技術(shù)文章
聲級(jí)計(jì)的原理和組成
閱讀:1807 發(fā)布時(shí)間:2009-11-5
聲級(jí)計(jì)是噪聲測(cè)量中zui基本的儀器,一般由傳聲器,、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,。
聲級(jí)計(jì)的工作原理是:由傳聲器將聲音轉(zhuǎn)換成電信號(hào),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(hào)加到計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò),對(duì)信號(hào)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(hào)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(jí)的數(shù)值,。
1 )傳聲器是把聲壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)的裝置,,也稱(chēng)之為話筒,它是聲級(jí)計(jì)的傳感器,。常見(jiàn)的傳聲器有晶體式,、駐極體式,、動(dòng)圈式和電容式數(shù)種。
1.1 動(dòng)圈式傳聲器由振動(dòng)膜片,、可動(dòng)線圈,、*磁鐵和變壓器等組成。振動(dòng)膜片受到聲波壓力以后開(kāi)始振動(dòng),,并帶動(dòng)著和它裝在一起的可動(dòng)線圈在磁場(chǎng)內(nèi)振動(dòng)以產(chǎn)生感應(yīng)電流,。該電流根據(jù)振動(dòng)膜片受到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,。
1.2電容式傳聲器主要由金屬膜片和靠得很近的金屬電極組成,,實(shí)質(zhì)上是一個(gè)平板電容。金屬膜片與金屬電極構(gòu)成了平板電容的兩個(gè)極板,,當(dāng)膜片受到聲壓作用時(shí),,膜片便發(fā)生變形,使兩個(gè)極板之間的距離發(fā)生了變化,,于是改變了電容量,,位測(cè)量電路中的電壓也發(fā)生了變化,實(shí)現(xiàn)了將聲壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)的作用,。電容式傳聲器是聲學(xué)測(cè)量中比較理想的傳聲器,,具有動(dòng)態(tài)范圍大,、頻率響應(yīng)平直,、靈敏度高和在一般測(cè)量環(huán)境下穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),因而應(yīng)用廣泛,。由于電容式傳聲器輸出阻抗很高,,因而需要通過(guò)前置放大器進(jìn)行阻抗變換,前置放大器裝在聲級(jí)計(jì)內(nèi)部靠近安裝電容式傳聲器的部位,。
2 )放大器
一般采用兩級(jí)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(hào)放大,。輸入衰減器和輸出衰減器是用來(lái)改變輸入信號(hào)的衰減量和輸出信號(hào)衰減量的,,以便使表頭指針指在適當(dāng)?shù)奈恢谩]斎敕糯笃魇褂玫陌p器調(diào)節(jié)范圍為測(cè)量低端,,輸出放大器使用的衰減器調(diào)節(jié)范圍為測(cè)量,。許多聲級(jí)計(jì)的高低端以 70dB 為界限。
3 )計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)
為了模擬人耳聽(tīng)覺(jué)在不同頻率有不同的靈敏性,,在聲級(jí)計(jì)內(nèi)設(shè)有一種能夠模擬人耳的聽(tīng)覺(jué)特性,,把電信號(hào)修正為與聽(tīng)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(guò)計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)測(cè)得的聲壓級(jí),,已不再是客觀物理量的聲壓級(jí)(叫線性聲壓級(jí)),,而是經(jīng)過(guò)聽(tīng)感修正的聲壓級(jí),叫作計(jì)權(quán)聲級(jí)或噪聲級(jí),。
計(jì)權(quán)(又叫加權(quán))參數(shù)是在對(duì)頻響曲線進(jìn)行了一些加權(quán)處理后測(cè)得的參數(shù),,以區(qū)別于平直頻響狀態(tài)下的不計(jì)權(quán)參數(shù)。例如信噪比,,按照定義,,我們?cè)陬~定的信號(hào)電平下測(cè)出噪聲電平(可以是功率,也可以是電壓,、電流),,額定電平與噪聲電平之比就是信噪比,如果是分貝值,,則計(jì)算二者之差,。這是不計(jì)權(quán)信噪比。不過(guò),,由于人耳對(duì)各頻段噪聲的感知能力是不一樣的,,對(duì) 3kHz 左右的中頻zui靈敏,對(duì)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(duì)噪聲大小的主觀感覺(jué)能很好的吻哈,。
如何將測(cè)量值與主觀聽(tīng)感統(tǒng)一起來(lái)呢?于是就有了均衡網(wǎng)絡(luò),,或者叫加權(quán)網(wǎng)絡(luò),,對(duì)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(cè)器材和測(cè)量?jī)x器之間,,于是器材中頻噪聲的影響就會(huì)被該網(wǎng)絡(luò)“放大”,換言之,,對(duì)聽(tīng)感影響zui大的中頻噪聲被賦予了更高的權(quán)重,,此時(shí)測(cè)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(tīng)感,。
根據(jù)所使用的計(jì)權(quán)網(wǎng)不同,,分別稱(chēng)為 A 聲級(jí)、 B 聲級(jí)和 C 聲級(jí),,單位記作 dB(A) ,、 dB(B) 和 dB(C) 。 A 計(jì)權(quán)聲級(jí)是模擬人耳對(duì) 55dB 以下低強(qiáng)度噪聲的頻率特性,, B 計(jì)權(quán)聲級(jí)是模擬 55dB 到 85dB 的中等強(qiáng)度噪聲的頻率特性,, C 計(jì)權(quán)聲級(jí)是模擬高強(qiáng)度噪聲的頻率特性,。三者的主要差別是對(duì)噪聲低頻成分的衰減程度, A 衰減zui多,, B 次之,, C zui少。 A 計(jì)權(quán)聲級(jí)由于其特性曲線接近于人耳的聽(tīng)感特性,,因此是目前世界上噪聲測(cè)量中應(yīng)用zui廣泛的一種 , 許多與噪聲有關(guān)的國(guó)家規(guī)范都是按 A 聲級(jí)作為指標(biāo)的,。
4 )檢波器和指示表頭
檢波器作用是把迅速變化的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變成變化較慢的直流電壓信號(hào)。這個(gè)直流電壓的大小要正比于輸入信號(hào)的大小,。根據(jù)測(cè)量的需要,,檢波器有峰值檢波器、平均值檢波器和均方根值檢波器之分,。峰值檢波器能給出一定時(shí)間間隔中的zui大值,,平均值檢波器能在一定時(shí)間間隔中測(cè)量其平均值。脈沖聲需要測(cè)量它的峰值外,,在多數(shù)的噪聲測(cè)量中均是采用均方根值檢波器,。
均方根值檢波器能對(duì)交流信號(hào)進(jìn)行平方、平均和開(kāi)方,,得出電壓的均方根值,,zui后將均方根電壓信號(hào)輸送到指示表頭。目前,,測(cè)量噪聲用的聲級(jí)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(cè)量穩(wěn)態(tài)噪聲,,測(cè)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(cè)量波動(dòng)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(duì)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(cè)量持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的脈沖噪聲,如沖床,、按錘等,,測(cè)得的數(shù)值為zui大有效值。
(4) “峰值保持”,。表針上升時(shí)間小于 20ms .用于測(cè)量持續(xù)時(shí)間很短的脈沖聲,,如槍,、炮和爆炸聲,測(cè)得的數(shù)值是峰值.即zui大值,。