声级计的结构和工作原理
2013-04-22
声级计的结构和工作原理
声级计是一种能把工业噪声、生活噪声和交通噪声等，按人耳听觉特性近似地测定其噪声级的仪器。噪声级是指用声级计测得的并经过听感修正的声压级（ dB）或响度级（phon）。根据声级计在标准条件下测量1000Hz纯音所表现的精度，60年代国际上把声级计分为两类，一类叫精密声级计，一类叫普通。我国也采用这种方法。 70年代以来，有些国家推出四类分法，即分为0型、1型、2型和3型。它们的精度分别为±0.4dB、±0.7dB、±1.0dB和±1.5dB。根据声级计所用电源不同，还可分为交流式和用干电池的直流式声级计两类，后者也可以成为便携式。便携式具有体积小、质量轻和现场使用方便等优点。
一般由传声器、放大器、衰减器、计权网络、检波器、指示表头和电源等组成。
（1）传声器 它是把声压信号转变为电压信号的装置，也称为话筒，是的传感器。常见的传声器有晶体式、驻极体式、动圈式和电容式等多种形式。
动圈式传感器由振动膜片、可动线圈、永久磁铁和变压器等组成。震动膜片受到声波压力以后开始振动，并带动着和它装在一起的可动线圈在磁场内振动，以产生感应电流。该电流根据振动膜片受的声波压力的大小而变化。声压越大，产生的电流就越大；声压越小，产生的电流也越小。
电容式传感器主要由金属膜片和靠的很近的金属电极组成，实质上是一个平板电容。金属膜片与金属电极构成了平板电容的两个极板。当膜片受到声压作用时，膜片发生变形，使两个极板之间的距离发生了变化，电容量也发生变化，从而产生交变电压，其波形在传声器线性范围内与声压级形成比例，实现了将声压信号转变为电压信号的作用。
电容式传声器是声学测量中比较理想的传声器，具有动态范围大、频率响应平直、灵敏度高和在一般测量环境中稳定性好等优点，因而应用广泛。由于电容式传感器输出阻抗很高，因此需要通过前置放大器进行阻抗变换，前置放大器装在声级计内部靠近安装电容式传感器的部位。
（2）放大器和衰减器 目前流行的许多国产与进口的在放大电路中都采用两级放大器，即输入放大器和输出放大器，其作用是将微弱的电信号放大。输入衰减器和输出衰减器是用来改变输入信号的衰减量和输出信号的衰减量的，以便使表头指针指在适当的位置，其每一挡的衰减量为 10分贝。输入放大器使用的衰减器调节范围为测量底端（如0~70分贝），输出放大器使用的衰减器调节范围为测量高端（70~120分贝）。输入和输出两个衰减器的刻度盘常做成不同颜色，目前以黑色与透明配对多。由于许多声级计的高、底以 70分贝为界限，故在旋转时要防止超过界限，以免损坏装置。
（3）计权网络 为了模拟人耳听觉在不同频率有不同的灵敏性，在内设有一种能够模拟人耳的听觉特性，把电信号修正为与听觉近似的网络，这种网络叫做计权网络。通过计权网络测得的声压级，已不再是客观物理量的声压级（叫线性声压级），而是经过听感修正的声压级，叫做计权声级或噪声级。
计权网络一般有A、B、C三种。A计权声级是模拟人耳对55分贝以下低强度噪声的频率特性；B计权声级是模拟55~85分贝的中等强度噪声的频率特性；C计权声级是模拟高强度噪声的特性。三者的区别是对噪声低频成分的衰减程度，A衰减最多，B次之，C最少。A计权声级由于其特性曲线接近于人耳的听感特性，因此是目前世界上噪声测量中应用最广泛的一种， B、C已逐渐不用。
从声级计上得出的噪声级读数，必须注明测量条件。
（4）检波器和指示表头 为了使经过放大的信号通过表头显示出来，还需要有检波器，以便把迅速变化的电压信号转变成变化较慢的直流电压信号。这个直流电压的大小要正比于输入信号的大小。根据测量的需要，检波器有峰值检波器、平均值检波器黑均方根值检波器之分。峰值检波器能给出一定时间间隔的最大值，平均值检波器能在一定时间间隔中测量其绝对平均值。除了像枪炮声那样的脉冲声需要测量他的峰值外，在多数的测量中均采用方根值检波器。
均方根值检波器能对交流信号进行平方、平均和开方，得出电压的均方根值，最后将均方根电压信号输送到指示表头。指示表头是一只电表，只要对其刻度进行一定的标定，就可从表头上直读出噪声级的分贝值声级计表头阻尼一般都有“快”和“慢”两个挡。“快”挡的平均时间为 0.27s，很接近于人耳听觉器官的生理平均时间；“慢”挡的平均时间为 1.05s。当对稳态噪声进行测量或需要记录声级变化过程时，使用“快”挡比较合适；在被测噪声的波动比较大时，使用“慢”挡比较合适。
