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數(shù)字噪音計的結(jié)構(gòu)和工作原理
2016-01-21
數(shù)字噪音計的結(jié)構(gòu)和工作原理
數(shù)字噪音計又叫聲級計，是一種能把工業(yè)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，噪音計 噪聲測試儀器可廣泛應(yīng)用于工廠、學(xué)校、辦公室、交通路線、家庭、音響等各種場合的噪音測量應(yīng)用。
數(shù)字噪音級是指用聲級計測得的并經(jīng)過聽感修正的聲壓級（dB）或響度級（phon）。根據(jù)聲級計在標(biāo)準(zhǔn)條件下測量1000Hz純音所表現(xiàn)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。
數(shù)字噪音計計權(quán)網(wǎng)絡(luò)一般有A、B、C三種。A計權(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計權(quán)聲級是模擬高強(qiáng)度噪聲的特性。
聲級計的工作原理是：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。放大器將輸出信號加到計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，對信號進(jìn)行頻率計權(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。
1 ）傳聲器是把聲壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘柕难b置，也稱之為話筒，它是聲級計的傳感器。常見的傳聲器有晶體式、駐極體式、動圈式和電容式數(shù)種。
(1) 動圈式傳聲器由振動膜片、可動線圈、永久磁鐵和變壓器等組成。振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。
(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，膜片便發(fā)生變形，使兩個極板之間的距離發(fā)生了變化，于是改變了電容量，位測量電路中的電壓也發(fā)生了變化，實(shí)現(xiàn)了將聲壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘柕淖饔?。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，因而需要通過前置放大器進(jìn)行阻抗變換，前置放大器裝在聲級計內(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衰減量的，以便使表頭指針指在適當(dāng)?shù)奈恢?。輸入放大器使用的衰減器調(diào)節(jié)范圍為測量低端，輸出放大器使用的衰減器調(diào)節(jié)范圍為測量高端。許多聲級計的高低端以70dB為界限。
3 ）計權(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，在聲級計內(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)叫作計權(quán)網(wǎng)絡(luò)。通過計權(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，叫作計權(quán)聲級或噪聲級。
計權(quán)（又叫加權(quán)）參數(shù)是在對頻響曲線進(jìn)行了一些加權(quán)處理后測得的參數(shù)，以區(qū)別于平直頻響狀態(tài)下的不計權(quán)參數(shù)。例如信噪比，按照定義，我們在額定的信號電平下測出噪聲電平（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，則計算二者之差。這是不計權(quán)信噪比。不過，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哈。
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，此時測得的信噪比就叫計權(quán)信噪比，它可以更真實(shí)地反映人的主觀聽感。
根據(jù)所使用的計權(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) 。 A 計權(quán)聲級是模擬人耳對 55dB 以下低強(qiáng)度噪聲的頻率特性， B 計權(quán)聲級是模擬 55dB 到 85dB 的中等強(qiáng)度噪聲的頻率特性， C 計權(quán)聲級是模擬高強(qiáng)度噪聲的頻率特性。三者的主要差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(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 , 許多與噪聲有關(guān)的國家規(guī)范都是按 A 聲級作為指標(biāo)的，但由于A計權(quán)所依據(jù)的燈響曲線經(jīng)過多次修正后發(fā)生了很大的變化，A計權(quán)的地位也正逐漸下降，目前比較流行的計權(quán)標(biāo)準(zhǔn)包括NR，NC燈標(biāo)準(zhǔn)。
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、平均值檢波器和均方根值檢波器之分。峰值檢波器能給出一定時間間隔中的最大值，平均值檢波器能在一定時間間隔中測量其絕對平均值。脈沖聲需要測量它的峰值外，在多數(shù)的噪聲測量中均是采用均方根值檢波器。
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。目前，測量噪聲用的聲級計，表頭響應(yīng)按靈敏度可分為四種：
(1) “慢"。表頭時間常數(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"。表針上升時間為 35ms ，用于測量持續(xù)時間較長的脈沖噪聲，如沖床、按錘等，測得的數(shù)值為最大有效值。
(4) “峰值保持"。表針上升時間小于 20ms ．用于測量持續(xù)時間很短的脈沖聲，如槍、炮和爆炸聲，測得的數(shù)值是峰值．即最大值。
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