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數(shù)字噪音計(jì)的結(jié)構(gòu)和工作原理
2016-01-21
數(shù)字噪音計(jì)的結(jié)構(gòu)和工作原理
數(shù)字噪音計(jì)又叫聲級(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，噪音計(jì) 噪聲測(cè)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(chǎng)合的噪音測(cè)量應(yīng)用。
數(shù)字噪音級(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。
數(shù)字噪音計(jì)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。
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) 動(dòng)圈式傳聲器由振動(dòng)膜片、可動(dòng)線圈、永久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。
(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］斎敕糯笃魇褂玫乃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)量高端。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左右的中頻最靈敏，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)感影響最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 , 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，但由于A計(jì)權(quán)所依據(jù)的燈響曲線經(jīng)過(guò)多次修正后發(fā)生了很大的變化，A計(jì)權(quán)的地位也正逐漸下降，目前比較流行的計(jì)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(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。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，最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。快檔接近人耳對(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)值為最大有效值。
(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．即最大值。
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