聲級計(jì)的結(jié)構(gòu)和原理_聲級計(jì)的工作原理詳解

　　聲級計(jì)是最基本的噪聲測量儀器，它是一種電子儀器，但又不同于電壓表等客觀電子儀表。在把聲信號轉(zhuǎn)換成電信號時(shí)，可以模擬人耳對聲波反應(yīng)速度的時(shí)間特性；對高低頻有不同靈敏度的頻率特性以及不同響度時(shí)改變頻率特性的強(qiáng)度特性。 聲級計(jì)是一種主觀性的電子儀器。

　　聲級計(jì)的結(jié)構(gòu)

　　由傳聲器、放大器、衰減器、計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)、檢波器、指示表頭和電源等組成。

　　1、傳聲器

　　它是把聲壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘柕难b置，也稱為話筒，是的傳感器。常見的傳聲器有晶體式、駐極體式、動圈式和電容式等多種形式。

　　動圈式傳感器由振動膜片、可動線圈、永久磁鐵和變壓器等組成。震動膜片受到聲波壓力以后開始振動，并帶動著和它裝在一起的可動線圈在磁場內(nèi)振動，以產(chǎn)生感應(yīng)電流。該電流根據(jù)振動膜片受的聲波壓力的大小而變化。聲壓越大，產(chǎn)生的電流就越大；聲壓越小，產(chǎn)生的電流也越小。

　　電容式傳感器主要由金屬膜片和靠的很近的金屬電極組成，實(shí)質(zhì)上是一個平板電容。金屬膜片與金屬電極構(gòu)成了平板電容的兩個極板。當(dāng)膜片受到聲壓作用時(shí)，膜片發(fā)生變形，使兩個極板之間的距離發(fā)生了變化，電容量也發(fā)生變化，從而產(chǎn)生交變電壓，其波形在傳聲器線性范圍內(nèi)與聲壓級形成比例，實(shí)現(xiàn)了將聲壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘柕淖饔谩?/p>

　　電容式傳聲器是聲學(xué)測量中比較理想的傳聲器，具有動態(tài)范圍大、頻率響應(yīng)平直、靈敏度高和在一般測量環(huán)境中穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，因而應(yīng)用廣泛。由于電容式傳感器輸出阻抗很高，因此需要通過前置放大器進(jìn)行阻抗變換，前置放大器裝在聲級計(jì)內(nèi)部靠近安裝電容式傳感器的部位。

　　2、放大器和衰減器

　　目前流行的許多國產(chǎn)與進(jìn)口的在放大電路中都采用兩級放大器，即輸入放大器和輸出放大器，其作用是將微弱的電信號放大。輸入衰減器和輸出衰減器是用來改變輸入信號的衰減量和輸出信號的衰減量的，以便使表頭指針指在適當(dāng)?shù)奈恢?，其每一擋的衰減量為 10分貝。輸入放大器使用的衰減器調(diào)節(jié)范圍為測量底端（如0~70分貝），輸出放大器使用的衰減器調(diào)節(jié)范圍為測量高端（70~120分貝）。輸入和輸出兩個衰減器的刻度盤常做成不同顏色，目前以黑色與透明配對多。由于許多聲級計(jì)的高、底以 70分貝為界限，故在旋轉(zhuǎn)時(shí)要防止超過界限，以免損壞裝置。

　　3、計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)

　　為了模擬人耳聽覺在不同頻率有不同的靈敏性，在內(nèi)設(shè)有一種能夠模擬人耳的聽覺特性，把電信號修正為與聽覺近似的網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)叫做計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)。通過計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)測得的聲壓級，已不再是客觀物理量的聲壓級（叫線性聲壓級），而是經(jīng)過聽感修正的聲壓級，叫做計(jì)權(quán)聲級或噪聲級。

　　計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)一般有A、B、C三種。A計(jì)權(quán)聲級是模擬人耳對55分貝以下低強(qiáng)度噪聲的頻率特性；B計(jì)權(quán)聲級是模擬55~85分貝的中等強(qiáng)度噪聲的頻率特性；C計(jì)權(quán)聲級是模擬高強(qiáng)度噪聲的特性。三者的區(qū)別是對噪聲低頻成分的衰減程度，A衰減最多，B次之，C最少。A計(jì)權(quán)聲級由于其特性曲線接近于人耳的聽感特性，因此是目前世界上噪聲測量中應(yīng)用最廣泛的一種， B、C已逐漸不用。從聲級計(jì)上得出的噪聲級讀數(shù)，必須注明測量條件。

　　4、檢波器和指示表頭

　　為了使經(jīng)過放大的信號通過表頭顯示出來，還需要有檢波器，以便把迅速變化的電壓信號轉(zhuǎn)變成變化較慢的直流電壓信號。這個直流電壓的大小要正比于輸入信號的大小。根據(jù)測量的需要，檢波器有峰值檢波器、平均值檢波器黑均方根值檢波器之分。峰值檢波器能給出一定時(shí)間間隔的最大值，平均值檢波器能在一定時(shí)間間隔中測量其絕對平均值。除了像槍炮聲那樣的脈沖聲需要測量他的峰值外，在多數(shù)的測量中均采用方根值檢波器。

　　均方根值檢波器能對交流信號進(jìn)行平方、平均和開方，得出電壓的均方根值，最后將均方根電壓信號輸送到指示表頭。指示表頭是一只電表，只要對其刻度進(jìn)行一定的標(biāo)定，就可從表頭上直讀出噪聲級的分貝值聲級計(jì)表頭阻尼一般都有“快”和“慢”兩個擋?！翱臁睋醯钠骄鶗r(shí)間為 0.27s，很接近于人耳聽覺器官的生理平均時(shí)間；“慢”擋的平均時(shí)間為 1.05s。當(dāng)對穩(wěn)態(tài)噪聲進(jìn)行測量或需要記錄聲級變化過程時(shí)，使用“快”擋比較合適；在被測噪聲的波動比較大時(shí)，使用“慢”擋比較合適。

　　聲級計(jì)的分類

　　聲級計(jì)是測量噪聲中最基本的儀器，它屬于一種電子儀器， 聲級計(jì)一般由電容式傳聲器、前置放大器、衰減器、放大器、頻率計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)以及有效值指示表頭等組成。按照聲級計(jì)靈敏度可將之分為兩大類，一類是普通聲級計(jì)；另一類是精密聲級計(jì)，按照聲級計(jì)的用途也可分為兩類：一類用于測量穩(wěn)態(tài)噪聲；一類則用于測量不穩(wěn)態(tài)噪聲和脈沖噪聲。

　　聲級計(jì)采用了先進(jìn)的數(shù)字檢波技術(shù)，使得儀器的穩(wěn)定性、可靠性大大提高。聲級計(jì)具有操作簡單、使用方便的優(yōu)點(diǎn)；具有量程動態(tài)范圍大、大屏幕液晶數(shù)顯、自動測量存儲各種數(shù)據(jù)等特點(diǎn)。

　　聲級計(jì)可廣泛用于各種機(jī)器、車輛、船舶、電器等工業(yè)噪聲測量和環(huán)境噪聲測量，適用于工廠企業(yè)、建筑設(shè)計(jì)、環(huán)境保護(hù)、勞動衛(wèi)生、交通運(yùn)輸、教學(xué)、醫(yī)療衛(wèi)生、科研等部門的聲測試領(lǐng)域。

　　聲級計(jì)的工作原理詳解

　　由傳聲器將聲音轉(zhuǎn)換成電信號，再由前置放大器變換阻抗，使傳聲器與衰減器匹配。放大器將輸出信號加到計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，對信號進(jìn)行頻率計(jì)權(quán) （ 或外接濾波器 ） ，然后再經(jīng)衰減器及放大器將信號放大到一定的幅值，送到有效值檢波器 （ 或外按電平記錄儀 ） ，在指示表頭上給出噪聲聲級的數(shù)值。

　　為了模擬人耳聽覺在不同頻率（20Hz-20KHz）有不同的靈敏性，在聲級計(jì)內(nèi)設(shè)有一種能夠模擬人耳的聽覺特性，把電信號修正為與聽感近似值的網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)叫作計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)。

　　通過計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)測得的聲壓級，已不再是客觀物理量的聲壓級（叫線性聲壓級），而是經(jīng)過聽感修正的聲壓級，叫作計(jì)權(quán)聲級或噪聲級。

　　由于人耳對各頻段噪聲的感知能力是不一樣的，對3kHz左右的中頻最靈敏，對低頻和高頻則差一些，因此不計(jì)權(quán)信噪比未必與人耳對噪聲大小的主觀感覺能很好的吻合。如何將測量值與主觀聽感統(tǒng)一起來呢？于是就有了均衡網(wǎng)絡(luò)，或者叫加權(quán)網(wǎng)絡(luò)，對低頻和高頻都加以適度的衰減，這樣中頻便更突出。

　　把這種加權(quán)網(wǎng)絡(luò)接在被測器材和測量儀器之間，于是器材中頻噪聲的影響就會被該網(wǎng)絡(luò)“放大”，換言之，對聽感影響最大的中頻噪聲被賦予了更高的權(quán)重，此時(shí)測得的信噪比就叫計(jì)權(quán)信噪比，它可以更真實(shí)地反映人的主觀聽感。

　　聲級計(jì)原理技術(shù)

　　聲級計(jì)原理技術(shù)是由傳聲器將聲音轉(zhuǎn)換成電信號，再由前置放大器變換阻抗，使傳聲器與衰減器匹配的技術(shù)。

　　由傳聲器將聲音轉(zhuǎn)換成電信號，再由前置放大器變換阻抗，使傳聲器與衰減器匹配。放大器將輸出信號加到計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，對信號進(jìn)行頻率計(jì)權(quán)（或外接濾波器），然后再經(jīng)衰減器及放大器將信號放大到一定的幅值，送到有效值檢波器（或外按電平記錄儀），在指示表頭上給出噪聲聲級的數(shù)值。

　　噪音測量儀/聲級計(jì)中的頻率計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)有A、B、C三種標(biāo)準(zhǔn)計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)。A網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對等響曲線中40方純音的響應(yīng)，它的曲線形狀與340方的等響曲線相反，從而使電信號的中、低頻段有較大的衰減。B網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對70方純音的響應(yīng)，它使電信號的低頻段有一定的衰減。C網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對100方純音的響應(yīng)，在整個聲頻范圍內(nèi)有近乎平直的響應(yīng)。 聲級計(jì)經(jīng)過頻率計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)測得的聲壓級稱為聲級，根據(jù)所使用的計(jì)權(quán)網(wǎng)不同，分別稱為A聲級、B聲級和C聲級，單位記作dB（A）、dB（B）和dB（C）。 目前，測量噪聲用的噪音測量儀/聲級計(jì)，表頭響應(yīng)按靈敏度可分為四種：

　　（1）“慢”。表頭時(shí)間常數(shù)為1000 ms，―般用于測量穩(wěn)態(tài)噪聲，測 得的數(shù)值為有效值。

　　（2）”快”。表頭時(shí)間常數(shù)為125ms，一般用于測量波動較大的不穩(wěn)態(tài)噪聲和交通運(yùn)輸噪聲等?？鞕n接近人耳對聲音的反應(yīng)。

　　（3）“脈沖或脈沖保持”。表針上升時(shí)間為35ms，用于測量持續(xù)時(shí)間較長的脈沖噪聲，如沖床、按錘等，測得的數(shù)值為最大有效值。

　　（4）“峰值保持”。表針上升時(shí)間小于20ms．用于測量持續(xù)時(shí)間很短的脈沖聲，如槍、炮和爆炸聲，測得的數(shù)值是峰值．即最大值。

　　聲級計(jì)可以外接濾波器和記錄儀，對噪聲做頻譜分析。國產(chǎn)的ND2型精密聲級計(jì)內(nèi)裝了一個倍頻頁程濾波器，便于攜帶到現(xiàn)場和作頻譜分析。

　　噪音測量儀/聲級計(jì)按精度可分為精密噪音測量儀/聲級計(jì)和普通聲級計(jì)。精密聲級計(jì)的測量誤差約為土1dB，普通聲級計(jì)約為土3dB。聲級計(jì)按用途可分為兩類：一類用于測量穩(wěn)態(tài)噪聲，一類則用于測量不穩(wěn)態(tài)噪聲和脈沖噪聲。 積分式聲級計(jì)是用來測量一段時(shí)間內(nèi)不穩(wěn)態(tài)噪聲的等效聲級的。噪聲劑量計(jì)也是一種積分式聲級計(jì)，主要用來測量噪聲暴露量。

　　脈沖式聲級計(jì)是用于測量脈沖噪聲的，這種噪音測量儀/聲級計(jì)符合人耳對脈沖聲的響應(yīng)及人耳對脈沖聲反應(yīng)的平均時(shí)間，噪音測量儀/聲級計(jì)是噪聲測量中最基本的儀器。聲級計(jì)一般由電容式傳聲器、前置放大器、衰減器、放大器、頻率計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)以及有效值指示表頭等組成。