我们生活的世界充满了各种声音，如清晨公鸡的打鸣声、汽车疾驰而过的嗖嗖声、敲击锣鼓的咚咚声、歌剧院里优美的音乐声。从呱呱坠地到咿呀学语到读诗背词，我们用声音与他人交流、汲取知识，由此可见声音的重要性。物理课上我们都学过，声音是由物体的振动产生的，以波的形式通过气体、液体、固体等介质向四处传播。声波的频率有高有低，人的耳朵可以听的频率范围大致为20-20000Hz。低于20Hz的我们称为次声波，高于20000Hz的我们称为超声波。新闻报道的化工厂爆炸事故时巨大的声音使周围的房屋玻璃震碎、机场工作人员佩戴有耳罩头盔以减弱噪声对耳朵的伤害、医院里使用超声波击碎人体内的结石，都说明声音具有一定的能量。为了更好的认识声音并利用声音，我们需要对声音进行倍频程分析。
今天我们就以VENZO 160手持式分析仪的倍频程模块为基础，一起来了解倍频程分析，希望通过本文的介绍，能给大家在工作和学习中提供一些有意义的参考！
PART1 什么是倍频程分析
不知大家有过这样的经历没有，在振动台上进行正弦扫频测试，频率在100Hz和200Hz的声音听起来是不一样的，而频率在5000Hz和5100Hz的声音就很难分辨了，所以人耳对声音的分辨率符合翻倍规律，在一个频段内以中心频率来管这一段，所以就有了倍频程，如125，250，500，1000，2000，4000，8000。我们可以明显听出100多Hz和200多Hz的区别，那就划定一段范围都归125Hz管，再给250Hz管一段。有耳朵尖的想分的细一点，那倍频程基础上插入一些频率就行了，就这是1/3，1/6，1/12,1/24倍频程的由来。所以声音信号频谱分析一般不需要对每个频率成分进行具体分析，而是将声频范围分为几段，每个频带成为一个频程。
频程的划分采用恒定带宽比，即保持频带的上、下限之比为一常数。若使每一频带的上限与下限频率之比为2，这样划分的每一个频程称1倍频程，简称倍频程。如果在一个倍频程的上下频率间再插入两个频率，使4个频率之间的比值相同（相邻两频率比值为1.26），这样将一个倍频程划分为3个频程，称这种频程为1/3倍频程。
1倍频程
1/3倍频程
PART2 声压与声压级
声学测量中，声压与声压级是常见的物理量之一。如城市道路、机场、施工场地中，经常可见环境噪声监测的显示屏，其中显示的分贝数值就是声压级的概念。那么声压和声压级是如何定义的呢？
介质中有声波传播时的压力与无声波传播时的静压力之间有一个差额，这一差额称为声压。
声压是随时间变化的，每秒钟内波动的次数往往较大，当传到人耳时，由于耳膜的惯性作用，辨别不出压力的变化。声压一般是指有效声压，它是一定时间间隔内，瞬时声压的均方根值，即：
式中：p(t)——瞬时声压，N/m2；
T——时间间隔，s；
声压级是指以对数尺衡量有效声压相对于一个基准值的大小，用分贝（dB）来描述其与基准值的关系。人类的对于 1KHz 的声音的听阈（即产生听觉的最低声压）为 20µPa，通常以此作为声压级的基准值。声压级用符号Lp表示，其数学定义为：
式中：p——为被测声音的声压，N/m2；
P0——听阈声压（或称声压基准值），在f=1000Hz时的听阈声压p0=2*10-5 N/m2。
PART3 等响度曲线
人耳对声音的听觉反应是“响”或“不够响”，因此用响度对其度量。由于人耳对不同频率的声音的反应不同，所以不同频率的声音，尽管其声压级相同，但人耳所感觉到的响度却不一样。
为了获得响度和声压级间的关系，科学家们对众多人群进行各种频率的听觉试验，他们将不同频率、响度相同的点连成一条曲线，便得到了“等响曲线”，响度级单位是“方”。
从下图等响曲线中，可以看出1000Hz纯音、声压级为40dB的听觉反应为40方的响度级。同时，可见40方的响度级曲线上，低频段所需的声压级更高。
PART4 频率计权
由于噪声对人体有危害，所以要对其进行检测和控制。检测噪声的仪器就是我们常说的声级计，其检测量是声压级。人耳对不同频率的声音有不同的反应，因此声级计应能反映人耳的这一固有特性。为此，声级计内设计了几种特殊的计权网络。
声级计的计权网络一般有A、B、C、D、线性计权五种。其中：A 计权声级是模拟人耳对 55dB以下低强度噪声的频率特性，B计权声级是模拟 55dB 到 85dB 的中等强度噪声的频率特性，C计权声级是模拟高强度噪声的频率特性。三者的主要差别是对噪声低频成分的衰减程度，A衰减最多，B次之，C最少。A计权声级由于其特性曲线接近于人耳的听感特性，因此是目前世界上噪声测量中应用最广泛的一种。D计权则专用于测量1-10KH频率范围内的单个飞机噪声和脉冲噪声。线性计权声压级往往在噪声测量中表示为总声压级。
在汽车噪声测试过程中，常用A、C两套计权网络。
对测量信号考虑频率计权时，若用1/3倍频程表示结果，则计权的结果为在各倍频程带线性不计权的基础上直接加减表1中对应的dB数值即可。因此，从频率计权的角度来讲，计算相当简单。
计权曲线如下图所示：
PART5时间计权
时间计权通常用于声级计测量中，并且是时间计权与频率计权配合使用，才能使测量结果在一定程度上反映出人的主观感受特性。所谓的时间计权实际上是对测量信号进行时间平均。通常时间平均特性包含三种方式，即“快” 档 （F）、“慢”档（S）和“脉冲”（I）。
目前，测量噪声用的声级计，时间常数可分为四种：
⑴“慢”。时间常数为1000ms，—般用于测量稳态噪声，测得的数值为有效值。
⑵“快”。时间常数为125ms，一般用于测量波动较大的不稳态噪声和交通运输噪声等。快档接近人耳对声音的反应。
⑶“脉冲”。时间常数为35ms，用于测量持续时间较长的脉冲噪声，如冲床、按锤等，测得的数值为最大有效值。
⑷“峰值保持”。时间常数小于20ms．用于测量持续时间很短的脉冲声，如枪、炮和爆炸声，测得的数值是峰值，即最大值。
时间计权分指数平均和线性平均两种。
上述采用F、S时间计权测量时间计权声级就是使用指数平均测量声压的有效值，而使用线性平均测量一段时间的声压有效值则称为测量等效连续声级或时间平均声级。
线性平均时，当平均时间T是输入信号的波动周期的整数倍时，输出信号与真值的误差最小。测量时如要求平均方式的稳定时间较短，则应优先选用线性平均。如：在混响时间测量时，采用线性平均比采用指数平均可以测量到更小的混响时间。
PART6倍频程功能特点
VENZO 160手持式分析仪搭配倍频程模块，可执行多种任务的声学测量，包括实时倍频谱、1/N倍频滤波器、声级计等。配置的传感器校准功能，可快速核验现场传声器灵敏度。自动量程可根据采集的信号，为用户自动选择最合适的量程。同时可实时以二维图、三维瀑布图、彩色图等形式显示信号。为了更好地满足用户的需求，倍频程功能还有以下特点：
√ 强大的倍频谱分析能力
倍频程分析带宽指示值可选1/1、1/3、1/6、1/12、1/24倍频程的实时滤波器组，满足GB/T 3241（IEC 61260）0级滤波器要求，同时采样频宽高达63000Hz。倍频谱中可实时切换频率计权的类型，同时实时显示指定频率计权声压级和总声压级。
1/24倍频谱柱状图
1/24倍频谱曲线图
√ 丰富的时间计权模式
根据测量场景的不同，用户可自由选择指数平均或线性平均。同时指数平均的时间档位多样，还可对倍频谱实时进行各频带或指定频带的最大值保持或最小值保持。
√ 声级计使用
VENZO 160手持式分析仪与传声器配合，结合丰富的频率计权网络和时间计权模式，可作为声级计使用，可测量声音的声压级或声压等参数。
下图为VENZO 160手持式分析仪在线测量手机播放音乐时的分贝。
√ 检波功能
配置的检波功能可实时统计输入通道指定频率计权和线性计权的声压级。
√ 数据记录&离线分析
VENZO 160手持式分析仪配置了实时数据记录功能，可将各输入通道的原始时域数据记录于电脑硬盘或内置的SD卡中。记录完成，用户可通过离线分析模块对数据记录文件进行详细的处理分析。
