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聲級(jí)計(jì)的結(jié)構(gòu)和工作原理
2013-04-22
聲級(jí)計(jì)的結(jié)構(gòu)和工作原理
聲級(jí)計(jì)是一種能把工業(yè)噪聲、生活噪聲和交通噪聲等，按人耳聽(tīng)覺(jué)特性近似地測(cè)定其噪聲級(jí)的儀器。噪聲級(jí)是指用聲級(jí)計(jì)測(cè)得的并經(jīng)過(guò)聽(tīng)感修正的聲壓級(jí)（ dB）或響度級(jí)（phon）。根據(jù)聲級(jí)計(jì)在標(biāo)準(zhǔn)條件下測(cè)量1000Hz純音所表現(xiàn)的精度，60年代國(guó)際上把聲級(jí)計(jì)分為兩類(lèi)，一類(lèi)叫精密聲級(jí)計(jì)，一類(lèi)叫普通。我國(guó)也采用這種方法。 70年代以來(lái)，有些國(guó)家推出四類(lèi)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(jù)聲級(jí)計(jì)所用電源不同，還可分為交流式和用干電池的直流式聲級(jí)計(jì)兩類(lèi)，后者也可以成為便攜式。便攜式具有體積小、質(zhì)量輕和現(xiàn)場(chǎng)使用方便等優(yōu)點(diǎn)。
一般由傳聲器、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(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)的裝置，也稱(chēng)為話(huà)筒，是的傳感器。常見(jiàn)的傳聲器有晶體式、駐極體式、動(dòng)圈式和電容式等多種形式。
動(dòng)圈式傳感器由振動(dòng)膜片、可動(dòng)線圈、永久磁鐵和變壓器等組成。震動(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(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)，膜片發(fā)生變形，使兩個(gè)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(jí)形成比例，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(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感器的部位。
（2）放大器和衰減器 目前流行的許多國(guó)產(chǎn)與進(jìn)口的在放大電路中都采用兩級(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)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(cè)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(cè)量高端（70~120分貝）。輸入和輸出兩個(gè)衰減器的刻度盤(pán)常做成不同顏色，目前以黑色與透明配對(duì)多。由于許多聲級(jí)計(jì)的高、底以 70分貝為界限，故在旋轉(zhuǎn)時(shí)要防止超過(guò)界限，以免損壞裝置。
（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)覺(jué)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(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)，叫做計(jì)權(quán)聲級(jí)或噪聲級(jí)。
計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)一般有A、B、C三種。A計(jì)權(quán)聲級(jí)是模擬人耳對(duì)55分貝以下低強(qiáng)度噪聲的頻率特性；B計(jì)權(quán)聲級(jí)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(jí)是模擬高強(qiáng)度噪聲的特性。三者的區(qū)別是對(duì)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(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)用最廣泛的一種， B、C已逐漸不用。
從聲級(jí)計(jì)上得出的噪聲級(jí)讀數(shù)，必須注明測(cè)量條件。
（4）檢波器和指示表頭 為了使經(jīng)過(guò)放大的信號(hào)通過(guò)表頭顯示出來(lái)，還需要有檢波器，以便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(cè)量其絕對(duì)平均值。除了像槍炮聲那樣的脈沖聲需要測(cè)量他的峰值外，在多數(shù)的測(cè)量中均采用方根值檢波器。
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，最后將均方根電壓信號(hào)輸送到指示表頭。指示表頭是一只電表，只要對(duì)其刻度進(jìn)行一定的標(biāo)定，就可從表頭上直讀出噪聲級(jí)的分貝值聲級(jí)計(jì)表頭阻尼一般都有“快”和“慢”兩個(gè)擋。“快”擋的平均時(shí)間為 0.27s，很接近于人耳聽(tīng)覺(jué)器官的生理平均時(shí)間；“慢”擋的平均時(shí)間為 1.05s。當(dāng)對(duì)穩(wěn)態(tài)噪聲進(jìn)行測(cè)量或需要記錄聲級(jí)變化過(guò)程時(shí)，使用“快”擋比較合適；在被測(cè)噪聲的波動(dòng)比較大時(shí)，使用“慢”擋比較合適。
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