SIAAcousticTools基本操作方法

1、SIA Acoustic Tools基本操作方法 前言 由于傳統(tǒng)技術(shù)和工藝設(shè)備的限制，聲學(xué)專家千辛萬苦設(shè)計并裝修出來的電影院、劇場、錄音棚等等聲學(xué)設(shè)施，不能用先進(jìn)的測試設(shè)備和手段來測試和檢驗它們實在是件令人惋惜的事情。盡管過去也有一些國外公司研制和生產(chǎn)了一些過去算是比較先進(jìn)的測試設(shè)備，如瑞士B & K公司，美國Keralk公司等，但無論從技術(shù)指標(biāo)到工藝水平到最后測試分析結(jié)果來看，都是十分粗糙和不盡如人意的，它們不但只能測試為數(shù)極少的幾項簡單聲學(xué)指標(biāo)，而且這些測試設(shè)備還不能對這些指標(biāo)做任何智能分析。不但如此，其價格也異常昂貴，這不是一般個人能承受得了的。 最近幾年，由于計算機(jī)及其應(yīng)用軟件的大力開

2、發(fā)和發(fā)展，聲學(xué)測試和分析軟件就應(yīng)運而生了。如美國的Sound Technology，SIA等一大批公司，先后編寫了多種聲學(xué)測試及分析軟件包。這些軟件包各具特色，且測試方法和監(jiān)控手段各不相同，但是有一個最為鮮明的共同特征是它們比較傳統(tǒng)測試和分析方法更為科學(xué)、直觀和快捷，有大部分聲學(xué)數(shù)據(jù)可以進(jìn)行定量分析和可重復(fù)性，設(shè)備成本也非常低廉。不僅專業(yè)工作者可以使用，即使是那些業(yè)余愛好者也容易掌握和熟練地使用。 這里我們?yōu)榇蠹医榻B一款聲學(xué)測試和分析軟件SIA Acoustic Tools intelligibility。該軟件對于業(yè)余愛好者來說不需要昂貴設(shè)備，一臺電腦、一個軟件、一只電聲指標(biāo)說過得去的電容話

3、筒，就可以粗略地測試你的錄音棚及控制室的各項聲學(xué)指標(biāo)了。但對于專業(yè)工作者或聲學(xué)實驗室來說，這就不夠了。你還需要添置一張很好的全雙工操作音頻卡（信噪比大于90 dB，失真度優(yōu)于0.005%），一只專業(yè)測試話筒，一臺測試級的帶幻象電源話筒前置放大器（文章中有具體介紹）。 由于我們目的是想讓讀者了解該軟件的一些基本的但又是非常重要的操作方法和有關(guān)軟件中的聲學(xué)術(shù)語和名詞（我們寫的不是軟件詳細(xì)說明書），所以我們只粗略地介紹了一些重要的操作步驟。其實，只要你詳細(xì)地看懂了文章中的介紹，并親自操作一下軟件，它的測試方法是不難學(xué)會的，因為它與其它應(yīng)用軟件畢竟還有許多相通的地方 在Smaart intelligi

4、bility組件上 點擊intelligibility按鈕打開intelligibility對話框（圖1）。這個窗口幾乎顯示了在程序中可以計算的全部可懂度和其可懂度模數(shù)計算的聽音評價結(jié)果?？啥葘υ挻翱谑且环N浮動窗口，意味著當(dāng)你在主程序窗口工作時它能始終保持打開狀態(tài)。當(dāng)你移動主平面圖內(nèi)的黃色小標(biāo)記位置時，在可懂度對話窗口你能看見計算結(jié)果會得到自動修改（任何地方都適用），照原樣反映出數(shù)據(jù)的變化。在可懂度對話窗口展示的資料可以按ASCII文本文件保存，按窗口右下角保存（Save）按鈕就可保存為電子數(shù)據(jù)表或其他形式的應(yīng)用文件 混響時間和其它有關(guān)聽覺評價 可懂度對話框下面一部分是專門用于補(bǔ)充聽覺評價的

5、控制區(qū)和顯示區(qū)。除STI，RSTI和%ALCons（如果已經(jīng)計算）之外，全部都在這兒編成評價表格，這個表格僅僅適用于你選擇的頻帶（寬帶，或者通頻帶）. Band（頻帶） - 這個頻帶選擇器與主程序窗口右邊的頻帶選擇器按鈕具有相同功能，都是在可懂度窗口或數(shù)據(jù)圖示框內(nèi)選擇帶寬用的。Relative T （混響時間T）- 也被稱為 T60或 RT60 ，Relative T（T）是測試系統(tǒng)混響時間衰減率的。根據(jù)規(guī)定，混響時間是對被測試混響衰減按衰減到60分貝以下時的速率規(guī)律的時間總量（以秒表示）進(jìn)行測量。在主程序窗口的平面圖（圖2）上，從Lr和Ln標(biāo)記的相關(guān)位置測定相應(yīng)的衰減時間。Relative

6、Early Decay Time （混響早期衰減時間）- 這是考察它完成衰減的初始階段速率的表示。該值僅與主程序窗口的平面圖上（圖2），Lr和Ln標(biāo)記和所選擇的帶寛有關(guān)。與混響時間所表達(dá)的一樣，要求對被測試的混響早期衰減按衰減到60分貝以下時的速率規(guī)律的時間總量（以秒表示）進(jìn)行測量。 Direct to Reverb（直接聲與混響聲之比）- 直達(dá)聲平與混響聲平表示的是直達(dá)聲平對于混響衰減斜率混響聲能聲平的相對差額。這個值（分貝）僅僅是在Ld和Lr標(biāo)記之間的聲平上的差額，不過它是全面評價房間/系統(tǒng)可懂度的重要因素。 Standard T (20), T (30) and Early Decay

7、Time標(biāo)準(zhǔn)T（20），T（30）與早期衰減時間- 對于全帶寬和100和5000 Hz倍頻程或125和4000 Hz，1/3倍頻程帶寬，該程序會用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法自動計算T20和T30混響時間和早期衰減時間（Early Decay Tine），并且規(guī)定了應(yīng)有的足夠動態(tài)范圍的數(shù)據(jù)，即T20最小35 dB，T30至少需要45 dB。Standard T（20），T（30）完全依靠數(shù)學(xué)積分運算，而無須依賴Lr或Ln標(biāo)記的位置和T與EDT之間的關(guān)系。只有Ld標(biāo)記的位置用來確定積分的斷點。注意，跟在T后面的數(shù)字 20 和 30只是確定實際測量衰減速率的參照范圍（分別為20 dB或30 dB）?；祉憰r間和ED

8、T總是按房間/系統(tǒng)衰減到60分貝以下時的速率以秒數(shù)來表示的。另外，在這三個數(shù)據(jù)旁邊的框內(nèi)打勾與否表示你是否要在總平面圖上顯示T 20, T 30和EDT的衰減斜線（請參看圖2）。 Clarity（透明度） - 在Clarity一欄中為以毫秒表示所計算出的透明度指數(shù)，在這張圖表上部的中間一個刻度尺就是它的映像。例如在Clarity方框內(nèi)鍵入35，上面那條透明度刻度尺就命名為C35。注意，附加的透明度評價值在All Bands Table（全頻帶表）中能夠表現(xiàn)出來。 STI and RSTI （語言傳輸指數(shù)）- STI和RSTI欄展示運行了Calculate STI and RSTI（計算STI和

9、RSTI）后的語言傳輸指數(shù)。 計算可懂度和混響時間聲平標(biāo)記（Ld和Ln） 當(dāng)Log (dB)對數(shù)刻度尺被選中時，標(biāo)準(zhǔn)時域數(shù)據(jù)平面圖或波形文件數(shù)據(jù)能量時間曲線（ETC）被顯示出來，在平面圖（圖2）上出現(xiàn)了三個標(biāo)記，Ld（直達(dá)聲平），Lr（混響聲平），以及Ln（噪聲聲平）。這三個標(biāo)記是以時間和音量大小的坐標(biāo)來計算%ALCONS（輔音音節(jié)損失百分率）、Clarity（透明度）指數(shù)以及其他有關(guān)聽覺參數(shù)的基礎(chǔ)，例如相對混響時間（T）和早期衰減時間（EDT）以及直達(dá)聲與混響聲聲平比。 %ALCONS計算三個標(biāo)記的聲平位置坐標(biāo)，這三個標(biāo)記都是處于2 kHz為中心的倍頻程帶寬上。注意，為了要顯示對%ALCON

10、S的評價，你至少要在2 kHz為中心的倍頻程帶寬上選中并執(zhí)行一次。 對Clarity (Cn)的計算僅僅使用了Ld和Ln標(biāo)記的時間位置。 Relative Early Decay Time (EDTR)（相對早期衰減時間）是以Ld和Lr之間的相對時間和聲平大小的差別為基礎(chǔ)計算的。 Relative Reverberation Time (TR)（相對混響時間）是以Lr和Ln之間的相對時間和聲平大小的差別為基礎(chǔ)計算的。 在計算標(biāo)準(zhǔn)混響時間（T 30和T 20）以及早期衰減時間（EDT）時，采用了常規(guī)的積分運算，僅用了Ld標(biāo)記的時間位置作為積分的斷點。注意standard T30, T20 和 E

11、DT在Intelligibility Graph（可懂度圖表-圖1）對話框已被激活后在主平面圖（圖2）上的顯示情況。 當(dāng)Schroeder的反積分曲線顯示出來時，只有Ln標(biāo)記的時間位置確定了Schroeder積分運算的斷點。 注意，STI和RSTI計算不依靠任何一個聲平位置標(biāo)記。 聲平位置標(biāo)記 在聲波脈沖響應(yīng)平面圖中黃色小方塊就是聲平位置標(biāo)記。在這張圖表中還展示了自動計算出的標(biāo)準(zhǔn)EDT斜線（橙色）、T30混響時間（紅色）和Schroeder積分曲線（藍(lán)色）。standard T和EDT斜線從Intelligibility 圖表對話框中才能激活（前面已介紹）。在大多數(shù)情況下，你應(yīng)該看到Schro

12、eder積分與標(biāo)準(zhǔn)和手動拖拽衰減斜線之間充分合理的相互關(guān)系。如果標(biāo)準(zhǔn)的EDT和T斜線看起來與實際的數(shù)據(jù)和Schroeder痕跡不一致的話，你可輕微地推拉Ld標(biāo)記的時間位置引導(dǎo)它們排成一列。當(dāng)一個文件被第一次加載或在一個新的頻段顯示時，可懂度組件將在最高峰值上自動設(shè)置Ld標(biāo)記位置。最高峰值一般地說代表了到來的直達(dá)聲，并讓你差不多在大多數(shù)情況下不再需要大量地去調(diào)節(jié)該標(biāo)記位置。在任何時候你可以點擊左上角第二排Peak按鈕，讓程序去自動尋找并重置最高峰值Ld標(biāo)記。 Lr和Ln標(biāo)記位置需要你用手工調(diào)整。Lr標(biāo)記應(yīng)該放在混響衰減斜線與早期衰減斜線交匯點的位置處。Ln標(biāo)記應(yīng)放在混響衰減斜線水平截止點與噪聲底

13、值相接近的交匯點。你要在每個倍頻或1/3倍頻反反復(fù)復(fù)地做你想要的類似的分析處理。 一旦設(shè)置完畢并存儲在磁盤上，當(dāng)你關(guān)閉了文件或退出程序后，可懂度組件能夠記住每個位置的指示標(biāo)記。標(biāo)記位置被存儲在一個與波形文件同名其擴(kuò)展名為（.sii）的文件內(nèi)。不僅Lr和Ln之間在時間和大小上存在差異，而且也意味著相鄰的時間間隔存在差異。Slope（傾斜度）（dB/Sec）和相關(guān)的混響時間T可在平面圖右上角第三排的讀出區(qū)讀出。可以按住Shift鍵，并按住鼠表右鍵拖拽，你可以尋找到任意兩點間的相同類型的資料。再一次按住Shift鍵，用鉛筆點擊連線即可抹掉。當(dāng)這條連線存在時，它的傾斜度和德耳塔數(shù)據(jù)將在讀出區(qū)顯示出來，

14、然而它與上面被計算出來的Lr和Ln標(biāo)記的傾斜度沒有任何關(guān)系。 可懂度圖表和全頻段表格（The Intelligibility Graph and All Bands Table） 確定了聲平標(biāo)記位置后，點擊Intelligibility（可懂度）按鈕打開可懂度圖表對話框。這個窗口顯示了混響時間、EDT和在當(dāng)前帶寬與聲平標(biāo)記位置的可懂度評價。 如何采集測試信號采用雙重FFT記錄脈沖響應(yīng) 為了測量測試系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)，采用雙重付里葉變換傳輸技術(shù)。該技術(shù)可以使用內(nèi)部或外部粉紅噪聲發(fā)生器（可用于大多數(shù)聲學(xué)測定的推薦測試信號）或?qū)嶋H上可用任何其它連續(xù)信號（如音樂）作為激勵信號 圖4 用外部聲源的雙重FFT

15、測試系統(tǒng) 開始記錄過程，打開可懂度組件，并點擊位于主程序窗口右上角的記錄（REC）鍵。當(dāng)Record Impulse（記錄脈沖）對話框出現(xiàn)時，點擊Dual FFT標(biāo)簽顯示雙重FFT記錄控制器。 設(shè)置測量參數(shù) 如果你用內(nèi)部信號發(fā)生器來測量，應(yīng)把Pink Noise Generator（粉紅色噪聲發(fā)生器）的輸出電平設(shè)置得較低。在Impulse Output中，你可以鍵入保存測定結(jié)果的路徑和文件名，或點擊Browse按鈕并用Open打開文件對話框去引導(dǎo)目標(biāo)文件夾并指定文件名。當(dāng)Averages（平均值）設(shè)置得大于1時，測試系統(tǒng)將按指定的FFT構(gòu)成數(shù)去記錄、處理并將結(jié)果在一起加以平均。每加倍一個Ave

16、rages（平均值）數(shù)量將對所完成測定中的信噪比有3dB的改善，但是，每次測定的時間也會相應(yīng)加長。一般說來，在噪聲較多的環(huán)境和/或者當(dāng)你受到某種限制只能使用較低的聲壓級來激勵房間/測試系統(tǒng)時，你可以使用較高的Averages（平均值）。 采樣率（SR）確定完成測定的頻率含量。要測定全部音頻頻譜需要44.1 kHz或更高的采樣率。使用較低的采樣率將使被分析的音頻頻率寬度受到采樣率頻率一半的限制（耐奎斯特采樣定義）。 FFT的規(guī)模與采樣率確定了FFT Time（時間）常量，也被稱做時間窗口。對于你所選擇的FFT的規(guī)模和SR值，F(xiàn)FT Time常量就會被自動地計算出來，并顯示在FFT Time欄目內(nèi)

17、。為了得到堅實可靠的脈沖響應(yīng)測定，F(xiàn)FT時間常量必須要比測試系統(tǒng)的衰減時間要長。一般來說，F(xiàn)FT Time常量從0.7-1.5 S已足夠應(yīng)付小房間到中型房間的測量了。更大的房間有更長的衰減時間，就應(yīng)有更大的時間常量。但決不要太長，雖然較長的FFT Time常量可以改善測定的信噪比。如果你真的加長了這個常量，它會增加測定時間和加大波形文件容量。較大的文件在濾波和分析時要花更多的時間。當(dāng)測定完成后如果你發(fā)現(xiàn)你過大地估計了你的被測系統(tǒng)，可以用X Zoom工具和Save As命令去編輯多余的噪聲尾巴。 記錄脈沖響應(yīng) 如果你使用了內(nèi)部Pink Noise Generator（粉紅噪聲發(fā)生器），請點擊Ge

18、nerate Pink Noise按鈕開始發(fā)送信號，并謹(jǐn)慎地調(diào)節(jié)電平控制器到目標(biāo)電平。你還需要在Windows的音量控制器上去設(shè)定總的波形輸出電平。如果你使用了外部信號發(fā)生器，請開始把信號傳送到測試系統(tǒng)和計算機(jī)中。無論在哪種情況下，應(yīng)將外部增益控制器和/或計算機(jī)的線路輸入電平調(diào)節(jié)適當(dāng)，使參考信號在輸入表上為-12dB為宜。確認(rèn)在計算機(jī)右輸入聲道上已經(jīng)接收到參考信號（右邊的藍(lán)色LED儀表指示），由話筒來的測試信號從聲道左邊輸入（左邊的綠色LED儀表指示）。 如果需要，調(diào)節(jié)話筒預(yù)放增益，使參考信號（右）與測定信號（左）電平保持在輸入表大約-12dB的電平上，點擊Record按鈕。 可懂度組件將記錄

19、你作為測定參數(shù)、處理數(shù)據(jù)，并且書寫結(jié)果到指定的輸出文件用的基本音頻數(shù)據(jù)。當(dāng)記錄過程完成的時候，Record Impulse（記錄脈沖）對話框會自動關(guān)閉，并且，新文件將會顯示在主Plot Area（平面圖區(qū)域-圖2中的綠色部分）。 關(guān)于本軟件中幾個常用聲學(xué)術(shù)語的解釋The dual Fast Fourier Transform (FFT) transfer function雙重快速付里葉傳遞轉(zhuǎn)移函數(shù) 該轉(zhuǎn)移函數(shù)是對兩種信號，即典型的參考信號和測定信號做復(fù)雜比較。最通常地是比較一種設(shè)備，或一種系統(tǒng)的輸入和輸出，例如均衡器、聲學(xué)系統(tǒng)或房間。當(dāng)脈沖響應(yīng)記錄測定使用了雙重快速付里葉傳遞轉(zhuǎn)移函數(shù)法時，SI

20、A-Smaart Intelligibility module就用了FFT的傳遞數(shù)據(jù)記錄了兩個音頻數(shù)據(jù)，并計算兩個輸入信號在頻域內(nèi)的轉(zhuǎn)移函數(shù)。然后轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)移函數(shù)計算的結(jié)果（使用了一個反轉(zhuǎn)的FFT），并顯示在時域內(nèi)，以表示設(shè)備或測試系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)。STI和RSTI語言傳輸指標(biāo) 根據(jù)人的講話本質(zhì)上是由某些低頻信號調(diào)制的基音波形的假定，STI就使用了Modulation Transfer function (MTF調(diào)制轉(zhuǎn)移函數(shù))，去嘗試幾個倍頻程并預(yù)測系統(tǒng)傳播語言信息的能力。測定MTF時使用了受人喜歡的語言模型的放大調(diào)制組件測試信號，或?qū)拵到y(tǒng)脈沖響應(yīng)法（本SIA Intelligibility 組件

21、使用了后一種方法）。0-1是作為STI的一個評價，0就意味完全難懂，1意味著可懂度指標(biāo)完美。STI評價在0.7就是好到優(yōu)秀了。0.45-0.7評價為漂亮，0.45以下的評價為不夠。 Rapid Speech Transmission Index (RSTI，急速語言傳輸指標(biāo))是專門為短的STI開辟的計算法指標(biāo)，所使用的數(shù)據(jù)為500 Hz和2000 Hz倍頻程帶寬。由于STI幾乎把人類聽域的整個頻譜都考慮進(jìn)去了，所以RSTI比嚴(yán)格的STI計算有助于產(chǎn)生評價稍微偏高的數(shù)字。 Clarity Factor (Cn)透明度系數(shù)（Cn） 聽覺評價的另一個分量為透明度，它是聲音發(fā)聲時早期聲與遲延聲能量之比

22、。早期聲與遲延聲分類是以毫秒計量，用Cn表示，在這兒，n是毫秒的意思，如C10，C20，C50等等。例如C50是表示在50毫秒內(nèi)到達(dá)的直接聲與總混響衰減聲音能量之比。透明度的值超過5被評價為好，2-5之間被評價為漂亮，-2以下只能評價?quot;不夠。對于可懂度組件透明度系數(shù)缺省值為C50。另外還可使用的透明度系數(shù)有C35和C7。你也可以改變這個透明度系數(shù)為你所喜歡的另一種透明度系數(shù)評價值。點擊平面圖上的Option按鈕，選Graph標(biāo)簽，然后在Clarity框內(nèi)鍵入你想要的毫秒數(shù)即可。 %ALCONS輔音音節(jié)損失百分率 這個指標(biāo)可以采用傳統(tǒng)主觀測定，即發(fā)一張詞語表給聽眾并讓聽眾聽音打分的辦法

23、；也可以采用計算脈沖響應(yīng)或能量時間曲線來客觀測定輔音音節(jié)損失百分率（%ALCONS）。0和4.0之間的%ALCons值為好，124為漂亮，12以下為不夠。計算%ALCONS有兩種不同的公式，一種叫長方式，另一種叫短方式，而我們的可懂度組件對這兩種方式都支持。二者之間主要不同的是長方式把周圍的雜聲考慮進(jìn)去了，而短方式則沒有。兩者都傾向于相比其它幾種可懂度測定方式而言，考慮能得到稍微寬松的答案，特別是短方式計算尤其如此。請注意，長方式和短方式%ALCONS計算僅僅在倍頻程2 kHz為中心的帶寬下，并依賴于Ld, Lr 和 Ln標(biāo)記位置完成的。 Reverberation Time ( T or T

24、n )混響時間（T或Tn） 通常提及的T60和RT60或 T 混響時間，是一個系統(tǒng)或典型房間在假定的延時率下衰減60dB所需要的秒數(shù)。實際上由于多方面因素，難以真正完整測定60 dB的衰減，一般是按傳統(tǒng)測定T30或T20去測定衰減30 dB或20 dB來推測出衰減60 dB的混響時間。Decay Rate衰減率 信號衰減（量的減少）率，通常為頻率的函數(shù)，并以傾斜度（dB/S），或者以信號衰減60dB需要的時間總量所產(chǎn)生的延時率表示。 MLS 與Dual FFT 在記錄脈沖響應(yīng)測定之前首先要做的是，你需要決定使用哪種記錄技術(shù)。Intelligibility組件記錄脈沖的特點允許你使用房間/系統(tǒng)測

25、定最大長度序列（Maximum Length Sequence - MLS）取得的脈沖響應(yīng)，或雙重快速傅里葉變換轉(zhuǎn)移函數(shù)技術(shù)。MLS和雙重FFT基本上只是如何比較信號如何從系統(tǒng)中出來又如何進(jìn)入系統(tǒng)的兩種不同方法而已。不過兩種方法還是有根本不同之處。它們的基本差別是：MLS是單聲道，需要內(nèi)部發(fā)生器產(chǎn)生MLS激勵信號的受激測定技術(shù)。由于激勵信號是已知的，所以只需要記錄系統(tǒng)測定的輸出（故謂之單聲道）。雙重FFT為雙聲道，它實際上是可以使用任意連續(xù)信號的獨立激勵測定技術(shù)，包括粉紅噪聲（大多數(shù)聲學(xué)/可懂度測試推薦使用的）、音樂或其它激勵信號。這種技術(shù)需要你在測定過程中，采集激勵信號和系統(tǒng)測定的輸出信號。這兩種方法都各具其優(yōu)點。MLS法 這兩種技術(shù)中，MLS技術(shù)提了供了稍具優(yōu)勢的抗雜音干擾能力。由于MLS信號是一種偽隨機(jī)信號，即不是隨機(jī)信號，該激勵信號是一個精確的已知量，并且可以容易地與被測定的系統(tǒng)響應(yīng)相互關(guān)聯(lián)。當(dāng)用MLS去獲得激勵響應(yīng)時，來自設(shè)備或系統(tǒng)測定的返送信號與內(nèi)部產(chǎn)生的傳送到系統(tǒng)測定的精密數(shù)據(jù)序列原始信號作比較。MLS激勵信號也有比隨機(jī)噪聲信