Что такое децибел? Как рассчитать звуковые децибелы? Анализ метода расчета Audition

искусственный интеллект алгоритм

предисловие

Мы часто говорим о том, сколько децибелов в звуке, так что же представляет собой понятие этого децибела? Как рассчитать децибел аудиофайла?

1. Что такое децибел?

Давайте посмотрим на введение энциклопедии Baidu: децибел — это единица измерения, которая измеряет отношение количества двух одинаковых единиц, в основном используется для измерения интенсивности звука и часто выражается в дБ.

В инженерных приложениях обычно существует много определений, но в основном они делятся на следующие две категории:

1.1 Класс мощности

Определение: десятичный логарифм отношения двух одинаковых величин мощности или величин, которые можно сравнить с мощностью, умноженной на 10, равен 1.

формула:

NdB=10lg⁡pip0NdB−Указывает на сигналpiсигнализироватьp0значение в децибелахpi,p0−В соответствии с единицей мощности, такой как квадрат тока, квадрат напряжения, квадрат скорости частицы, квадрат звукового давленияN_{dB}=10\lg\frac{pi}{p0}\\ N_{dB}-представляет децибел значение сигнала {pi} сигналу {p0}\\{pi}, {p0}-соответствует к количеству единиц мощности, таких как квадрат тока, квадрат напряжения, квадрат скорости частиц, квадрат звукового давления

Например:

ПредположениеAЭлектроэнергия20ватт,BЭлектроэнергия10ваттpA=20wpB=10wNdB=10lg⁡pApB=10lg⁡2=3dBЭто,Aкоэффициент электрической мощностиBэлектроэнергии3dBПредположим, что электрическая мощность A составляет 20 Вт, а электрическая мощность B составляет 10 Вт\\ {p_A}=20 Вт\\ {p_B}=10 Вт\\ N_{dB}=10\lg\frac{p_A}{ p_B}=10\lg2 =3dB\\ То есть электрическая мощность A на 3dB больше, чем электрическая мощность B

1.2 Класс напряжения

Определение: десятичный логарифм отношения двух одинаковых величин мощности или величин, которые можно сравнить с мощностью, умноженной на 10, равен 1.

формула:

NdB=20lg⁡pip0NdB−Указывает на сигналpiсигнализироватьp0значение в децибелахpi,p0−Соответствующие единицам класса напряжения, таким как ток, напряжение, скорость частиц, звуковое давлениеN_{dB}=20\lg\frac{pi}{p0}\\ N_{dB}-представляет децибел значение сигнала {pi} сигналу {p0}\\{pi}, {p0}-соответствует к единицам класса напряжения, таким как ток, напряжение, скорость частиц, звуковое давление

Например:

ПредположениеAНапряжение20вольт,BНапряжение10вольтpA=20VpB=10VNdB=10lg⁡pApB=10lg⁡2=3dBЭто,Aкоэффициент напряженияBвысокое напряжение3dBПредположим, что напряжение A равно 20 вольт, а напряжение B равно 10 вольт\\ {p_A}=20V\\ {p_B}=10V\\ N_{dB}=10\lg\frac{p_A}{p_B}=10 \lg2 =3dB\\ То есть напряжение A на 3dB больше, чем напряжение B

2. Что такое децибел звука?

Мы обычно говорим о количестве децибел, например, мы часто говорим, что тихий шепот составляет около 20-40 дБ, а нормальная речь в помещении - около 40-60 дБ. Так как же измеряется звук в децибелах?

Здесь мы упомянем понятие, называемое уровнем звукового давления.

Звуковое давление определяется как среднеквадратичное значение избыточного мгновенного давления, создаваемого звуковой волной в определенной точке.

формула:

SPL=20lg⁡peprefSP−уровень звукового давленияpe−Измеряемое среднеквадратичное звуковое давлениеpref−Среднеквадратичное значение эталонного звукового давленияВ воздухе эффективное значение эталонного звукового давления равно2×10−5PaSPL=20\lg\frac{p_e}{p_{ref}}\\ SP-уровень звукового давления\\ {p_e}-среднеквадратичное значение измеряемого звукового давления\\ {p_{ref}}-среднеквадратичное значение эталонного звуковое давление \\ В воздухе эффективное значение эталонного звукового давления составляет 2\times10^{-5} Па

Следовательно, если мы знаем звуковое давление, соответствующее произносимому звуку, то на основе приведенной выше формулы мы можем рассчитать соответствующий уровень звукового давления, который представляет собой децибел, соответствующий звуку, который мы часто произносим.

3. Как рассчитать децибел или уровень звукового давления аудиофайла

Нашла в сети такую ​​формулу:

Lp=20lg⁡prmsprefprms−Амплитуда точки выборки звукаRMSЧисленная величинаpref−максимальная амплитуда звукаLp=20\lg\frac{p_{rms}}{p_{ref}}\\ {p_{rms}}-среднеквадратичное значение амплитуды точки отбора звука\\ {p_{ref}}-максимальное значение амплитуды звука\\

В качестве примера, чтобы проиллюстрировать следующее, если наш звук представляет собой 16-битное число со знаком, то значение каждой точки дискретизации должно быть между -32768-32767, то есть значение амплитуды равно 65535. В это время соответствующий децибел до максимальной амплитуды: 20lg65535=96,32 дБ, то есть динамический диапазон этого формата составляет 96 дБ.

Принимая во внимание наш обычный звуковой диапазон, 16-битные в основном могут записывать большинство аудиозвуков, а формат физических записей CD также принимает 16-битную точность дискретизации.

Из амплитудной статистики Audition видно, что максимальная амплитуда составляет около 24 117. Если ввести ее в приведенную выше формулу для расчета 20lg24117=87,68 дБ, это правильно, но она показывает, что она действительно равна -2,66 дБ. формула неверная?

Звук отображается в виде цифрового сигнала после дискретизации и квантования, а фактическое количество децибел может быть рассчитано в соответствии с размером дискретизированного значения.

Следовательно, согласно этой теории, децибел или уровень звукового давления (максимальная амплитуда) звука, показанного на рисунке выше, должен составлять около 87,68 дБ.

Что означает -2,66 дБ?

По данному аудио файлу временно не рассматриватьrms, рассматривая случай только точки пикаТакprms=24117,pref=1ноLp=20lg⁡prmspref=87.68dBеслиpref=216=32768ноLp=20lg⁡prmspref=−2.66dBСогласно этому аудиофайлу среднеквадратичное значение пока не учитывается, а считается только точка пика\\ тогда {p_{rms}}=24117, {p_{ref}}=1\\ тогда Lp=20\lg \frac{p_{rms}}{p_{ref}}=87,68 дБ\\ Если {p_{ref}}=2^{16}=32768\\ тогда Lp=20\lg\frac{p_{rms}} {p_{ref} }=-2,66 дБ

Иными словами, при использовании 16-битной точности квантования максимальная амплитуда должна быть установлена ​​на 32768, и по той же причине, когда вы используете 32-битную, максимальная амплитуда должна быть установлена ​​на 65536.

Таким же образом можно рассчитать среднеквадратичную амплитуду.

4. Демонстрационная проверка

Я написал небольшое демо и рассчитал среднеквадратичное значение, результаты расчета следующие:

Результаты расчета Audition следующие:

Код для конкретного расчета был загружен. Если вам нужно проверить его, вы можете загрузить его напрямую.

скачатьСопутствующий код

Категории