массив 3-D

Эквивалентно-непрерывный уровень звука в дБ, возвращаемый в виде вектора столбца, матрицы или массива 3-D того же типа, что и audioIn.

Размер и интерпретация выходных данных зависят от значения свойства Bandwidth:

'Full band' (по умолчанию) -- Lt, Leq, Lpeak, и Lmax возвращаются в виде векторов столбцов или матриц того же размера, что и audioIn.
'1 octave', '2/3 octave', или '1/3 octave' –– Lt, Leq, Lpeak, и Lmax возвращаются в виде массивов L-by-B-by-C.
- L -- Количество строк в audioIn
- B -- Число октавных полос
- C -- Количество столбцов в audioIn

Типы данных: single | double

`Lpeak` - Пиковый уровень звука (дБ)
вектор столбца | матрица | массив 3-D

Пиковый уровень звука в дБ, возвращаемый в виде вектора столбца, матрицы или массива 3-D того же типа, что и audioIn.

Размер и интерпретация выходных данных зависят от значения свойства Bandwidth:

'Full band' (по умолчанию) -- Lt, Leq, Lpeak, и Lmax возвращаются в виде векторов столбцов или матриц того же размера, что и audioIn.
'1 octave', '2/3 octave', или '1/3 octave' –– Lt, Leq, Lpeak, и Lmax возвращаются в виде массивов L-by-B-by-C.
- L -- Количество строк в audioIn
- B -- Число октавных полос
- C -- Количество столбцов в audioIn

Типы данных: single | double

`Lmax` - Максимальный взвешенный по времени уровень звука (дБ)
вектор столбца | матрица | массив 3-D

Максимальный взвешенный по времени уровень звука в дБ, возвращаемый в виде вектора столбца, матрицы или массива 3-D того же типа, что и audioIn.

Размер и интерпретация выходных данных зависят от значения свойства Bandwidth:

'Full band' (по умолчанию) -- Lt, Leq, Lpeak, и Lmax возвращаются в виде векторов столбцов или матриц того же размера, что и audioIn.
'1 octave', '2/3 octave', или '1/3 octave' –– Lt, Leq, Lpeak, и Lmax возвращаются в виде массивов L-by-B-by-C.
- L -- Количество строк в audioIn
- B -- Число октавных полос
- C -- Количество столбцов в audioIn

Типы данных: single | double

Функции объекта

Чтобы использовать функцию объекта, укажите объект System в качестве первого входного аргумента. Например, для освобождения системных ресурсов объекта System с именем obj, используйте следующий синтаксис:

release(obj)

развернуть все

Для splMeter

`calibrate`	Калибровка измерительного прибора с использованием калибровочного тона с известным уровнем
`getCenterFrequencies`	Центральные частоты фильтров

Общие для всех системных объектов

`step`	Запустить алгоритм объекта System
`release`	Деблокирование ресурсов и разрешение изменений значений свойств объекта системы и входных признаков
`reset`	Сброс внутренних состояний объекта System

Примеры

свернуть все

Измерение SPL аудиосигнала

Открыть сценарий

Используйте splMeter Система object™ для измерения взвешенного по шкале А уровня звукового давления потокового звукового сигнала. Укажите двухсекундный временной интервал для отчетов и быстрое взвешивание времени. Визуализация измерений SPL с помощью timescope объект.

Создать dsp.AudioFileReader объект для чтения в аудиофайле по кадрам. Создание audioDeviceWriter объект для прослушивания звукового сигнала. Создать timescope объект для визуализации измерений SPL. Создание splMeter для измерения уровня звукового давления в аудиофайле. Используйте калибровочный коэффициент по умолчанию, равный 1.

source = dsp.AudioFileReader('Ambiance-16-44p1-mono-12secs.wav');
fs = source.SampleRate;

player = audioDeviceWriter('SampleRate',fs);

scope  = timescope('SampleRate',fs, ...
    'TimeSpanOverrunAction','Scroll', ...
    'TimeSpanSource','Property','TimeSpan',3,'ShowGrid',true, ...
    'YLimits',[20 110],'AxesScaling','Auto', ...
    'ShowLegend',true,'BufferLength',4*3*fs, ...
    'ChannelNames', ...
    {'Lt_AF','Leq_A','Lpeak_A','Lmax_AF'}, ...
    'Name','Sound Pressure Level Meter');

SPL = splMeter('TimeWeighting','Fast', ...
    'FrequencyWeighting','A-weighting', ...
    'SampleRate',fs, ...
    'TimeInterval',2);

В цикле аудиопотока:

Считывание в кадре аудиосигнала.
Воспроизведение звукового сигнала на устройстве вывода.
Вызовите измеритель SPL для возврата взвешенных по времени, эквивалентно-непрерывных, пиковых и максимальных взвешенных по времени уровней звука в дБ.
Отображение уровней звука с помощью области.

Рекомендуется по завершении деблокировать объекты.

while ~isDone(source)
    x = source();
    player(x);
    [Lt,Leq,Lpeak,Lmax] = SPL(x);
    scope([Lt,Leq,Lpeak,Lmax])
end

release(source)
release(player)
release(SPL)
release(scope)

Измерение SPL Октава

Открыть сценарий

splMeter позволяет отслеживать уровень звукового давления для октавной и дробно-октавной полос. В этом примере выполняется мониторинг эквивалентно-непрерывного уровня звукового давления в диапазонах 1/3 октавы.

Создать dsp.AudioFileReader объект для чтения в аудиофайле по кадрам. Создание audioDeviceWriter объект для прослушивания звукового сигнала. Создание splMeter для измерения уровня октавного звукового давления аудиофайла. Используйте калибровочный коэффициент по умолчанию, равный 1. Создать dsp.ArrayPlot объект для визуализации эквивалентно-непрерывного SPL для каждой октавной полосы.

source = dsp.AudioFileReader('JetAirplane-16-11p025-mono-16secs.wav');
fs = source.SampleRate;

player = audioDeviceWriter('SampleRate',fs);

SPL = splMeter( ...
    'Bandwidth','1/3 octave', ...
    'SampleRate',fs);
centerFrequencies = getCenterFrequencies(SPL);

scope  = dsp.ArrayPlot(...
    'XDataMode','Custom', ...
    'CustomXData',centerFrequencies, ...
    'XLabel','Octave Band Center Frequencies (Hz)', ...
    'YLabel','Equivalent-Continuous Sound Level (dB)', ...
    'YLimits',[20 90], ...
    'ShowGrid',true, ...
    'Name','Sound Pressure Level Meter');

В цикле аудиопотока:

Считывание в кадре аудиосигнала.
Воспроизведение звукового сигнала на устройстве вывода.
Вызовите измеритель SPL для возврата эквивалентно-непрерывного уровня звукового давления в дБ.
Отображение уровней звука с помощью области. Обновите объем только при изменении эквивалентно-непрерывного уровня звукового давления.

Рекомендуется по завершении деблокировать объекты.

LeqPrevious = zeros(size(centerFrequencies));
while ~isDone(source)
    x = source();
    player(x);
    [~,Leq] = SPL(x);

    for i = 1:size(Leq,1)
        if LeqPrevious ~= Leq(i,:)
            scope(Leq(i,:)')
            LeqPrevious = Leq(i,:);
        end
    end

end

release(source)
release(player)
release(SPL)
release(scope)

Алгоритмы

развернуть все

Расчеты уровня звукового давления выполняются в соответствии с алгоритмами, описанными в [1]. Можно задать значения свойств, соответствующие стандартам [2] и [3].

Калибровка

Для учета воздействия на окружающую среду и устройства ввода в измерениях SPL входной звуковой сигнал умножается на градуировочный коэффициент:

$x = audioIn ×$ CalibrationFactor

CalibrationFactor свойство может быть установлено непосредственно или с помощью calibrate функция, которая сравнивает известный уровень с полученными данными. Известный уровень определяют с помощью физического калибратора.

Взвешивание частоты

Применяется взвешивание частоты A-, C- или Z. Взвешивание частоты реализуется с помощью weightingFilter Системный объект.

Области анализа

При указании Bandwidth свойство как '1 octave', '2/3 octave' или '1/3 octave'затем вычисления SPL применяются к каждой октавной или дробно-октавной полосе. Эти полосы анализа определяются после взвешивания частоты.

Взвешенный по времени уровень звука

Взвешенный по времени уровень звука определяется как отношение взвешенного по времени среднего квадратного давления звука корня к эталонному давлению звука, преобразованному в дБ. То есть

$\begin{array}{l} _{Lt=10log10} {\frac{\frac{}{} {(1τ)}_{_{}}^{} {∫tsty}^{}^{(ξ) 2e−}}{{(t−ξ)}_{}^{}} \\ /τdξpo2}_{} \frac{{=10log10}^{{} h}{_{}^{}} \end{array}$ (y2) po2}

h (^y2) можно интерпретировать как свертку ^y2 с фильтром с импульсной характеристикой $\frac{(}{} 1start)^{\frac{e}{}}$ − tstart. y - выходной сигнал частотно-взвешивающего фильтра. Импульсная характеристика соответствует фильтру нижних частот $вида H \frac{\frac{}{(}}{s) \frac{}{=}}$ 1 Используя импульсную инвариантность, дискретный фильтр можно интерпретировать как,

$H (z) \frac{\frac{}{= 1 (start\times}}{^{\frac{fs}{) 1 -}} e^{−}} 1$ (start× fs) z − 1.

startзадается весовым коэффициентом времени как 0,125 (если TimeWeighting имеет значение 'Fast') или 1 (если TimeWeighting имеет значение'Slow').
fs - частота выборки, указанная SampleRate собственность.

Эквивалентный - непрерывный уровень звука

Эквивалентно-непрерывный уровень звука также называется средним по времени уровнем звука. Оно определяется как отношение среднеквадратичного звукового давления к эталонному звуковому давлению, преобразованному в дБ. То есть

$\begin{array}{l} Leq =_{} \frac{10log10 \frac{}{{} (_{{1T}_{)}}^{_{}}^{}}{_{}^{}} \\ ∫t1t2y2dtpo2} =_{} 20log10 (_{среднеквадратические} \end{array}$ значения (y )/po)

где

y - выходной сигнал частотно-взвешивающего фильтра.
po - опорное звуковое давление, определяемое PressureReference собственность.

Пиковый уровень звука

Пиковый уровень звука определяется как отношение пикового давления звука к эталонному давлению звука, преобразованному в дБ. То есть

$Lpeak =_{} 20log10 (макс. (|_{y}$ | )/po)

где

y - выходной сигнал частотно-взвешивающего фильтра.
po - опорное звуковое давление, определяемое PressureReference собственность.

Максимальный взвешенный по времени уровень звука

Максимальный взвешенный по времени уровень звука определяется как наибольший взвешенный по времени уровень звука в пределах указанного интервала времени.

Ссылки

[1] Харрис, Сирил М. Справочник по акустическим измерениям и управлению шумом. 3-й ред. Американский институт физики, 1998.

[2] Международная электротехническая комиссия. Электроакустика - Измерители уровня звука - Часть 1: Технические характеристики. МЭК 61672-1: 2013.

[3] Американский национальный институт стандартов. ANSI S1.4: Технические требования к уровнемерам звука. 1983.

Расширенные возможности

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью MATLAB ® Coder™

Примечания и ограничения по использованию:

Системные объекты в генерации кода MATLAB (кодер MATLAB)

См. также

integratedLoudness | Измеритель громкости | loudnessMeter

Темы

Измерение звукового давления в частотных диапазонах октавы

Представлен в R2018a

Документация

splMeter

Описание

Создание

Синтаксис

Описание

Свойства

Bandwidth - Ширина областей анализа 'Full band' (по умолчанию) | '1 octave' | '2/3 octave' | '1/3 octave'

FrequencyRange - Частотный диапазон набора фильтров (Гц) [22 22050] (по умолчанию) | двухэлементный вектор строк положительных монотонно возрастающих значений

Зависимости

OctaveFilterOrder - Порядок октавного фильтра 2 (по умолчанию) | четное целое число

Зависимости

FrequencyWeighting - Частотное взвешивание, применяемое к входу 'A-weighting' (по умолчанию) | 'C-weighting' | 'Z-weighting' (без взвешивания)

TimeWeighting - Взвешивание по времени 'Fast' (по умолчанию) | 'Slow'

PressureReference - Опорное давление для расчетов дБ (Па) 2e-5 (по умолчанию) | положительный скаляр

TimeInterval - Временной интервал для измерения (измерений) уровня отчетности 1 (по умолчанию) | положительный скаляр

CalibrationFactor - Градуировочный коэффициент, умноженный на вход 1 (по умолчанию) | положительный конечный скаляр или вектор

SampleRate - Частота входных выборок (Гц) 44100 (по умолчанию) | положительный скаляр

Использование

Синтаксис

Описание

Входные аргументы

audioIn - Вход звука в измеритель SPL вектор столбца | матрица

Выходные аргументы

Lt - Взвешенный по времени уровень звука (дБ) вектор столбца | матрица | массив 3-D

Leq - Эквивалентно-непрерывный уровень звука (дБ) вектор столбца | матрица | массив 3-D

Lpeak - Пиковый уровень звука (дБ) вектор столбца | матрица | массив 3-D

Lmax - Максимальный взвешенный по времени уровень звука (дБ) вектор столбца | матрица | массив 3-D

Функции объекта

Для splMeter

Общие для всех системных объектов

Примеры

Измерение SPL аудиосигнала

Измерение SPL Октава

Алгоритмы

Калибровка

Взвешивание частоты

Области анализа

Взвешенный по времени уровень звука

Эквивалентный - непрерывный уровень звука

Пиковый уровень звука

Максимальный взвешенный по времени уровень звука

Ссылки

Расширенные возможности

Создание кода C/C + + Создайте код C и C++ с помощью MATLAB ® Coder™

См. также

Темы

Документация по панели инструментов Audio

Поддержка

`Bandwidth` - Ширина областей анализа
`'Full band'` (по умолчанию) | `'1 octave'` | `'2/3 octave'` | `'1/3 octave'`

`FrequencyRange` - Частотный диапазон набора фильтров (Гц)
`[22 22050]` (по умолчанию) | двухэлементный вектор строк положительных монотонно возрастающих значений

`OctaveFilterOrder` - Порядок октавного фильтра
`2` (по умолчанию) | четное целое число

`FrequencyWeighting` - Частотное взвешивание, применяемое к входу
`'A-weighting'` (по умолчанию) | `'C-weighting'` | `'Z-weighting'` (без взвешивания)

`TimeWeighting` - Взвешивание по времени
`'Fast'` (по умолчанию) | `'Slow'`

`PressureReference` - Опорное давление для расчетов дБ (Па)
`2e-5` (по умолчанию) | положительный скаляр

`TimeInterval` - Временной интервал для измерения (измерений) уровня отчетности
`1` (по умолчанию) | положительный скаляр

`CalibrationFactor` - Градуировочный коэффициент, умноженный на вход
1 (по умолчанию) | положительный конечный скаляр или вектор

`SampleRate` - Частота входных выборок (Гц)
`44100` (по умолчанию) | положительный скаляр

`audioIn` - Вход звука в измеритель SPL
вектор столбца | матрица

`Lt` - Взвешенный по времени уровень звука (дБ)
вектор столбца | матрица | массив 3-D

`Leq` - Эквивалентно-непрерывный уровень звука (дБ)
вектор столбца | матрица | массив 3-D

`Lpeak` - Пиковый уровень звука (дБ)
вектор столбца | матрица | массив 3-D

`Lmax` - Максимальный взвешенный по времени уровень звука (дБ)
вектор столбца | матрица | массив 3-D

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью MATLAB ® Coder™