DIN 45631 A1-2010 Calculation of loudness level and loudness from the sound spectrum - Zwicker method - Amendment 1 Calculation of the loudness of time-variant sound with CD-ROM《声谱.pdf

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1、Mrz 2010DEUTSCHE NORM Normenausschuss Akustik, Lrmminderung und Schwingungstechnik (NALS) im DIN und VDIPreisgruppe 17DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.V., Berlin, gestattet.ICS 17.140.0

2、1!$ZVx“1555185www.din.deDDIN 45631/A1Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlinnderung vonDIN 45631:1991-03www.beuth.deGesamtumfang 30 SeitenBerechnung des Lautstrkepegels und der Lautheit aus dem Geruschspektrum Verfahren nach E. Zwicker nderung 1: Berechnung der Lautheit zeitva

3、rianter Gerusche; mit CD-ROM Calculation of loudness level and loudness from the sound spectrum Zwicker method Amendment 1: Calculation of the loudness of time-variant sound; with CD-ROM Mthode de calcul du niveau disosonie et de la sonie Mthode daprs E. Zwicker Amendement 1: Calcul de la sonie de b

4、ruit du niveau fluctuant; avec CD-ROM DIN 45631/A1:2010-03 Vorwort Dieses Dokument wurde vom Arbeitskreis NA 001-01-02-08 AK Psychoakustische Messtechnik“ des Arbeitsausschusses NA 001-01-02 AA Geruschimmission Ermittlung, Bewertung, Beurteilung“ des Normenausschusses Akustik, Lrmminderung und Schwi

5、ngungstechnik (NALS) im DIN und VDI erarbeitet. Diese nderung ergnzt DIN 45631 um ein Verfahren zur Berechnung der Lautheit von zeitvarianten Geruschen. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. DIN ist nicht dafr verantwortlich, einige

6、 oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. 2 DIN 45631/A1:2010-03 1 Anwendungsbereich Ergnze diesen Abschnitt um folgenden Text: In Anhang B wird ein Verfahren zur Berechnung der Lautheit zeitvarianter Gerusche beschrieben. 2 Beschreibung des Verfahrens Ersetze die berschrift dieses A

7、bschnitts durch folgende: 2 Beschreibung des Verfahrens fr stationre Gerusche 3 Gren und Benennungen Fge nach der berschrift folgenden Text und Anmerkung ein: Fr die Anwendung von DIN 45631 gelten die folgenden Begriffe. ANMERKUNG Begriffe zur Berechnung der Lautheit zeitvarianter Gerusche sind in A

8、nhang B aufgefhrt. 4 Durchfhrung der Berechnung Ersetze die berschrift dieses Abschnitts durch folgende: 4 Durchfhrung der Berechnung fr stationre Gerusche 3 DIN 45631/A1:2010-03 Anhang A Ersetze die berschrift dieses Anhangs durch folgende: Rechenprogramm zur Lautheitsberechnung stationrer Gerusche

9、 Ersetze die Bilder A.2 und A.3 sowie den dazugehrenden Text durch folgendes: Legende 1 L: 90 dB; NGF: 32,0 sone(GF) 2 L: 80 dB; NGF: 16,0 sone(GF) 3 L: 70 dB; NGF: 8,0 sone(GF) 4 L: 60 dB; NGF: 4,0 sone(GF) 5 L: 50 dB; NGF: 2,0 sone(GF) 6 L: 40 dB; NGF: 1,0 sone(GF) 7 L: 30 dB; NGF: 0,4 sone(GF) N

10、Spezifische Lautheit, in sone/Bark z Tonheit, in Bark Bild A.2 Beispiele fr das Lautheits-Tonheits-Muster eines 1-kHz-Tones bei verschiedenen Pegeln Das Beispiel in Bild A.2 zeigt das Lautheits-Tonheits-Muster fr einen Sinuston der Frequenz f = 1 kHz mit Pegeln zwischen 30 dB und 90 dB. Die Darstell

11、ung erfolgt als spezifische Lautheit N in sone/Bark ber der Frequenzgruppenskale z in Bark. Sofern die Terzpegel nicht durch Messungen bestimmt werden, sondern numerische Werte angegeben werden, ist die endliche Flankensteilheit der Analysefilter zu beachten. In den benachbarten Terzen treten um 20

12、dB reduzierte Pegelwerte auf, die fr die Berechnungen zu bercksichtigen sind. Beispielsweise ergeben sich fr 90 dB folgende Werte. 4 DIN 45631/A1:2010-03 Tabelle A.1 Terzpegel eines 1-kHz-Tones mit 90 dB Frequenz Hz 400 500 630 800 1 000 1 250 1 600 2 000 2 500 Pegel dB 10 30 50 70 90 70 50 30 10 Fr

13、 Werte unter 1 000 Hz (8,5 Bark) ist der Einfluss der endlichen Filtersteilheit klar ersichtlich, bei Werten ber 8,5 Bark spielt die endliche Filtersteilheit wegen der flachen oberen Flanke der Mithrschwellenmuster keine Rolle. Legende 1 L: 80 dB; NGF: 44,9 sone(GF) 2 L: 70 dB; NGF: 24,2 sone(GF) 3

14、L: 60 dB; NGF: 12,6 sone(GF) 4 L: 50 dB; NGF: 6,2 sone(GF) 5 L: 40 dB; NGF: 2,6 sone(GF) N Spezifische Lautheit, in sone/Bark z Tonheit, in Bark Bild A.3 Beispiele fr das Lautheits-Tonheits-Muster fr ein Rosa Rauschen (20 Hz bis 20 kHz) bei verschiedenen Pegeln Die Lautheits-Tonheits-Muster in Bild

15、A.3 gelten fr (Gesamt-)Pegel des Rosa Rauschens zwischen 40 dB und 80 dB. Der Terzpegel liegt im Frequenzbereich von 20 Hz bis 20 kHz (31 Terzbnder) jeweils um 10 lg 31 dB = 14,9 dB niedriger als der Gesamtpegel; der A-bewertete (Gesamt-)Pegel liegt um etwa 3 dB niedriger als der unbewertete (Gesamt

16、-)Pegel. Fr Rosa Rauschen mit etwa 57 dB (bei A-Bewertung) ergibt sich demnach eine Lautheit N von 12,6 sone; ein 1-kHz-Ton mit 57 dB (bei A-Bewertung) erzeugt jedoch nur eine Lautheit von 3,2 sone. Dieses Beispiel zeigt, dass breitbandige Schalle (z. B. Rosa Rauschen) bei gleichem Schallpegel als e

17、rheblich (Faktor 4) lauter wahrgenommen werden als schmalbandige Schalle. 5 DIN 45631/A1:2010-03 Fge nach Anhang A folgende weitere Anhnge ein: Anhang B (normativ) Berechnung der Lautheit zeitvarianter Gerusche B.1 Einleitung Dieser Anhang legt die Anforderungen an Gerte zur Bestimmung der Lautheit

18、zeitvarianter Gerusche (siehe B.3.2) fest und beschreibt das Vorgehen zur Ermittlung dieser Kenngre. Fr zeitvariante Schalle werden mit dem Verfahren fr stationre Gerusche zu niedrige Werte der Lautheit berechnet. Daher sind im Folgenden Verfahren beschrieben, welche die Zeitverarbeitung von Schalle

19、n im menschlichen Gehr bei der Beurteilung der Lautheit zeitvarianter Gerusche simulieren. B.2 Beschreibung des Verfahrens Die Berechnung der Lautheit zeitvarianter Gerusche basiert auf der Berechnung der Lautheit stationrer Gerusche. Insbesondere sind die spektralen Analysen durch Terzfilter in bei

20、den Verfahren gleich. Wesentliche Unterschiede ergeben sich bei der zeitlichen Bewertung: Das nichtlineare Abklingverhalten des menschlichen Gehrs muss detailliert nachgebildet werden. Darber hinaus mssen sehr komplexe Eigenschaften des Gehrs wie beispielsweise Effekte der zeitlichen Summation und F

21、olgedrosselung bercksichtigt werden. Das Verfahren ist prinzipiell zur Berechnung der Lautheit smtlicher zeitvarianter Gerusche geeignet. Anwendungsbereiche ergeben sich fr Gerusche mit deutlichen Zeitstrukturen, wie von Hubschraubern, Dieselmotoren, aber auch fr menschliche Sprache. Die Beurteilung

22、 der schdigenden Wirkung von Schallereignissen liegt nicht im Anwendungsbereich dieser Norm. B.3 Begriffe B.3.1 stationres/zeitinvariantes Gerusch Gerusch, bei dem der Quotient aus der Perzentillautheit N5und der Perzentillautheit N95einen Wert von 1,10 nicht berschreitet B.3.2 zeitvariantes Gerusch

23、 Gerusch, bei dem der Quotient aus der Perzentillautheit N5und der Perzentillautheit N95einen Wert von 1,10 berschreitet ANMERKUNG Die berwiegende Zahl der in der Praxis vorkommenden Gerusche sind zeitvariante Gerusche. 6 DIN 45631/A1:2010-03 B.3.3 spezifische Lautheit GTN Wert der zeitvarianten Lau

24、theit in einer Frequenzgruppe ANMERKUNG 1 Bei der spezifischen Lautheit wird zwischen GFTN fr freies Schallfeld und fr diffuses Schallfeld unterschieden. GDTNANMERKUNG 2 Die spezifische Lautheit wird in sone/Bark angegeben. ANMERKUNG 3 Die Indizes haben folgende Bedeutung: G fr Frequenzgruppe, F fr

25、freies Schallfeld, D fr diffuses Schallfeld, T fr Zeitvarianz. B.3.4 Perzentillautheit NXLautheit, die in X % der Messzeitintervalle erreicht oder berschritten wird ANMERKUNG Die Perzentillautheit wird in sone angegeben. B.4 Lautheitsmesser B.4.1 Beispielhafter Aufbau Bild B.1 Blockschaltbild eines

26、Lautheitsmessers Nach Verstrkung des Mikrofonsignals (siehe Bild B.1) wird zwischen freiem und diffusem Schallfeld gewhlt (siehe Anhang A, Zeilen 1 660 bis 1 710). Es folgt eine Filterbank von Terzfiltern nach DIN EN 61260, eine Gleichrichtung und Tiefpassfilterung. Die Zeitkonstante wird frequenzab

27、hngig gewhlt: = (2/3)/fcfr Terzmittenfrequenzen fc 1 000 Hz bzw. = (2/3)/1 000 Hz = 2/3 ms fr Terzmittenfrequenzen fc 1 000 Hz. 7 DIN 45631/A1:2010-03 Der Block N enthlt die Transformation vom Schallpegel in die spezifische Lautheit, wie in Anhang A beschrieben. Stark vereinfacht kann hier angenomme

28、n werden, dass die spezifische Lautheit der vierten Wurzel der Schallintensitt bzw. der Quadratwurzel des Schalldrucks entspricht. Gehrs simuliert: Nach kurzen Signalen ergibt sich ein steilerer Abfall als nach lngeren Signalen. Die gewichtete Summation entspricht der n Beispiel fr eine Netzwerksimu

29、lation und in Bild B.3 ein Rechenprogramm abgebildet. ANMERKUNG Im Block NL wird das nichtlineare zeitliche Abklingverhalten desFlchenbildung in den Bildern 2 bis 11. Der Tiefpass am Ausgang simuliert, dass 10 ms lange Signale als etwa halb so laut wahrgenommen werden wie 100 ms lange Signale. Fr di

30、e im Block NL durchgefhrte Signalverarbeitung ist in Bild B.2 eishort= R1 C1= 5 ms Simulation des zeitlichen Abklingverhaltens des Gehrs (siehe Block NL in Bild B.1) long= R1 (C1+ C2) = 15 ms var= R2 C2= 75 ms Bild B.2 Ersatzschaltbild zur 8 DIN 45631/A1:2010-03 #include #include #define t_short 0.0

31、05 #define t_long 0.015 #define t_var 0.075 float B6, u_o_0, /* u_o(t-delta_t)*/ u_2_0; /* u_2(t-delta_t)*/ void init_nl_lp (float delta_t) /* initializes constants B and states of capacitors C1 and C2, 1/delta_t = sampling frequency */ float lambda_1, lambda_2, p, q, den, e1, e2; int i; p =(t_var +

32、 t_long) / t_var*t_short); q = 1/(t_short*t_var); lambda_1 = -p/2+sqrt (p*p/4 q); lambda_2 = -p/2-sqrt (p*p/4 q); den = t_var*(lambda_1 lambda_2);e1 = exp(lambda_1*delta_t); e2 = exp(lambda_2*delta_t); B0 = (e1-e2)/den; B1 = (t_var*lambda_2+1)*e1 (t_var*lambda_1+1)*e2)/den; B2 = (t_var*lambda_1+1)*e

33、1 (t_var*lambda_2+1)*e2)/den; B3 = (t_var*lambda_1+1)* (t_var*lambda_2+1)* (e1-e2)/den; B4 = exp(-delta_t/t_long); B5 = exp(-delta_t/t_var); u_o_0 = 0; /* at beginning capacitors C1 and C2 are discharged */ u_2_0 = 0; float nl_lp (float u_i) /* calculates u_o(t) from u_i(t) using u_o(t-delta_t) and

34、u_2 (t-delta_t)*/ float u_o, u_2; if (u_i u_2_0) /* case 1.1 */ u_2 = u_o_0*B0 u_2_0*B1; u_o = u_o_0*B2 u_2_0*B3; if (u_i u_o) u_o = u_i; /* u_o cant become lower than u_i */ if (u_2 u_o) /* case 1.1.1 */ u_2 =u_o; /* u_2 cant become higher than u_o */ else /* case 1.2 */ u_o = u_o_0*B4; if (u_i u_o

35、) u_o = u_i; /* u_o cant become lower than u_i */ u_2 = u_o; else if (u_i = u_o_0) /* case 2 */ u_o = u_i; if (u_o u_2_0) /* case 2.1 */ u_2 = (u_2_0 u_i)*B5 + u_i; else /* case 2.2 */ u_2 = u_i; else /* case 3 */ u_o = u_i; u_2 = (u_2_0 u_i)*B5 + u_i; u_o_0 = u_o; /* preparation for next step */ u_

36、2_0 = u_2; return(u_o); Bild B.3 Beispiel fr ein Rechenprogramm (in C) zur Simulation des zeitlichen Abklingverhaltens des Gehrs (siehe Block NL in Bild B.1) 9 DIN 45631/A1:2010-03 B.4.2 Prfung B.4.2.1 Prfsignale Folgende Prfsignale sind zu verwenden1): a) Tonimpuls von 10 ms Dauer (Lpmax= 70 dB, f

37、= 1 kHz) (siehe Bild B.4); b) Tonimpuls von 50 ms Dauer (Lpmax= 70 dB, f = 1 kHz); c) Tonimpuls von 500 ms Dauer (Lpmax= 70 dB, f = 1 kHz); d) kombinierter Tonimpuls: zunchst 100 ms mit Lpmax= 60 dB; anschlieend (nach einer Pause von 5 ms) 10 ms mit Lpmax= 80 dB (f = 1 kHz); Die Tonimpulse bestehen

38、aus einer Cosinusschwingung mit der Frequenz f und dem Pegel L, welche mit einer abschnittsweise definierten Hllkurve multipliziert wird, um ein stetiges Ein- und Ausblenden zu ermglichen. Die Hllkurve besteht aus der linken, ansteigenden Hlfte einer Gaukurve, einem Rechteckimpuls und der rechten, a

39、bsteigenden Hlfte einer Gaukurve jeweils mit einem Maximum von 1. Die Zeit fr den Anstieg bzw. Abstieg zwischen den Amplitudenwerten 0,1 und 0,9 der jeweiligen Gaukurve betrgt 2 ms. Die Dauer T des Tonimpulses wird durch die Zeit zwischen dem Erreichen des Amplitudenwertes 21 im Anstieg der linken G

40、aukurve sowie dem Erreichen desselben Amplitudenwertes beim Abstieg der rechten Gaukurve definiert. Die Dauer des Prfsignals ist somit lnger als die angegebene Lnge des Tonimpulses und soll mindestens 1 000 ms betragen. Die Tonimpulse werden wie folgt berechnet: () )(2cos10Pa1022)(0eckGaussRecht20/5

41、TonimpulsmaxtthtftppL= (B.1) Dabei ist t die Zeit, in ms; Lpmaxder maximale Pegel, in dB; f die Frequenz, in Hz; t0der Zeitversatz je nach Tonimpuls, in ms; T die Pulsdauer je nach Tonimpuls, in ms. +=+sonst12fr2)(1)2(1)2(eckGaussRecht2121tTtetTtethtTtatTta2910ln10ln =a at2ln1= 1) Die Prfsignale sin

42、d auf der beigefgten CD enthalten. 10 DIN 45631/A1:2010-03 Tabelle B.1 Parameter der Tonimpulse fr die Erzeugung der Tonsignale nach Gleichung (B.1) Prfsignal Pulsdauer T ms Frequenz f Hz Max. Pegel LpmaxdB Zeitversatz t0ms a) 10 1 70 2/14 T+b) 50 1 70 2/14 T+ c) 500 1 70 2/14 T+ d) 1. Tonimpuls 100

43、 1 60 2/14 T+ d) berlagerter, 2. Tonimpuls 10 1 80 2/122 T+ Legende p Schalldruck, in Pascal t Zeit, in Millisekunden Bild B.4 Tonimpuls von 10 ms Dauer (Lpmax= 70 dB, f = 1 kHz) (siehe B.4.2.1 a) 11 DIN 45631/A1:2010-03 Legende p Schalldruck, in Pascal t Zeit, in Millisekunden Bild B.5 Kombinierter

44、 Tonimpuls: zunchst 100 ms mit Lpmax= 60 dB; anschlieend (nach einer Pause von 5 ms) 10 ms mit Lpmax= 80 dB (f = 1 kHz) (siehe B.4.2.1 d) B.4.2.2 Anforderungen Die zulssige Abweichung der angezeigten spezifischen Lautheit bei den Tonimpuls-Prfsignalen von den Sollwerten (siehe Anhang C) betrgt 5 % d

45、er spezifischen Lautheit oder 0,1 sone/Bark innerhalb einer zeitlichen Toleranz von 2 ms, je nachdem, welcher Wert grer ist. Entsprechendes gilt auch fr die Summenlautheit. ANMERKUNG In Anhang D ist beispielhaft die Lautheit von logarithmischen Sweeps in Rosa Rauschen dargestellt. B.5 Hinweise zur E

46、rmittlung der Lautheit von zeitvarianten Geruschen Die Erfassung der Schalldrucksignale erfolgt ber Mikrofone. Die Messung kann einkanalig mit einem Mikrofon oder mehrkanalig erfolgen, z. B. mit einem Kunstkopf (siehe Anhang E), um richtungsabhngige Effekte zu bercksichtigen. Als Ergebnis liefert di

47、e Berechnung eine zeitliche Folge von spezifischen Lautheitsspektren oder Summenlautheiten ( ). ),( tzN )(tNDer zeitliche Abstand der Spektren bzw. der Einzelwerte betrgt 2 ms. Wird dieser Abstand in der Darstellung vergrert, indem einzelne Spektren bzw. Werte bersprungen werden, so kann dies zu Ung

48、enauigkeiten in der weiteren Auswertung fhren, falls die untersuchten Signale eine hohe zeitliche Variabilitt besitzen. Da der statistische Mittelwert von zeitvarianten Lautheiten im Vergleich zur beurteilten Lautheit in der Regel zu niedrige Ergebnisse liefert, ist fr die Angabe einer mittleren empfundenen Lautheit die Perzentillautheit N5anzugeben. Zustzlich drfen andere Perzentillautheiten angegeben werden. 12 DIN 45631/A1:2010-03 Anhang C (normativ) Lautheit der Prfsignale Legende 1 Obere Grenzkurve 2 Sollkurve 3 Untere Grenzkurve NL Sp