本发明专利技术涉及一种非平稳噪声信号的时域数字计权方法，其包括以下步骤：1)对非平稳噪声信号进行数据采集，获得噪声数字信号p(τ)；2)根据噪声计权网络的倍频程声级修正值构建计权幅值曲线A(f)；3)对计权幅值曲线A(f)进行镜像变换处理，获取频域计权网络的非周期实偶函数A'(f)：4)进行逆傅利叶变换，获取计权网络的冲激响应函数A'(t)；5)选取窗函数Wβ(t)对A'(t)进行加窗截断处理；6)获得加窗计权小波函数A'wβ(t)；7)对加窗计权小波函数进行插值重采样，使其时间间隔与采集的原始噪声数字信号的时间间隔一致；8)对采集得到的非平稳噪声数字信号p(τ)与加窗计权小波函数进行相关比对变换，获得时域计权波动信号pw(t)；9)通过声级变换计算得到非平稳信号的计权总声压级曲线Lw(t)。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种噪声信号分析处理方法，特别是关于一种频率成分随时间迅速变 化的非平稳噪声信号的时域数字计权方法。
技术介绍
人耳对于声音感知的动态范围较大，听觉感受到的响度大小与声压比的对数值成 一定的比例关系，因而声学中用声压级的概念来反映人耳对响度的自观感受特征。另外，由 于人耳构造的特殊性，人耳对不同频率的噪声有不同的灵敏度，为了获得与人的主观感觉 相符的评价标准，使测量得到的分贝值与主观上感受到的响度有一定的相关性，国际标准 化组织根据等响曲线的特点对声音施加不同的频带计权处理，目前常用的计权有A、B、C三 种。对声音信号的处理中，声压级的计算可以根据理论公式计算，然而声信号的计权声压级 处理却存在较多问题。传统的计权声压级处理方法是采用模拟滤波器，通过硬件对不同频 带的声压信号进行不同幅值的衰减，这种方法的缺点是模拟电路的参数调整困难，而且使 用环境条件变化、器件的发热、老化等都会导致器件参数的变化。 随着计算机和信号处理技术的发展，数字方法开始被用来进行噪声信号的分析与 处理。对于平稳信号，快速傅利叶变换可以用来对声信号进行计权计算，并获得较好的精 度。而对于非平稳信号，人们常采用短时傅利叶变换对声信号进行计权处理，但是由于傅 利叶变换是线性恒分辨率的变换方法，处理非平稳时变信号时，会出现频谱泄漏的问题，进 而使计权结果产生较大误差。小波变换方法是一种非线性多分辨率的变换方法，处理非平 稳时变信号时具有很大的优势。但是现有的小波变换计权方法是对已知的小波函数进行 改造，根据计权子带宽分别进行滤波处理，然后分别进行声压级修正，最后对各子带的计权 声压级进行加和，从而获得总的计权声压级，比如：汪光森等，基于正交小波变换的计权声 级测量，仪器仪表学报，2004。这种计算方法繁琐复杂，需要进行多次滤波计算（子带的数 量），计算量大，同时还存在子带频谱能量混叠而带来计算误差的问题。另外，这种方法不能 获得声音的计权时域波动信号。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种不仅能够有效解决频谱泄漏、减少计权计算误差，而且 能够有效提高计算效率的非平稳噪声信号的时域数字计权处理方法。 为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种非平稳噪声信号的时域数字计 权方法，其包括以下步骤： 1)以采集频率为fs对非平稳噪声信号进行数据采集，获得非平稳噪声数字信号 Ρ(?; 2)根据噪声计权网络的倍频程声级修正值构建计权幅值曲线A(f):【主权项】1. ，其包括以下步骤： 1) 以采集频率为fs对非平稳噪声信号进行数据采集，获得非平稳噪声数字信号 Ρ(?; 2) 根据噪声计权网络的倍频程声级修正值构建计权幅值曲线A(f): 成/.) = 101''^⑴以 /e;/ = 1，2"·.Λ， (1) 其中，假设噪声计权网络的倍频程声级修正值为ALw，f；(i)是0。类倍频程中 第i个子带的中心频率，i = 1，2,.... N ; 3) 对计权幅值曲线A(f)进行镜像变换处理，获取频域计权网络的非周期实偶函数 A， （f):4) 对非周期实偶函数A'（f)进行逆傅利叶变换，获取计权网络的冲激响应函数 A，⑴：其中，t是时间序列，</，〇是逆傅利叶算子，即; 5) 对冲激响应函数A'（t)进行加窗截断处理，选取的窗函数Wfi (t)为：I 其中，β是窗提升率，1^是窗宽； 6) 获得加窗计权小波函数，即联立式（3)和式（4)获得加窗计权小波函数A'wfi (t)为： A' wP (t) = Wp (t)A' (t) (5) 7) 对加窗计权小波函数进行插值重采样，重采样之后的加窗计权小波函数A" wfi(tM) 为： k" wp (tre) = Interp (6) 其中，Interp表示插值函数；t,e表示重采样时间序列，其时间间隔为l/fs; 8) 对采集得到的非平稳噪声数字信号ρ(τ)与重采样之后的加窗计权小波函数进行 相关比对变换，获得时域计权波动信号Pw(t)为： ΡΛ〇 = ^Ττ''2Ρ(τ)Α?β(τ-?)?τ (7) 式中，τ是比对时间序列； 9) 将时域计权波动信号通过声级变换计算得到非平稳信号的计权总声压级曲线Lw(t) 为： LJt) = ^(\ IT I p^rfch (8),2. 如权利要求1所述的，其特征在于：所述 步骤4)中，进行逆傅利叶变换时，分别对频率f和时间t进行离散化，其中，频率f离散越 细，冲激响应函数越精确，时间t离散步长越小，描绘冲激响应函数的波形精确。3. 如权利要求2所述的，其特征在于：在实 际应用中，f离散可尽量细化，时间t的离散步长根据需要选取，选取原则是小于步骤7)中 插值重采样的时间间隔。【专利摘要】本专利技术涉及，其包括以下步骤：1)对非平稳噪声信号进行数据采集，获得噪声数字信号p(τ)；2)根据噪声计权网络的倍频程声级修正值构建计权幅值曲线A(f)；3)对计权幅值曲线A(f)进行镜像变换处理，获取频域计权网络的非周期实偶函数A'(f)：4)进行逆傅利叶变换，获取计权网络的冲激响应函数A'(t)；5)选取窗函数Wβ(t)对A'(t)进行加窗截断处理；6)获得加窗计权小波函数A'wβ(t)；7)对加窗计权小波函数进行插值重采样，使其时间间隔与采集的原始噪声数字信号的时间间隔一致；8)对采集得到的非平稳噪声数字信号p(τ)与加窗计权小波函数进行相关比对变换，获得时域计权波动信号pw(t)；9)通过声级变换计算得到非平稳信号的计权总声压级曲线Lw(t)。【IPC分类】G01H17-00【公开号】CN104729677【申请号】CN201510067451【专利技术人】连小珉, 郑四发, 刘海涛, 但佳壁, 杨殿阁, 李克强, 罗禹贡, 王建强 【申请人】清华大学【公开日】2015年6月24日【申请日】2015年2月9日本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种非平稳噪声信号的时域数字计权方法，其包括以下步骤：1)以采集频率为fs对非平稳噪声信号进行数据采集，获得非平稳噪声数字信号p(τ)；2)根据噪声计权网络的倍频程声级修正值构建计权幅值曲线A(f)：(f)=10{ΔLw[fc(i)]/20}2-Oc/2fc(i),2Oc/2fc(i)];i=1,2,...N---(1)]]>其中，假设噪声计权网络的倍频程声级修正值为ΔLw[fc(i)]，fc(i)是Oc类倍频程中第i个子带的中心频率，i＝1,2,....N；3)对计权幅值曲线A(f)进行镜像变换处理，获取频域计权网络的非周期实偶函数A'(f)：A′(f)=A(f)f∈[0,2Oc/2fc(N)]A(-f)f∈[-2Oc/2fc(N),0)0else---(2)]]>4)对非周期实偶函数A'(f)进行逆傅利叶变换，获取计权网络的冲激响应函数A'(t)：其中，t是时间序列，是逆傅利叶算子，即5)对冲激响应函数A'(t)进行加窗截断处理，选取的窗函数Wβ(t)为：Wβ(t)=β-cos[2π(t+Tw/2)Tw]1+βt∈[-Tw/2,Tw/2]0else---(4)]]>其中，β是窗提升率，Tw是窗宽；6)获得加窗计权小波函数，即联立式(3)和式(4)获得加窗计权小波函数A'wβ(t)为：A'wβ(t)＝Wβ(t)A'(t) (5)7)对加窗计权小波函数进行插值重采样，重采样之后的加窗计权小波函数A″wβ(tre)为：A″wβ(tre)＝Interp[A'wβ(t),tre] (6)其中，Interp表示插值函数；tre表示重采样时间序列，其时间间隔为1/fs；8)对采集得到的非平稳噪声数字信号p(τ)与重采样之后的加窗计权小波函数进行相关比对变换，获得时域计权波动信号pw(t)为：pw(t)=∫t-Tw/2t+Tw/2p(τ)Awβ′′(τ-t)dτ---(7)]]>式中，τ是比对时间序列；9)将时域计权波动信号通过声级变换计算得到非平稳信号的计权总声压级曲线Lw(t)为：Lw(t)=(1/Tw)∫t-Tw/2t+Tw/2pw(τ)2dτ---(8).]]>...
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：连小珉，郑四发，刘海涛，但佳壁，杨殿阁，李克强，罗禹贡，王建强，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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