Основні методи і засоби обробки акустичних сигналів

1.5 Основні методи і засоби обробки акустичних сигналів

Сигнали шуму та вібрації тут здебільшого вважаються випадковими процесами. Це обумовлено необхідністю врахування фактора випадковості при формуванні їх унаслідок нестабільності умов збудження, неможливості абсолютного повторення режимів роботи тощо. Крім того, акустичні сигнали вважаються стаціонарними процесами, що забезпечується сталістю процесу збудження коливань. Фізично виправдане для розглядуваних процесів також припущення про їхню ергодичність. Отже, акустичні сигнали в цій книзі вважаються стаціонарними ергодичними випадковими процесами (якщо немає додаткових уточнень). Це дає змогу застосувати для аналізу їх достатньо розроблену спектрально-кореляційну теорію.

Основним сучасним методом обробки сигналів шуму та вібрації є спектральний аналіз. Цей метод застосовують для оцінки основних спектральних характеристик сигналів шуму та вібрації — спектральних густин потужності, а також характеристик взаємозв'язку сигналів (взаємних спектрів, функцій когерентності та кореляції). Крім того, на підставі цих характеристик обчислюють частотні характеристики шляхів поширення коливань.

Сучасний спектральний аналіз шумових і вібраційних сигналів поділяється на аналіз з постійною смугою частот (Δf = const) і з постійною відносною смугою (Δf_о/f_о = const); остання, як правило, октавна чи третинооктавна. Тут Δf — ширина смуги аналізу (для ШПФ Δf часто називають також кроком за частотою), f_о — центральна частота смуги. Вид аналізу та параметри відповідної апаратури вибирають залежно від задачі аналізу.

Якщо мета досліджень — визначення окремих дискретних складових, то слід вибирати вузькосмуговий аналіз з постійною смугою пропускання. Проте ця смуга не повинна бути занадто вузькою, оскільки під час роботи будь-якого джерела шуму та вібрації спектральні складові неминуче флуктують з плином часу за частотою. Смуга аналізу має охоплювати ці флуктуації; у противному разі результати спотворюватимуться.

При боротьбі з шумом та вібрацією методами звукоізоляції чи поглинання часто достатньо виявити інтенсивні частотні ділянки або зони цих процесів. У цьому разі більш доцільний аналіз з постійною відносною смугою пропускання. У будівництві застосовують здебільшого октавний аналіз, у машинобудуванні — третинооктавний.

На практиці часто вважають, що ширина смуги аналізу має бути приблизно (в крайньому разі) в 4 рази вужча за загальний частотний діапазон, який аналізується. Апаратура для спектрального аналізу промислового шуму та вібрації здебільшого не є специфічною тільки для аналізу механічних коливань, оскільки по суті аналізуються електричні коливання, що надходять від електроакустичного перетворювача.

Зараз спектральний аналіз здійснюють або смуговою фільтрацією сигналів, або на підставі ШПФ. Останнім часом для спектрального аналізу (зокрема обчислення дискретного перетворення Фур'є) дедалі більше використовують алгоритм ШПФ, особливо з появою швидкодіючих процесорів ШПФ. Головна перевага цього способу — можливість дістати порівняно вузькосмугові спектри, тобто можливість спектрального аналізу з високим розділенням за частотою.

В апаратному забезпеченні обробки віброакустичних сигналів формуються та розвиваються такі тенденції:

цифрове представлення віброакустичної інформації;

розробка спеціалізованих обчислювальних пристроїв на базі мікропроцесорів, що працюють за жорсткими алгоритмами. Переваги таких пристроїв — швидкодія, мобільність; недолік — низький ступінь універсальності;

розробка програмних комплексів, в яких процес обробки інформації здійснюється програмно ЕОМ, найчастіше персонального типу. При цьому сигнали вводяться безпосередньо в запам'ятовуючий пристрій ЕОМ у цифровій формі. Перевагами таких комплексів є високий ступінь універсальності, порівняно великий обсяг пам'яті, можливість порівняно просто збільшувати кількість каналів одночасного введення сигналів; недолік — порівняно невисока швидкодія. Отже, такі комплекси доцільно застосовувати в метою дослідження;

розробка програмно-апаратних комплексів обробки інформації, в яких обчислення спеціальної функції (наприклад, спектральної густини) здійснює спеціалізований пристрій, сумісний з ЕОМ, а вторинну обробку добутих функцій (накопичення, аналіз) — ЕОМ. Такий варіант, незважаючи на порівняно високу вартість, має менше недоліків двох перших і тому розвивається найбільш інтенсивно.

1.6 Застосування частотної корекції

Найпростішою фізичною мірою шуму є вимір його повного рівня звукового тиску. З іншого боку, такий вимір не дає ніякої інформації ні про розподіл частот шуму, ні про його сприйняття людиною, тобто практично таке вимірювання буде не ефективним. Однак за допомогою простих засобів вимірювальну апаратуру можна забезпечити деякими характеристиками, що дозволяють зробити результати вимірів набагато ефективніше. Застосовується набір частотних коригувальних фільтрів, характеристики яких індексовані літерами А, В, С. Характеристика з індексом С мало залежить від частоти в значній частині звукових частот, у той час як характеристика з індексом А перебуває в сильній залежності від частот нижче 1000 Гц. Порівнюючи частотну характеристику А с кривими рівня рівної гучності для чистих тонів можна виявити деяку подібність між останніми й оберненою А характеристикою. Навіть незважаючи на те, що процес сприйняття звуків людиною набагато складніше апроксимації за допомогою частотної корекції, як це представлено кривою А, в багатьох випадках інформація може бути отримана в результаті вимірів за допомогою апаратури за характеристикою А. Останній довід також підтверджується тим, що існуючі національні й міжнародні стандарти, що регламентуюсь вимірюванні та оцінці рівня шуму головним чином рекомендують застосування коригувальної характеристики А.

Рисунок 1.8 - Коригувальні характеристики А, В, С, D

Для того, щоб розрізняти фізичні вимірювання рівнів звукового тиску в децибелах (дБ) (без частотної корекції) від суб'єктивного виміру рівнів гучності у фонах і вимірів, зроблених за допомогою однієї з уведених стандартних частотних характеристик А, В, С (або D), прийнята міжнародна угода про те, що результати останнього виду вимірів повинні бути виражені у вигляді рівнів звуку з використанням шкали децибел із вказівкою виду частотної коригувальної характеристики А, В, або С (або D). Якщо, наприклад, шум вимірюється з використанням корекції А, то результат повинен бути представлений у вигляді дБ(А). Аналогічно, якщо виміру шуму проводилися з використанням корекцій В та С (або D), ці результати повинні бути виражені відповідно дБ(В), дБ(С) або дБ(D).

Існують випадки, коли при вимірюваннях необхідна набагато більш вичерпна інформація про рівень шуму. Цю інформацію можна одержати, проводячи частотний аналіз шуму; аналіз, що часто проводиться у вигляді октавних, третинооктавних або ще більш вузьких смуг частот. З докладного частотного аналізу спектра шуму може бути отримана найбільш придатна інформація про звук, що досліджується.

Похожие работы

Разработка комплексной системы защиты информации объекта защиты

Скачать

40245

7

2

... ресурсов. При этом безопасность достигается комплексным применением аппаратных, программных и криптографических методов и средств защиты, а также организационных мероприятий.   4.4 Комплексная система защиты информации объекта защиты Комплексная система защиты информации объекта защиты состоит: 1) Блокирование технических каналов утечки информации; 2) Исключение внешних и внутренних угроз ...

Безопасность жизнедеятельности

Скачать

506603

63

3

... или технологических процессов; – при выборе технического решения обеспечить малоотходность производства и максимальную эффективность использования энергоресурсов. Задачи специалиста в области безопасности жизнедеятельности сводятся к следующему; – контроль и поддержание допустимых условий (параметры микроклимата, освещение и др.) жизнедеятельности человека в техносфере; – идентификация ...

Защита информации по виброакустическому каналу утечки информации

Скачать

158049

14

7

... выходят из строя. Более детальное рассмотрение вопросов защиты от НСВ по коммуникационным каналам приведено в следующем подразделе. Защита по виброакустическому каналу утечки информации Метод съема информации по виброакустическому каналу относится к так называемым беззаходовым методам, и это является важным его преимуществом. Обнаружить аппаратуру такого съема информации крайне трудно, так как ...

Основы безопасности жизнедеятельности

Скачать

220123

0

0

... и подведомственных объектов производственного и социального назначения от чрезвычайных ситуаций; – планировать и проводить мероприятия по повышению устойчивости функционирования организаций и обеспечению жизнедеятельности работников организаций в чрезвычайных ситуациях; – обеспечивать создание, подготовку и поддержание в готовности к применению сил и средств по предупреждению и ликвидации ...