特征波动强度(听觉模型)

特征波动强度(听觉模型)依据 ECMA-418-2 第 4 版(2025)的听觉模型,把对缓慢 幅度调制的感知沿频率轴分解开来。它给出的不是单一的 vacil 总值,而是波动强度在 53 个半 Bark 带上的分布,因此可以直接定位到底是哪一段频率造成了跳动或脉动的听感。

本分析与波动强度页所述的经典模型互为补充:经典模型遵循 Zwicker/Fastl 的表述,听觉模型变体遵循 ECMA-418-2 标准化的听觉处理链路。两者并存, 按项目的报告口径要求选用。

理论

听觉模型前端

输入信号先经过 ECMA-418-2 的听觉滤波器组,该滤波器组把可听范围划分为 53 个半 Bark 间隔的重叠频带,覆盖 0.5 – 26.5 Bark。在滤波器组之前, 先按所选声场(自由场或扩散场)施加对应的耳传递函数。随后提取每个频带输出的包络, 并分析其中的低速率调制。

调制评估与时间栅格

在每个频带内,处于波动强度相关范围的调制成分被加权,使灵敏度在 4 Hz 附近达到峰值, 以匹配听觉系统的时间分辨极限。频带结果落在固定的 50 Hz 结果栅格上—— 每 20 ms 一个值——并由一级非线性低通模拟耳朵的时间积分(建立与衰减)过程, 使短促的突发不会在结果中形成不真实的尖锐峰值。

特征值与总值

频带结果是一个密度:单位临界频带率上的波动强度,单位 vacil/Bark。将该密度沿 临界频带率轴积分即得到总波动强度(单位 vacil):

F = ∫026.5 Bark F′(z)   dz   [vacil]

页脚给出的单值是总波动强度随时间曲线的第 10 百分位数 F10—— 即在被评估时长的 10% 内被超过的水平。这与心理声学中其他百分位统计量(如响度的 N5)是同一类口径,描述的是信号本身的统计特性,与容差或不确定度无关。 本分析的三个变种共用这一单值口径, 因此由同一段录音算出的频带谱、vs 时间彩图与 vs 转速彩图,报告的单值完全一致。

53 个半 Bark 带上的特征波动强度 F′(z) (vacil/Bark) 临界频带率 z (Bark) 0.5 5.5 10.5 15.5 20.5 25.5 主导波动频带区 每根柱是一个半 Bark 带;分布曲线下的面积即总波动强度(vacil)。

参数

参数选项说明
声场自动判定(默认)/ 自由场 / 扩散场听觉模型所用的耳传递函数。自动判定时按逐通道读取录音所带的均衡信息确定声场;无该信息的通道回退为自由场
标准版本ECMA-418-2 第 4 版(2025)本分析采用的听觉模型版本
频带分辨率53 个半 Bark 带,0.5 – 26.5 Bark(固定)由标准规定的频带划分;用户不可调
结果速率50 Hz(固定)每 20 ms 一帧结果;适用于 vs 时间变体,也是 vs 转速变体的采样栅格
转速步长50 rpm(默认)仅 vs 转速变体。转速轴的间隔
升降速方向自动(默认)/ 升速 / 降速仅 vs 转速变体。待评估的转速变化方向

输出量

量单位说明
F′(z)vacil/Bark逐带特征波动强度——53 个值,按频带中心频率作图
F′(z, t)vacil/Bark特征波动强度随频带与时间变化的彩图
F′(z, n)vacil/Bark特征波动强度随频带与转速变化的彩图
F10vacil单值:总波动强度随时间曲线的第 10 百分位数;三个变种同口径

三个变种

听觉模型特征波动强度以三个分析的形式提供,它们共用同一套计算内核与同一个单值口径, 区别只在结果的呈现方式:

分析结果形态坐标轴典型用途
特征波动强度(听觉模型)频带谱(每通道一条曲线)x = 频带中心频率,y = vacil/Bark稳态工况;判断是哪段频率在波动
特征波动强度(听觉模型)vs. 时间彩图x = 时间,y = 频带中心频率,色标 = vacil/Bark瞬态事件、载荷变化、逐循环比较
特征波动强度(听觉模型)vs. 转速彩图x = 转速,y = 频带中心频率,色标 = vacil/Bark升速与降速;定位波动显著的转速区间
vs 转速变体适用于升速/降速工况,因此录音需包含转速信息。所有心理声学 vs 转速分析的总览, 参见心理声学 vs 转速。

声场判定

听觉模型需要一个耳传递函数,正确的选择取决于信号是如何录制的。因此本分析提供 自动判定设置,读取每个录制通道所带的均衡信息:

声场是逐通道判定的。在人工头与自由场传声器混合的多通道测量中, 自动判定不会对所有通道套用同一个传递函数。若报告要求统一口径,请显式指定声场。

解读指南

参考值:1 vacil 对应 1 kHz 音调在 60 dB SPL、以 4 Hz 进行 100% 幅度调制时的 波动强度。频带值 F′(z) 是密度,必须先沿 Bark 轴积分,才能与总的 vacil 值比较。

实际应用说明

标准参考


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