擴聲特性指標測量數(shù)據(jù)處理技術(shù)研究

江偉歡

(廣東省建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測總站有限公司,廣州 510500)

0 引言

擴聲特性指標是反映各類擴聲系統(tǒng)擴聲性能的一組指標參數(shù)。擴聲系統(tǒng)包括會議類、文藝演出類、廣播類、會議電視會場類等七大類系統(tǒng)。擴聲特性指標包括最大聲壓級(峰值)、傳輸頻率特性、傳聲增益、穩(wěn)態(tài)聲場不均勻度、語言傳輸指數(shù)(STIPA)、系統(tǒng)總噪聲級、總噪聲級、早后期聲能比(可選項)。其中，最大聲壓級、語言傳輸指數(shù)等指標參數(shù)的測量數(shù)據(jù)較少，計算過程也較簡單，可以用計算器等簡單的計算工具進行計算；但傳輸頻率特性、聲場不均勻度、傳聲增益、系統(tǒng)總噪聲級等參數(shù)的測量數(shù)據(jù)多，計算還需要畫曲線圖對測量結(jié)果進行表示，過程復雜，因此一般是使用Excel輔助完成數(shù)據(jù)的處理而非人工處理，但使用Excel進行輔助分析時，又存在工作量大、費時、人員工作負擔重、容易出現(xiàn)因主觀疏忽導致的錯誤，以及不能現(xiàn)場處理數(shù)據(jù)、不能現(xiàn)場指導整改等問題。為了解決這些問題，本文提出了使用計算機軟件技術(shù)設(shè)計數(shù)據(jù)處理軟件用于擴聲特性測量數(shù)據(jù)的處理，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動處理。

1 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 技術(shù)路線

(1)使用ASP.NET 4.0作為技術(shù)支撐平臺進行開發(fā)，使用Visual Studio作為開發(fā)平臺，采用C#作為編程語言。(2)根據(jù)功能需要開發(fā)數(shù)據(jù)導入模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、繪圖模塊、分析判定模塊、Word操作模塊、報告生成導出模塊等。(3)綜合分析各標準規(guī)范對各類系統(tǒng)的擴聲特性指標的要求，建立統(tǒng)一的模型對各類系統(tǒng)的判定依據(jù)進行數(shù)據(jù)化，實現(xiàn)自動判定；將判定依據(jù)保存在文件中，使用一個文件保存一類系統(tǒng)的判定依據(jù)。(4)使用GDI+技術(shù)實現(xiàn)曲線圖形繪制。(5)導出的報告文件格式使用Word格式，通過載入Office組件，調(diào)用Microsoft Word 應用程序提供的接口實現(xiàn)文檔的創(chuàng)建和數(shù)據(jù)、表格、圖形的寫入，生成報告。

1.2 軟件結(jié)構(gòu)

擴聲特性指標數(shù)據(jù)處理軟件需要包括數(shù)據(jù)導入模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、分析判定模塊、繪圖模塊、報告模塊和數(shù)據(jù)呈現(xiàn)模塊六個模塊和測量數(shù)據(jù)對象、判定標準對象兩個數(shù)據(jù)對象。

(1)用戶執(zhí)行導入操作時，調(diào)用數(shù)據(jù)導入模塊從文件中提取測量數(shù)據(jù)，調(diào)用數(shù)據(jù)處理模塊對測量數(shù)據(jù)進行處理得到處理結(jié)果，分析判斷模塊根據(jù)處理結(jié)果，結(jié)合判定依據(jù)數(shù)據(jù)判定指標等級，繪圖模塊將處理結(jié)果和指標等級的數(shù)據(jù)進行曲線繪制。(2)通過調(diào)用數(shù)據(jù)呈現(xiàn)模塊的功能將相關(guān)數(shù)據(jù)和圖形在軟件界面顯示。(3)需要導出報告時，執(zhí)行導出操作，程序調(diào)用報告生成模塊將測量數(shù)據(jù)、處理結(jié)果、分析判定結(jié)果和曲線等寫入Word文檔形成報告；Word文檔的生成通過調(diào)用Microsoft Word 應用程序提供的接口實現(xiàn)文檔的創(chuàng)建和數(shù)據(jù)寫入。在各個流程中通過數(shù)據(jù)對象對數(shù)據(jù)進行保存和傳遞。軟件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 軟件結(jié)構(gòu)示意圖

2 數(shù)據(jù)類型設(shè)計

2.1 測量數(shù)據(jù)類型

測量數(shù)據(jù)類型是保存測量數(shù)據(jù)的公共對象，包括傳輸頻率特性等指標參數(shù)的測量數(shù)據(jù)、處理結(jié)果數(shù)據(jù)、分析判定數(shù)據(jù)和曲線圖形數(shù)據(jù)，其類型結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 測量數(shù)據(jù)類型

(1)判定標準對象：包含系統(tǒng)類型、判定方法、判定標準等信息。(2)傳輸頻率特性數(shù)據(jù)對象：包含傳輸頻率特性的測點數(shù)、測量數(shù)據(jù)、處理結(jié)果、判定結(jié)果等信息。(3)傳聲增益數(shù)據(jù)對象：包含傳聲增益的測點數(shù)、測量數(shù)據(jù)、處理結(jié)果、判定結(jié)果等信息。(4)系統(tǒng)總噪聲級數(shù)據(jù)對象：包含系統(tǒng)總噪聲級的測點數(shù)、測量數(shù)據(jù)、處理結(jié)果、判定結(jié)果等信息。(5)曲線圖形對象：包含曲線圖形數(shù)據(jù)。

2.2 判定標準數(shù)據(jù)類型

判定標準數(shù)據(jù)類型用于表示判定標準數(shù)據(jù)，其類型結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 判定標準數(shù)據(jù)類型

(1)判定標準對象：包含系統(tǒng)類型、判定方法、判定標準等信息。(2)傳輸頻率特性判定對象：包含傳輸頻率特性頻點、各級指標的上下限等信息。(3)聲場不均度判定對象：包含聲場不均度頻點、各級指標的上下限等信息。(4)傳聲增益判定對象：包含傳聲增益頻點、各級指標的上下限等信息。(5)系統(tǒng)總噪聲級判定對象：包含系統(tǒng)總噪聲級頻點、各級指標的上下限等信息。

3 功能模塊設(shè)計

3.1 數(shù)據(jù)導入模塊

該模塊提供通過分析從測量儀器導出的數(shù)據(jù)文件格式特點，從中提取測量數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)保存到測量數(shù)據(jù)對象中的對應變量中的功能。從儀器導出的數(shù)據(jù)文件包含每個測點的測量數(shù)據(jù)，即該測點所有頻率范圍內(nèi)聲壓級，包括從6.3Hz到20 000.0Hz 所有1/3倍頻程的36組數(shù)據(jù)，根據(jù)文件內(nèi)容的特點編程實現(xiàn)自動從中提取測量數(shù)據(jù)。

3.2 數(shù)據(jù)處理模塊

數(shù)據(jù)處理模塊提供對四個指標參數(shù)的測量數(shù)據(jù)進行處理計算得到指標值的功能。包括四個指標的數(shù)據(jù)處理功能。

(1)傳輸頻率特性數(shù)據(jù)的處理

傳輸頻率特性的計算需根據(jù)式(1)使用各頻段在各測量點的聲壓值計算各頻段的綜合聲壓。

(1)

(2)聲場不均勻度數(shù)據(jù)的處理

聲場不均勻度可以和傳輸頻率特性共用測量數(shù)據(jù)，需要分別計算1 000Hz，2 000Hz和4 000Hz等頻段在各測量點中的最大值和最小值之差即聲場不均勻度。計算如式(2)～(3)所示：

Δf1k=L1kmax-L1kmin

(2)

Δf4k=L4kmax-L4kmin

(3)

(3)傳聲增益數(shù)據(jù)處理功能

傳聲增益的數(shù)據(jù)包括傳聲器處測得的一組各頻段的聲壓值，及在聽眾區(qū)的若干個測點分別測得的各頻段的聲壓值。

首先使用傳聲器處的測量值根據(jù)公式(4)計算傳聲器處的寬頻聲壓Lw1。

(4)

式中，Lw為寬頻聲壓；Lf1…LfM為各頻段聲壓值；M為頻段數(shù)。

再計算聽眾區(qū)的綜合寬頻聲壓，首先利用公式(1)計算各頻段的綜合聲壓，這個過程與傳輸頻率特性的計算過程類似，再將綜合聲壓數(shù)據(jù)代入公式(4)計算聽眾區(qū)的綜合寬頻聲壓，則傳聲增益計算式如式(5)所示為：

Z=Lw2-Lw1

(5)

(4)系統(tǒng)總噪聲級數(shù)據(jù)處理功能

系統(tǒng)總噪聲級指標使用噪聲評價參數(shù)NR的值表示。該指標的測量數(shù)據(jù)是在若干測量點測得的1/1倍頻程各頻段的聲壓值，首先需要使用式(1)計算各頻段的綜合聲壓，噪聲評價參數(shù)NR和各頻段的綜合聲壓的關(guān)系如式(6)所示。各頻段計算的最大NR值即系統(tǒng)總噪聲級指標值。

(6)

式中，NFf為在頻段f的噪聲評價參數(shù)；Lf為頻段f的聲壓值；a, b常數(shù)與各頻段的關(guān)系如表1所示。

噪聲評價參數(shù)計算常數(shù)和頻帶的關(guān)系表 表1

3.3 分析判定模塊

該模塊提供通過指標等級要求和數(shù)據(jù)處理結(jié)果判定各參數(shù)達到的指標等級的功能。GB 50526-2010《公共廣播系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》對各種廣播系統(tǒng)(包括業(yè)務(wù)廣播系統(tǒng)、背景廣播系統(tǒng)和緊急廣播系統(tǒng))的擴聲特性指標進行了規(guī)定；GB 50635-2010《會議電視會場系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范》對會議電視會場系統(tǒng)的擴聲特性指標作了規(guī)定；GB/T 28049-2011《廳堂、體育場館擴聲系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》、JGJ/T 131-2012《體育場館聲學設(shè)計及測量規(guī)程》對多功能類系統(tǒng)、文藝演出類系統(tǒng)、會議類系統(tǒng)、體育場擴聲系統(tǒng)的擴聲特性指標作了規(guī)定。表2是標準對會議系統(tǒng)的擴聲特性指標要求。

根據(jù)各指標參數(shù)處理結(jié)果判斷各參數(shù)達到的指標等級，取各個參數(shù)的指標等級中最小者為該對象擴聲特性的綜合等級。

為了能用一致的方法進行調(diào)用，實現(xiàn)自動判定，綜合分析各個相關(guān)的標準對各類系統(tǒng)的擴聲特性指標的要求，基于文本文件設(shè)計了統(tǒng)一的模型對各類系統(tǒng)的判定標準進行數(shù)據(jù)化，圖4是部分判定標準數(shù)據(jù)模型，其中“ ”表示制表符。

圖4 部分判定標準數(shù)據(jù)模型

設(shè)計時，將在軟件目錄下建立判定依據(jù)文件夾，將判定依據(jù)保存在文件中，使用一個文件保存一類系統(tǒng)的判定依據(jù)，軟件啟動時，自動識別各系統(tǒng)類型，增加到類別列表。

會議類擴聲特性指標要求 表2

3.4 繪圖模塊

繪圖模塊主要是提供繪制傳輸頻率特性的數(shù)據(jù)曲線圖的功能。繪制的內(nèi)容包括坐標軸及其刻度和值、網(wǎng)格線、傳輸頻率特性曲線、達到的指標等級的上下限界線，如圖5所示。

圖5 繪制的傳輸頻率特性曲線

繪圖功能主要使用GDI+技術(shù)實現(xiàn)。GDI+提供了各種豐富的圖形圖像處理功能;在C#.NET中，使用GDI+處理二維的圖形和圖像，使用DirectX處理三維的圖形圖像。圖形圖像處理用到的主要命名空間是System.Drawing,提供了對GDI+基本圖形功能的訪問，主要有Graphics類、Bitmap類、從Brush類繼承的類、Font類、Icon類、Image類、Pen類、Color類等。使用GDI+需要使用命名空間：using System.Drawing。

(1)畫板的創(chuàng)建

要畫圖首先要有畫板,畫板可以通過Graphics這個類來創(chuàng)建。創(chuàng)建一個畫板主要有3種方式:1)在窗體或控件的Paint事件中直接引用Graphics對象。2)利用窗體或某個控件的CreateGraphics方法。3)從繼承自圖像的任何對象創(chuàng)建Graphics對象。如在Paint事件中創(chuàng)建畫板：Graphics g=e.Graphics；使用CreateGraphics方法創(chuàng)建畫：板Graphics g=this.CreateGraphics()。

(2)畫筆的創(chuàng)建

有了畫板之后，還需要畫筆，畫筆使用Pen類定義，創(chuàng)建畫筆時可以同時指定畫筆顏色和畫筆寬度，如創(chuàng)建一支藍色、畫痕寬度為2像素的畫筆：Pen p=new Pen(Color.Blue, 2);定義畫筆的線型樣式，本軟件主要使用兩種線型：短劃虛線、長短劃虛線和實線。其中，短劃虛線畫筆設(shè)定：p.DashStyle=DashStyle.Dot。長短劃虛線畫筆設(shè)定：float[] dashValues={4,4,12,4}; //即短劃長度為4，長劃長度為12，間隔是都4，p.DashPattern=dashValues;實線畫筆設(shè)定：p.DashStyle=DashStyle.Solid。

(3)圖形繪制

有了畫板和畫筆后就可進行圖形的繪制，本軟件需要繪制的曲線圖形可以由直線、曲線(曲線可由多段直線表面)、矩形、圓和點(點可由小直徑的圓表達)等圖形單元組成。

畫直線：g.DrawLine(p, 10, 10, 100, 100);//在畫板上畫直線,起始坐標為(10,10),終點坐標為(100,100)。畫矩形：g.DrawRectangle(p, 10, 10, 100, 100);//在畫板上畫矩形,起始坐標為(10,10),寬為100,高為100。畫圓形：g.DrawEllipse(p, 10, 10, 100, 100);//在畫板上畫橢圓,起始坐標為(10,10),外接矩形的寬為100,高為100。

3.5 報告生成模塊

該模塊提供將各參數(shù)的測量數(shù)據(jù)、處理結(jié)果、分析判定結(jié)果和曲線等寫入Word文檔形成報告；Word文檔的生成通過調(diào)用Microsoft Word 應用程序提供的接口實現(xiàn)文檔的創(chuàng)建和數(shù)據(jù)寫入。主要函數(shù)接口如下所示。

應用對象建立：

private Microsoft.Office.Interop.Word.Application _wordApplication;

_wordApplication=new Microsoft.Office.Interop.Word.ApplicationClass();

word對象建立：

pivate Microsoft.Office.Interop.Word.Document _wordDocument;

_wordDocument=_wordApplication.Documents.Open(ref fileobj, ref nullobj, ref nullobj, ref nullobj, ref nullobj, ref nullobj, ref nullobj, ref nullobj, ref nullobj, ref nullobj, ref nullobj, ref nullobj, ref nullobj, ref nullobj, ref nullobj, ref nullobj);

添加文本：

_wordApplication.Selection.TypeText(string text);

添加圖片：

_wordApplication.Selection.InlineShapes.AddPicture(string pic, ref missing, ref missing, ref missing);

添加表格：

_wordApplication.ActiveDocument.Tables.Add(_wordApplication.Selection.Range, 2, 2, ref missing, ref missing);

保存文件：

_wordDocument.SaveAs(ref myFileName, ref myWordFormatDocument, ref myLockd, ref myPassword, ref myAddto, ref myPassword, ref myLockd, ref myLockd, ref myLockd, ref myLockd, ref missing, ref missing, ref missing, ref missing, ref missing, ref missing);

3.6 界面設(shè)計

軟件界面如圖6所示。界面分為頂部的操作區(qū)和下面的數(shù)據(jù)顯示區(qū)。操作區(qū)又分為導入數(shù)據(jù)、判定設(shè)置和導出報告三個操作區(qū)。導入數(shù)據(jù)區(qū)提供對各個指標參數(shù)測量數(shù)據(jù)的導入操作。判定設(shè)置區(qū)提供判定標準和判定方式的設(shè)定。判定標準可以選擇判定依據(jù)的標準和系統(tǒng)類型。判定方式包括自動和手動判定。自動判定模式下，軟件自動判定系統(tǒng)能達的最高等級；手動判定模式下，需要設(shè)定等級指標，軟件自動判定系統(tǒng)是否達到指定等級指標要求。導出區(qū)提供導出內(nèi)容的選擇及報告導出操作。

圖6 軟件主界面

4 結(jié)束語