聲級計的結構和工作原理
2013-04-22
聲級計的結構和工作原理
聲級計是一種能把工業噪聲、生活噪聲和交通噪聲等，按人耳聽覺特性近似地測定其噪聲級的儀器。噪聲級是指用聲級計測得的并經過聽感修正的聲壓級（ dB）或響度級（phon）。根據聲級計在標準條件下測量1000Hz純音所表現的精度，60年代國際上把聲級計分為兩類，一類叫精密聲級計，一類叫普通。我國也采用這種方法。 70年代以來，有些國家推出四類分法，即分為0型、1型、2型和3型。它們的精度分別為±0.4dB、±0.7dB、±1.0dB和±1.5dB。根據聲級計所用電源不同，還可分為交流式和用干電池的直流式聲級計兩類，后者也可以成為便攜式。便攜式具有體積小、質量輕和現場使用方便等優點。
一般由傳聲器、放大器、衰減器、計權網絡、檢波器、指示表頭和電源等組成。
（1）傳聲器 它是把聲壓信號轉變為電壓信號的裝置，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振動，以產生感應電流。該電流根據振動膜片受的聲波壓力的大小而變化。聲壓越大，產生的電流就越大；聲壓越小，產生的電流也越小。
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，實質上是一個平板電容。金屬膜片與金屬電極構成了平板電容的兩個極板。當膜片受到聲壓作用時，膜片發生變形，使兩個極板之間的距離發生了變化，電容量也發生變化，從而產生交變電壓，其波形在傳聲器線性范圍內與聲壓級形成比例，實現了將聲壓信號轉變為電壓信號的作用。
電容式傳聲器是聲學測量中比較理想的傳聲器，具有動態范圍大、頻率響應平直、靈敏度高和在一般測量環境中穩定性好等優點，因而應用廣泛。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行阻抗變換，前置放大器裝在聲級計內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與進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的位置，其每一擋的衰減量為 10分貝。輸入放大器使用的衰減器調節范圍為測量底端（如0~70分貝），輸出放大器使用的衰減器調節范圍為測量高端（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。由于許多聲級計的高、底以 70分貝為界限，故在旋轉時要防止超過界限，以免損壞裝置。
（3）計權網絡 為了模擬人耳聽覺在不同頻率有不同的靈敏性，在內設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絡，這種網絡叫做計權網絡。通過計權網絡測得的聲壓級，已不再是客觀物理量的聲壓級（叫線性聲壓級），而是經過聽感修正的聲壓級，叫做計權聲級或噪聲級。
計權網絡一般有A、B、C三種。A計權聲級是模擬人耳對55分貝以下低強度噪聲的頻率特性；B計權聲級是模擬55~85分貝的中等強度噪聲的頻率特性；C計權聲級是模擬高強度噪聲的特性。三者的區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計權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用最廣泛的一種， B、C已逐漸不用。
從聲級計上得出的噪聲級讀數，必須注明測量條件。
（4）檢波器和指示表頭 為了使經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間間隔的最大值，平均值檢波器能在一定時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，只要對其刻度進行一定的標定，就可從表頭上直讀出噪聲級的分貝值聲級計表頭阻尼一般都有“快”和“慢”兩個擋。“快”擋的平均時間為 0.27s，很接近于人耳聽覺器官的生理平均時間；“慢”擋的平均時間為 1.05s。當對穩態噪聲進行測量或需要記錄聲級變化過程時，使用“快”擋比較合適；在被測噪聲的波動比較大時，使用“慢”擋比較合適。
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