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聲級計的結(jié)構(gòu)和工作原理
2013-04-22
聲級計的結(jié)構(gòu)和工作原理
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。噪聲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。 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(jù)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(zhì)量輕和現(xiàn)場使用方便等優(yōu)點(diǎn)。
一般由傳聲器、放大器、衰減器、計權(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，實現(xiàn)了將聲壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘柕淖饔谩?/div>
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。由于許多聲級計的高、底以 70分貝為界限，故在旋轉(zhuǎn)時要防止超過界限，以免損壞裝置。
（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，叫做計權(quán)聲級或噪聲級。
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。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(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(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，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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