【振動噪音產學技術聯盟】網頁導覽影片

為提供訪客更多、更清楚的資訊,我們建立【振動噪音產學技術聯盟】網頁導覽影片,只要10分鐘的時間,快速為您介紹聯盟網頁架構、網頁內涵及如何應用,讓您多了解【振動噪音產學技術聯盟】網頁!

振動噪音產學技術聯盟

Facebook粉絲專頁

《振動噪音科普專欄》相同聲音大小,不同頻率的純音,人耳的聽感有甚麼差異?


先前單元:【聲音有甚麼特徵?】討論的是,聲音有三大特徵(1)音調(pitch)(2)響度(loudness)(3)音色(timbre)。分別是指聲音的頻率(frequency)、聲音的振幅(amplitude)、聲音的頻率組成(content of frequencies)

這個單元針對相同的聲音大小,也就是聲音的「振幅」相同時,不同頻率的「純音(pure tone),也就是單一頻率的聲音,人耳的聽感會有怎樣的差異?

要討論這個議題,需要回顧先前的單元:【怎麼看「等響度曲線」?】,參考圖示,回顧有關「等響度曲線」的重點:

1.      「等響度曲線」:圖示有0~90的等響度曲線,每一條曲線,代表有相同的「響度」(Loudness),響度單位為Phon,中文寫成「(ㄈㄥˇ)
2.      水平軸:是頻率軸,以Hz為單位。最低及最高頻率分別為2020k=20,000Hz,是一般認定人耳可聽到的聲音頻率範圍(audible frequency range)。頻率軸可以看出以「對數座標」(logarithmic scale)表示,因為人耳對聲音頻率的感覺是倍數的關係。
3.      垂直軸:是「聲音壓力位準」(sound pressure level, SPL),單位顯示為dB,在先前單元【為什麼噪音值是「分貝」?】已經有說明,是對一個「聲音壓力參考值」,Pref=20μPa,是1000Hz的純音時,當20μPa的聲音壓力值是人耳剛好可以聽到聲音的量值,所以就採用Pref=20μPa
4.      0 Phon等響度曲線,也是「人耳聽力閥值曲線」:此閥值曲線是以「純音」(pure tone),也就是單一頻率的聲音撥放,逐漸增大音量,直到人耳可以聽到該聲音,所需要的聲音壓力大小。
5.      0,10,20,…,90 Phon等響度曲線:也就是依照前述,以不同頻率之純音,對人耳做純音的聽感測試,會有相同響度的感覺,就是「等響度曲線」的意義。

這個單元,要談不同聲音大小,主要的物理量,就是「聲音壓力位準(sound pressure level, SPL),單位顯示為dB

以下摘錄【為什麼噪音值是「分貝」?】,將「聲音壓力(Pa)轉換成「聲音壓力位準」的分貝(dB)的方式如下:

Lp =SPL= 20*Log10 ( Prms / Pref)

其中,

l   Lp,就是SPL (sound pressure level),「聲音壓力位準」,單位:dB,分貝(decibel)
l   Prms是所度量的「聲音壓力」之RMS (root mean square)值,單位:Pascal,簡寫Pa 帕斯卡,簡稱
l   Pref 是「聲音壓力參考值」,20μPaμ10的負6次方,micro的代號。一般認知:如果是1000Hz的純音時,20μPa的聲音壓力值是人耳剛好可以聽到聲音的量值,所以就採用Pref=20μPa

有興趣的讀者,可以試著計算:當「聲音壓力 P=20μPa時,P / Pref = 1Log10 (1)=0,所以,「聲音壓力位準Lp= 0 dB。所以,0 dB,就是零分貝,代表的意義是1000 Hz的純音,人耳剛好可以聽到的聲音大小之「聲音壓力」量值。

為了展示說明,以下的圖示,令P=Prms,也就是「聲音壓力」之「振幅」等於「RMS」值。

參考圖示及影片播放的聲音,以80 (Phon)的「等響度曲線」為例,取不同頻率的「純音」,而有相同的80 (Phon)響度」如下:

1.      125 (Hz)P=0.2*sqrt(10)=0.6324 (Pa)Lp=90 (dB)
2.      400 (Hz)P=0.2*sqrt(2)=0.2848 (Pa)Lp=83 (dB)
3.      630 (Hz)P=0.2 (Pa)Lp=80 (dB)
4.      1,000 (Hz)P=0.2 (Pa)Lp=80 (dB)
5.      2,000 (Hz)P=0.2 (Pa)Lp=80 (dB)

由圖示及影片的說明,重點討論以上的觀察如下:

1.      「純音」在「時間域」波型的特徵:相同的時間區間,T=0.01 (sec),頻率越高,正弦波來回波動的次數越高,可以了解「頻率」是「週期」的倒數關係。
2.      「純音」在「頻率域」的「聲音頻譜」特徵:水平的頻率軸,在「純音」的頻率,會有對應的峰值出現,該峰值就是「聲音壓力位準」。例如:125 (Hz),就是Lp=90 (dB)
3.      聲音的聽感:這5個純音,頻率不同,人耳感受的高音、低音當然不同。在「響度」的聽感,因為這5個純音,對應「等響度曲線」,剛好在80 (Phon)上的紅點。理念上,這5個純音是有相同的響度。

同樣的理念,如果,取50 (Phon)的「等響度曲線」為例,參考圖示,可以得知,取不同頻率的「純音」,當聲音大小為如下的Lp,是會有相同的50 (Phon)響度」:

1.      125 (Hz) Lp=68 (dB)
2.      400 (Hz) Lp=54 (dB)
3.      630 (Hz) Lp=51 (dB)
4.      1,000 (Hz)Lp=50 (dB)
5.      2,000 (Hz) Lp=49 (dB)

這個單元要討論的是:相同聲音大小,不同頻率的純音,人耳的聽感有甚麼差異?

再觀察圖示,都以Lp=30 (dB)的相同聲音大小,產生不同頻率的純音,這時,人耳的聽感說明如下:

1.      125 (Hz) Lp=30 (dB):聽感大約是 8 (Phon)
2.      400 (Hz) Lp=30 (dB):聽感大約是 23 (Phon)
3.      630 (Hz) Lp=30 (dB):聽感大約是 29 (Phon)
4.      1,000 (Hz)Lp=30 (dB):聽感大約是 30 (Phon)
5.      2,000 (Hz) Lp=30 (dB):聽感大約是 31 (Phon)

由於人耳對不同頻率聲音的敏感度不同,所以會有不同的響度感覺,由「等響度曲線」可以知道:(1)人耳對低頻率的聲音,比較不靈敏(2)人耳對高頻率的聲音比較靈敏2,000~4,000Hz是特別靈敏的頻帶。所以,較低頻率的純音,要聽到相同響度的話,需要比較大的聲音振幅

綜合一下本單元的討論,重點回顧如下:

1.      「聲音壓力位準」Lp的定義:代表著聲音的大小,其單位是dB「聲音壓力」振幅值PRMSPrms的定義:也是代表著聲音的大小,注意其單位是Pa
2.      80 (Phon)的「等響度曲線」:不同頻率的聲音,要有相同的響度,其對應的聲音振幅是不同的。
3.      「純音」在「時間域」波型的特徵:了解「頻率」是「週期」的倒數關係。「聲音壓力」振幅值P,就是正弦波的「振幅」。
4.      「純音」在「頻率域」的「聲音頻譜」特徵:水平的頻率軸,在「純音」的頻率,會有對應的峰值出現,該峰值就是「聲音壓力位準」。例如:125 (Hz),就是Lp=90 (dB)
5.      聲音的「聽感」:聲音的模擬、播放,因為,播放裝置,會有失真;同時,距離也有影響。本單元,主要在概念性說明「響度」的意義!
6.      「等響度曲線」的理念:不同頻率的純音,相同聲音大小,響度不同!

本單元以「純音」為例,探討相同聲音大小,不同頻率純音的「人耳聽感」,重要的是要了解「等響度曲線」的物理意義,以及「響度」的概念。

以上個人看法,請多指教!

王栢村
2019.10.18

粉絲團文章連結 
YouTube影片連結 
訂閱電子報 





【崴昊科技】2019 SmartDO最佳化設計與智慧運算研討會;12/6(五)新竹安捷國際酒店(新竹高鐵站旁)



2019-12-06
一如往年,今年的SmartDO Conference,我們為您介紹業界最先進的研究課題與技術。今年的應用嶺域包括國防,航太,馬達,聲學,半導體等。
本次演講單位包括了: 日月光集團,台達電子,中科院航空所,逢甲大學電聲學程,SimpaTec法國分部,智馭科技,愛發股份有限公司。 許多內容在一般研討會不容易看到,特別感謝講師及用戶的強力支持,方能有此堅強的議題陣容組合。
主辦 :
  • 崴昊科技
時間 : 2019年12月6日(五),AM09:00~PM03:50
地點 : 新竹安捷國際酒店領航國際廳/302新竹縣竹北市復興三路二段168號(新竹高鐵站旁)
費用 : 免費(贈中餐餐盒)
交通 :
  • 高鐵:搭乘高鐵至新竹站,新竹高鐵站2號出口,步行約2分鐘。
  • 台鐵:搭乘台鐵至新竹六家車站,步行約2分鐘。
  • 自行開車前往:
    • 自台北市出發沿國道一號前往竹北的光明六路→從國道一號的 91-竹北 號出口下交流道→走光明六路東一段和光明六路東二段前往復興三路二段→於嘉豐十一路一段向右轉→於復興三路二段向左轉 (AJ HOTEL於右邊方向)。 全程82公里,車程約1小時10分鐘。
    • 自台北市出發沿國道3號前往芎林鄉的富林路三段/120縣道→從國道3號的 90-竹林 號出口下交流道→走富林路三段/120縣道,朝芎林前進→繼續走120縣道。行駛到竹北的復興三路二段→於高鐵二路向右轉→於第 1 個十字路口向右轉,走復興三路二段(AJ HOTEL於右邊方向)。 全程83公里,車程約1小時10分鐘。
停車資訊 :
  • AJ HOTEL附設地下汽、機車停車場。一小時NT$40,每日最高為NT$120。
報名網站 :
欲知更多SmartDO訊息
2019 SmartDO最佳化設計與智慧運算研討會 議程
  • 09:00~09:30 : B00:報到
  • 09:30~09:40 : 開場致詞(崴昊科技/總經理/陳申岳博士)
  • 09:40~10:10 : L01:SmatDO 11.0 與未來發展方向(崴昊科技/總經理/陳申岳博士)
  • 10:10~10:40 : L02:渦輪葉片插槽外型優化(國家中山科學研究院/航空研究所/賴伯彥先生)
  • 10:40~11:00 : B01:休息討論
  • 11:00~11:30 : L03:SmartDO在耳機設計上的應用(逢甲大學/精密系統設計學士學位學程/劉育成老師)
  • 11:30~12:00 : L04:MSC Apex直覺式參數建模與SmartDO最佳化(智馭科技/總經理/簡維德先生)
  • 12:00~13:30 : B02:午休時間
  • 13:30~14:00 : L05:利用SmartDO實現馬達轉子最佳化設計(台達電子/杜慶鴻先生)
  • 14:00~14:30 : L06:Optimal Application in FEM and Electronic Package Yield(日月光集團/王銘漢先生)
  • 14:30~14:50 : B03:休息討論
  • 14:50~15:20 : L07:SmartDO於飛行器螺旋槳葉操作參數之應用(愛發股份有限公司/經理/張瑚松)
  • 15:20~15:50 : L08:Coupling SmartDO with Moldex3D Foaming Technology(SimpaTec France/經理/蔡宇中博士)






更多資訊
崴昊科技為國際性的研發/顧問/CAE及軟體開發公司,我們為客戶提供優質研發及顧問服務,並為客戶之特殊需求量身打造客制化服務。

我們的旗艦產品,SmartDO,為智慧型總域優化技術之領導者,提供微分法及非微分法之總域直接搜尋技術。
如您希望得到更多的 SmartDO 資料,請光臨我們的網站 http://www.SmartDO.co/

《振動噪音科普專欄》相同頻率的純音,不同聲音大小,人耳的聽感有甚麼差異?


先前單元:【聲音有甚麼特徵?】討論的是,聲音有三大特徵(1)音調(pitch)(2)響度(loudness)(3)音色(timbre)。分別是指聲音的頻率(frequency)、聲音的振幅(amplitude)、聲音的頻率組成(content of frequencies)

這個單元針對相同頻率的「純音(pure tone),也就是單一頻率的聲音。當不同聲音大小,也就是聲音的「振幅」不同時,人耳的聽感會有怎樣的差異?

要討論這個議題,需要回顧先前的單元:【怎麼看「等響度曲線」?】,參考圖示,回顧有關「等響度曲線」的重點:

1.      「等響度曲線」:圖示有0~90的等響度曲線,每一條曲線,代表有相同的「響度」(Loudness),響度單位為Phon,中文寫成「(ㄈㄥˇ)
2.      水平軸:是頻率軸,以Hz為單位。最低及最高頻率分別為2020k=20,000Hz,是一般認定人耳可聽到的聲音頻率範圍(audible frequency range)。頻率軸可以看出以「對數座標」(logarithmic scale)表示,因為人耳對聲音頻率的感覺是倍數的關係。
3.      垂直軸:是「聲音壓力位準」(sound pressure level, SPL),單位顯示為dB,在先前單元【為什麼噪音值是「分貝」?】已經有說明,是對一個「聲音壓力參考值」,Pref=20μPa,是1000Hz的純音時,當20μPa的聲音壓力值是人耳剛好可以聽到聲音的量值,所以就採用Pref=20μPa
4.      0 Phon等響度曲線,也是「人耳聽力閥值曲線」:此閥值曲線是以「純音」(pure tone),也就是單一頻率的聲音撥放,逐漸增大音量,直到人耳可以聽到該聲音,所需要的聲音壓力大小。
5.      0,10,20,…,90 Phon等響度曲線:也就是依照前述,以不同頻率之純音,對人耳做純音的聽感測試,會有相同響度的感覺,就是「等響度曲線」的意義。

這個單元,要談不同聲音大小,主要的物理量,就是「聲音壓力位準(sound pressure level, SPL),單位顯示為dB

以下摘錄【為什麼噪音值是「分貝」?】,將「聲音壓力(Pa)轉換成「聲音壓力位準」的分貝(dB)的方式如下:

Lp =SPL= 20*Log10 ( Prms / Pref)

其中,

l   Lp,就是SPL (sound pressure level),「聲音壓力位準」,單位:dB,分貝(decibel)
l   Prms是所度量的「聲音壓力」之RMS (root mean square)值,單位:Pascal,簡寫Pa 帕斯卡,簡稱
l   Pref 是「聲音壓力參考值」,20μPaμ10的負6次方,micro的代號。一般認知:如果是1000Hz的純音時,20μPa的聲音壓力值是人耳剛好可以聽到聲音的量值,所以就採用Pref=20μPa

有興趣的讀者,可以試著計算:當「聲音壓力 P=20μPa時,P / Pref = 1Log10 (1)=0,所以,「聲音壓力位準Lp= 0 dB。所以,0 dB,就是零分貝,代表的意義是1000 Hz的純音,人耳剛好可以聽到的聲音大小之「聲音壓力」量值。

為了展示說明,以下的圖示,令P=Prms,也就是「聲音壓力」之「振幅」等於「RMS」值。

參考圖示及影片播放的聲音,以1,000Hz的純音為例,取不同聲音壓力「振幅」值,取得模擬的聲音「時間域」波形,以及對應「頻率域」的「聲音頻譜」,討論如下:

1.      P=0.2 (Pa)Lp=80 (dB):時間域波型可以觀察是1000Hz正弦波,振幅為0.2(Pa),在聲音頻譜圖,1000Hz對應的振幅,確實是80 (dB),而對應「等響度曲線」,當1000Hz時,響度恰為80 (Phon)
2.      P=0.2*sqrt(10)=0.6324 (Pa)Lp=90 (dB):時間域波型可以觀察是1000Hz正弦波,振幅為0.6324(Pa),在聲音頻譜圖,1000Hz對應的振幅,確實是90 (dB),而對應「等響度曲線」,當1000Hz時,響度恰為90 (Phon)。在此補充:「聲音壓力」量值相差「根號10倍」,「聲音壓力位準」相差「10 (dB)
3.      P=2 (Pa)Lp=100 (dB):時間域波型可以觀察是1000Hz正弦波,振幅為2(Pa),在聲音頻譜圖,1000Hz對應的振幅,確實是100 (dB),而對應「等響度曲線」,當1000Hz時,響度恰為100 (Phon)。在此補充:「聲音壓力」量值相差「10倍」,「聲音壓力位準」相差「20 (dB)
4.      P=0.2*sqrt(3)=0.2828 (Pa)Lp=83 (dB):時間域波型可以觀察是1000Hz正弦波,振幅為0.2828(Pa),在聲音頻譜圖,1000Hz對應的振幅,確實是83 (dB)。在此補充:「聲音壓力」量值相差「根號2倍」,「聲音壓力位準」相差「3 (dB)

對於不同聲音壓力振幅,也就是不同的聲音大小,由「聲音壓力位準」dB值,作以下說明:

1.      「聲音壓力位準」相差3 (dB):人耳無法辨別大小聲的差異。
2.      「聲音壓力位準」相差10 (dB):人耳的聽感有2倍「響度」的差異。

綜合一下本單元的討論,重點回顧如下:

1.      「聲音壓力位準」Lp的定義:代表著聲音的大小,其單位是dB
2.      「聲音壓力」振幅值PRMSPrms的定義:也是代表著聲音的大小,注意其單位是Pa
3.      「純音」在「時間域」波型的特徵:了解「頻率」是「週期」的倒數關係。「聲音壓力」振幅值P,就是正弦波的「振幅」。
4.      「純音」在「頻率域」的「聲音頻譜」特徵:在此純音是1000Hz,所以在頻率1000Hz,呈現出的峰值,就是此純音的「聲音壓力位準」,以dB表示。
5.      「聲音壓力位準」量值差異,和人耳聽感的「響度」關係:相差3 (dB),人耳無法辨別大小聲的差異。相差10 (dB),人耳的聽感有2倍「響度」的差異。

本單元以「純音」為例,探討不同聲音大小的「人耳聽感」,重要的是要了解「等響度曲線」的物理意義,以及「響度」的概念。

以上個人看法,請多指教!

王栢村
2019.10.12