CN113450846B - 一种声压级标定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种声压级标定方法，在将原声转化为数字音频之后，根据数字音频中的幅值计算得到数字音频的相对声压级，而后根据数字音频的标定声压级得到数字音频的声压标准标定系数，进一步根据数字音频的声压标准标定系数得到数字音频的标准标定声压级，而后根据数字音频的相对声压级以及数字音频的标准标定声压级得到原声的实际声压级，在得到原声的实际声压级之后，将原声的实际声压级写入到数字音频中，利用原声的实际声压级表示数字音频的声压级，从而可以从数字音频文件中得到原声的声压时域信号。

Description

一种声压级标定方法及装置

技术领域

本发明涉及振动噪声测试领域，特别涉及一种声压级标定方法及装置。

背景技术

Wave是录音时用的标准的声音文件格式，文件的扩展名为“.wav”。Wave文件是由微软(Microsoft)和国际商业机器公司(IBM)联合开发的用于音频的数字存储标准，采用RIFF(Resource Intercharge File Format)文件格式结构。

一般情况下，符合RIFF文件格式的Wave文件由头文件与Data块组成，Data块记录了音频的幅值。但是，这里的幅值并不表示其记录原声的声压物理量的绝对量大小，而仅仅表示相对大小。所以，数字音频文件无法还原成记录原声的声压时域信号。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种声压级标定方法及装置，能够得到原声的声压时域信号。

为实现上述目的，本发明有如下技术方案：

一种声压级标定方法，包括：

将原声转化为数字音频；

提取所述数字音频的幅值，根据所述数字音频的幅值计算得到所述数字音频的相对声压级；

根据所述数字音频的标定声压级得到所述数字音频的声压标准标定系数；

根据所述声压标准标定系数得到所述数字音频的标准标定声压级；

根据所述数字音频的标准标定声压级以及所述数字音频的相对声压级得到所述原声的实际声压级；

将所述原声的实际声压级写入所述数字音频中，以表示所述数字音频的声压级等级。

可选的，所述根据所述数字音频的幅值计算得到所述数字音频的相对声压级包括：

采用公式计算得到所述数字音频的相对声压级。

可选的，根据所述数字音频的标准标定声压级以及所述数字音频的相对声压级得到所述原声的实际声压级包括：

采用公式计算得到所述原声的实际声压级。

可选的，所述数字音频的幅值与所述原声的声压的转化关系为

可选的，所述将所述原声的实际声压级写入所述数字音频中包括：

将所述原声的实际声压级以ASCII码形式写入所述数字音频的头文件中。

可选的，所述将所述原声转化为数字音频包括：

使用16位的Wave文件对所述原声进行采样量化，将所述原声转化为16位的Wave数字音频。

可选的，量化将原声按照声压绝对值大小划分为32768个量化级。

一种声压级标定装置，包括：

转化单元，用于将原声转化为数字音频；

计算单元，用于提取所述数字音频的幅值，根据所述数字音频的幅值计算得到所述数字音频的相对声压级以及根据所述数字音频的标定声压级等级得到所述数字音频的声压标准标定系数，根据所述数字音频的声压标准标定系数得到所述数字音频的标准标定声压级，根据所述数字音频的标准标定声压级以及所述数字音频的相对声压级得到所述原声的实际声压级；

写入单元，用于将所述原声的实际声压级写入所述数字音频中，以表示所述数字音频的声压级等级。

一种电子设备，包括存储器和处理器，其特征在于，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如上述任意一项所述的声压级标定方法的步骤。

本发明实施例提供的一种声压级标定方法，在将原声转化为数字音频之后，根据数字音频中的幅值计算得到数字音频的相对声压级，而后根据数字音频的标定声压级得到数字音频的声压标准标定系数，进一步根据数字音频的声压标准标定系数得到数字音频的标准标定声压级，而后根据数字音频的相对声压级以及数字音频的标准标定声压级得到原声的实际声压级，在得到原声的实际声压级之后，将原声的实际声压级写入到数字音频中，利用原声的实际声压级表示数字音频的声压级，从而可以从数字音频文件中得到原声的声压时域信号。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1示出了根据本发明实施例提供的一种声压级标定方法的流程图；

图2示出了根据本发明实施例提供的一种声压级标定装置的实施例示意图；

图3示出了根据本发明实施例提供的一种电子设备的实施例示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术中的描述，音频文件格式，例如，符合RIFF文件格式的Wave文件由头文件与Data块组成。其中，44字节的头文件记录音频的采样频率、声道数、采样位数以及采样帧数等信息，而Data块记录了音频幅值，但是记录的音频的幅值不表示原声的声压物理量的绝对值大小，而仅仅表示相对大小，因此，数字音频文件无法还原成记录原声的声压时域信号。

为此，本申请提出一种声压级标定方法，先将原声转化为数字音频，提取数字音频的幅值，利用幅值计算得到数字音频的相对声压级，而后根据数字音频的声压级等级得到数字音频的声压标准标定系数，并根据声压标准标定系数得到数字音频的标准标定声压级，而后根据数字音频的相对声压级以及数字音频的标准标定声压级得到原声的实际声压级，将原声的实际声压级写入数字音频中，利用原声的实际声压级表示数字音频的声压级等级，从而可以在数字音频中获取原声的声压时域信号。

为了更好地理解本申请的技术方案和技术效果，以下将结构附图对具体的实施例进行详细的描述。

参考图1所示，在步骤S01中，将原声转化为数字音频。

对于计算机来说，处理和存储的只可以是二进制数，因此在使用计算机处理和存储声音信号之前，需要利用模数转换(A/D)技术将模拟音频转化为二进制数，使得模拟音频转化为数字音频。模数转换是将模拟信号转化为数字信号，模拟信号在时间(或空间)和幅度上都是连续的信号，在时间上连续是指在任何一个指定的时间范围内声音信号都是无穷多个幅值，在幅度上连续是指幅度的数值为实数，数字信号是指在时间和幅度都用离散的数字表示的信号。模拟信号可以精确地反映原声的变化，模拟信号是与实际数据一致的波形，实际生活中的各种物理量，如摄像机下的图像、录音机录下的声音、车间控制室所记录的压力、流速、转速等等都是模拟信号。模拟信号传输过程中，先把信息信号转换成基本一致的波动电信号，再通过有线或无线的方式传输出去，电信号被接受下来后，通过接收设备还原成信息信号。

模数转化的过程包括采样、量化和编码三个步骤。采样即采集信号数据，是在时间轴上将连续的模拟信号转换成时间上离散的信号。一秒钟内采样的次数称为采样频率，单位为Hz，每一次采样都记录某一特定时刻波的振幅。一般情况下，采样率越高，音频的质量越好，对原声还原的越真实。同时，采样率越高，音频文件的大小也越大。在具体的应用中，需要对实际需求设定相应的采样频率，例如，8KHz(电话所用的采样率，音质基本满足对话需求)，22.05KHz(无线电广播所用的采样率)，44.1KHz(CD，MP3所用的采样率，这种音质用来听歌还是可以的)，48KHz(DVD，电影和专业音频所用的采样率)。

在具体的实施例中，例如Wave文件使用的是数码信号，它是用一堆数字来描述原来的模拟信号进行分析，我们知道所有的声音都有其波形，数码信号就是在原来的模拟信号波形上每隔一段时间进行一次“取点”，赋予每一个点以一个数值，这就是“采样”，然后把所有的“点”连起来就可以描述模拟信号，Wave文件的采样频率可以是44.1kHz，即每秒取样44100次。

量化是对采集得到的信号数据大小的数字化，用有限个规定的数值替代原先采样得到的离散信号。在进行量化处理时，量化数据应该用计算机中的若干个二进制位来表示，这二进制位的个数称为量化级。在具体的应用中，采用16-bit的Wave文件对原声进行量化，将原声按照声压绝对值大小划分成32768个等级。

采样和量化后的信号还不是数字信号，需要把它转换成数字编码脉冲，这一过程成为编码，最简单的编码方式是二进制编码，即将已经量化的信号幅值用二进制数表示。模拟音频经过采样、量化和编码之后形成的二进制序列就是数字音频信号，将数字音频信号以文件的形式保存在计算机存储设备中，这样的文件可以称之为数字音频文件。数字音频有许多不同的格式，例如WAV格式、CD格式、MP3(Moving Picture Experts Group AudioLayerⅢ)格式、MIDI(Musical Instrument Digital Interface)等，不同格式的数字音频有不同的保真度和动态范围。

在步骤S02中，提取所述数字音频的幅值，根据所述数字音频的幅值计算得到所述数字音频的相对声压级。

声压级(Sound Pressure Level，SPL)表示声压的强弱，单位是分贝(dB)，声压级越大，声压越大，声压是声波引起的压强的变化，单位是帕(Pa)。

本申请实施例中，在原声转化为数字音频时，需要将连续的信号转化为离散的信号，而后将离散的信号中抽取有限个数值，即获取有限个特点时刻波的振幅，可以在原声转化为数字音频之后，从数字音频中提取数字音频的幅值。在提取得到数字音频的幅值之后，计算数字音频的相对声压级。在本实施例中，可以通过公式(1)计算得到数字音频的相对声压级：

式中，SPL_wave表示数字音频文件的相对声压级，A_幅值表示数字音频的幅值，量化级是描述声音波形的数据是多少位的二进制数据，单位是位(bit)。

本实施例中，量化位数可以为8位、12位、16位等，例如可以使用16位的Wave文件对原声进行采样量化，将原声转化为16位的Wave数字音频，16位量化将原声按照声压绝对值大小划分为32768个量化级，在使用16位的Wave文件进行采样量化后，可以通过公式(2)计算Wave数字音频文件的相对声压级：

参考表1所示，表1为数字音频幅值与数字音频相对声压级的对照表，表1中根据公式(2)计算得到16位数字音频的多个不同幅值对应的相对声压级，以某一时刻的幅值为32768为例，幅值32768与量化级的比值为1，比值以10为底的对数乘以20的结果为0，因此，幅值为32768时，数字音频的声压级为0分贝，此时为可听阈声压的声压级。表1中仅示出了部分幅值对应的相对声压级，可以利用公式(2)计算数字音频不同幅值的相对声压级。

表1为数字音频幅值与声压级的对照表

在步骤S03中，根据所述数字音频的标定声压级等级得到所述数字音频的标准标定系数。

本实施例中，以标定声压级等级94dB进行说明，声压级计算公式如(3)：

其中P_ref＝0.00002Pa，SPL＝94，可求得此时声压有效值P_e＝1.00237446725455Pa。对于正弦波，其峰-峰值与有效值的比为则标准标定系数为：

即标定声压级94dB对应的标准标定系数为P_{标准标定系数}＝2.83514313233577。

在具体的实施例中，标准标定系数是为了确定声压级等级而定义的。如果测试数据的声压高于94dB的P_{标准标定系数}＝2.83514313233577，为了避免转化到数字音频因数据溢出而造成的失真，可以使用更高一个级别的声压级104dB来进行标定,依此类推。

参考表2所示，表2为数字音频声压级等级与标准标定系数的对应关系，可以根据需要选择标定等级，而后根据与之对应的声压级等级获得标准标定系数，以标定等级为B时为例，标定等级B对应的声压级等级为94，而后可以根据公式(3)和公式(4)得到其标准标定系数为2.83514313233577Pa。

表2数字音频声压级等级

在步骤S04中，根据所述声压标准标定系数得到所述数字音频的标准标定声压级。

本实施例中，在步骤S03中计算得到数字音频的标准标定系数，而后根据公式(5)得到数字音频的标准标定声压级：

式中SPL_标准标定表示数字音频的标准标定声压级，P_{标准标定系数}代表数字音频的标定声压级等级对应的标准标定系数，P_参考＝0.00002Pa表示参考声压。

在步骤S05中，根据所述数字音频的标准标定声压级以及所述数字音频的相对声压级得到所述原声的实际声压级。

在本实施例中，结合公式(2)和(5)可以得到原声的实际声压级，具体的可以参考公式(6)：

式中，SPL表示原声的实际声压级，SPL_wave表示数字音频的相对声压级，P_{标准标定系数}代表数字音频的标定声压级等级对应的标准标定系数，P_参考＝0.00002Pa表示参考声压。

本实施例中，数字音频的幅值与原声的声压具有相应的转换关系，原声的声压到Wave文件的音频幅值的转化关系可以如公式(7)：

式中，p_声压表示原声的声压，A_幅值表示数字音频的幅值，量化级是描述声音波形的数据是多少位的二进制数据，单位是位(bit)，P_{标准标定系数}代表数字音频的标定声压级等级对应的标准标定系数。本实施例中，可以使用16位的Wave文件对原声进行采样量化，将原声转化为16位的Wave数字音频，原声的声压到Wave文件的音频幅值的转化关系可以如公式(8)：

在步骤S06中，将所述原声的实际声压级写入所述数字音频中，以表示所述数字音频的声压级等级。

在得到原声的实际声压级之后，将原声的实际声压级写入数字音频中，利用原声的实际声压级表示数字音频的声压级等级，从而可以在数字音频文件中获取原声的声压时域信号，声压时域信号为声压幅度随时间的变化关系。在具体的实施例中，可以原声的实际声压级以ASCII码形式写入数字音频的头文件中，作为数字音频文件的声压级等级表示方式。

以上对本申请实施例中声压级标定方法进行了描述，下面对本申请实施例中声压级标定装置进行描述，参考图2所示，该装置包括：

转化单元201，用于将原声转化为数字音频；

计算单元202，提取所述数字音频的幅值，根据所述数字音频的幅值计算得到所述数字音频的相对声压级以及根据所述数字音频的标定声压级等级得到所述数字音频的声压标准标定系数，根据所述数字音频的声压标准标定系数得到所述数字音频的标准标定声压级，根据所述数字音频的标准标定声压级以及所述数字音频的相对声压级得到所述原声的实际声压级；

写入单元203，用于将所述原声的实际声压级写入所述数字音频中，以表示所述数字音频的声压级等级。

本申请实施例中，可以在原声转化为数字音频之后提取数字音频的幅值，在提取幅值之后根据数字音频的幅值计算得到数字音频的相对声压级，而后，通过数字音频的标定声压级等级得到数字音频的声压标准标定系数，根据数字音频的声压标准标定系数得到数字音频的标准标定声压级，并数字音频的相对声压级以及标准标定声压级得到原声的实际声压级。

参考图3所示，本申请实施例提供了一种电子设备300，包括存储器301、处理器302以及存储在存储器301上并在处理器302上运行的计算机程序311，处理器302执行计算机程序311时实现以下步骤：

将原声转化为数字音频；

提取所述数字音频的幅值，根据所述数字音频的幅值计算得到所述数字音频的相对声压级；

根据所述数字音频的标定声压级得到所述数字音频的声压标准标定系数；

根据所述声压标准标定系数得到所述数字音频的标准标定声压级；

根据所述数字音频的标准标定声压级以及所述数字音频的相对声压级得到所述原声的实际声压级；

将所述原声的实际声压级写入所述数字音频中，以表示所述数字音频的声压级等级。

由于本实施例所介绍的电子设备为实施本申请实施例中声压级标定设备，故基于本申请实施例中所介绍的方法，本领域技术人员能够了解本实施例的电子设备的具体实施方式以及其各种变化形式，因此对于该电子设备如何实现本申请实施例中的方法不再详细介绍，只要本领域技术人员实施本申请实施例中的方法所采用的设备，都属于本申请欲保护的范围。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何的简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种声压级标定方法，其特征在于，包括：

将原声转化为数字音频；

提取所述数字音频的幅值，根据所述数字音频的幅值计算得到所述数字音频的相对声压级；

根据所述数字音频的标定声压级得到所述数字音频的声压标准标定系数；

根据所述声压标准标定系数得到所述数字音频的标准标定声压级；

根据所述数字音频的标准标定声压级以及所述数字音频的相对声压级得到所述原声的实际声压级；

将所述原声的实际声压级写入所述数字音频中，以表示所述数字音频的声压级等级。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述数字音频的幅值计算得到所述数字音频的相对声压级包括：

采用公式计算得到所述数字音频的相对声压级；

其中，SPL_wave表示数字音频文件的相对声压级，A_幅值表示数字音频的幅值，量化级是描述声音波形的数据是多少位的二进制数据，单位是位(bit)。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述数字音频的标准标定声压级以及所述数字音频的相对声压级得到所述原声的实际声压级包括：

采用公式计算得到所述原声的实际声压级；

其中，SPL表示原声的实际声压级，P_{标准标定系数}代表数字音频的标定声压级等级对应的标准标定系数，P_参考表示参考声压。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述数字音频的幅值与所述原声的声压的转化关系为其中，p_声压表示原声的声压。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述原声的实际声压级写入所述数字音频中包括：

将所述原声的实际声压级以ASCII码形式写入所述数字音频的头文件中。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，所述将原声转化为数字音频包括：

使用16位的Wave文件对所述原声进行采样量化，将所述原声转化为16位的Wave数字音频。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述量化将原声按照声压绝对值大小划分为32768个量化级。

8.一种声压级标定装置，其特征在于，包括：

转化单元，用于将原声转化为数字音频；

计算单元，提取所述数字音频的幅值，根据所述数字音频的幅值计算得到所述数字音频的相对声压级以及根据所述数字音频的标定声压级等级得到所述数字音频的声压标准标定系数，根据所述数字音频的声压标准标定系数得到所述数字音频的标准标定声压级，根据所述数字音频的标准标定声压级以及所述数字音频的相对声压级得到所述原声的实际声压级；

写入单元，用于将所述原声的实际声压级写入所述数字音频中，以表示所述数字音频的声压级等级。

9.一种电子设备，包括存储器和处理器，其特征在于，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如权利要求1-7中任意一项所述的声压级标定方法的步骤。