声级计的正确选择及应用

声级计的正确选择及应用 文章来自www.1688bbs.net 前 言

作为声学测量的基本仪器—声级计，现在已广泛应用于机器制造、建筑设计、交通运输、环境保护、医疗卫生以及国防工程等部门，随着我国噪声普查与防治和环境保护工作的开展，对声级计的需求和应用也越来越广泛。

一．概述 声级计，又叫噪声计，是一种按照一定的频率计权和时间计权测量声音的声压级或声级的仪器，是声学测量中的最基本而又最常用的仪器。声级计可以用于环境噪声、机器噪声、车辆噪声以及其他各种噪声的测量，也可以用于电声学，建筑声学等测量，如果把电容传声器换成加速度计传感器，配上积分器，就可以利用声级计来测量振动。

为了使世界各国生产的声级计的测量结果互相可以比较，国际电工委员会（IEC）制定了声级计的有关标准，并推荐各国采用，1979年5月在斯德哥尔摩通过了IEC 651《声级计》标准，我国有关声级计的国家标准是GB3785-83《声级计电、声性能及测试方法》。1984年IEC又通过了IEC804《积分平均声级计》国际标准，我国与1997年颁布了GB/T17181-1997《积分平均声级计》。它们与IEC标准的主要要求是一致的。2002年国际电工委员会(IEC)发布了IEC61672-2002《声级计》新的国际标准。该标准代替原IEC651-1979《声级计》和IEC804-1983《积分平均声级计》。我国根据该标准制定了JJG188-2002《声级计》检定规程。按新的标准将声级计按用途可分为通用声级计，积分声级计，频谱声级计等，按精度可分为1级和2级，二种级别的声级计的各种性能指标具有同样的中心值，仅仅是容许误差不同，而且随着级别数字的增大，容许误差放宽。按体积还可分为台式，便携式，和袖珍式声级计。按其指示方式可分为模拟指示和数字指示声级计。

我公司目前的产品有： .HS各系列声级计（HS6288型系列分析仪、HS5920型系列数字声级计、HS5633型系列数字声级计、HS5618型积分声级计、HS5660型系列精密脉冲声级计、HS5670XA型噪声自动测量系统、HS5670B型积分声级计、HS5933A型环境振动分析仪、HS5944型振动检测仪、HS6020/HS6028型声级校准器、HS5721型倍频程滤波器和HS5731型1/3倍频程滤波器等）

.城市环境噪声远程监测系统 .多路噪声自动测试系统 .各类噪声显示牌 .各类测试传声器 二．声级计的原理 声级计一般都是由传声器单元、放大分析单元、显示仪表单元三大部分组成。其工作原理方框图见图1

图1 声级计原理方框图 1.传声器单元 传声器单元由传声器和前置放大器组成。传声器是将声信号转换成电信号的换能器，要求频率范围宽、频率响应平直、失真小、动态范围大、尤其是稳定性要好。前置放大器起阻抗变换作用，要求具有输入阻抗高，输出阻抗低，以便与长延伸电缆连接。

2.放大分析单元 放大分析单元应具有放大器和频率计权网络等。放大器电路将来自传声器单元的微弱信号进行放大以达到一定幅度，要求有一定的放大量、一定的动态范围、频率范围宽等等，并确保放大器在整个测量范围内均不失真的反映输入信号的大小变化，以保证测量的准确性和可靠性。计权网络是用有电网络来模拟人耳的响度感觉特性。国家规定了三条曲线对应不同的响度级，其中A计权是模拟人耳对40方纯音的响应，B计权是模拟人耳对70方纯音的响应，C计权是模拟人耳对100方纯音的响应。由于A计权网络测量的噪声声级值较为接近人耳对噪音的感觉，因此在噪声测量中往往用A声级来表示噪声级的大小。有些声级计中还有D计权，主要是用于航空噪声的测量。

3．显示仪表单元 包括检波电路，指示器电路等。检波电路是将来自交流放大器的对应于交流信号进行检波，使直流放大器输出对应于被测声级的线性变化的直流电压。检波电路有峰值、平均值和有效值检波电路，声级测量中，用的最多的是有效值检波电路。声级计测量的结果都是在指示器上指示出来，指示器有模拟指示器和数字指示器两种。指示电路还应具有“快”和“慢”时间计权特性。

4.滤波器与频谱分析 对于噪音来说，它是由许多频率成分组成的。在很多场合，光知道它的总声级是不够的，还需要知道它的频率成分分布，也就是说要知道它的频谱。我公司HS5721型倍频程滤波器和HS5731型1/3倍频程滤波器配合HS5660系列和HS5670系列就是用来进行频谱分析的。

一般的噪声分析工作，利用倍频程滤波器已可获得较满意的结果，如我公司的HS6288B型噪声频谱分析仪就是把HS6288A型多功能噪声分析仪和HS5721型倍频程滤波器相结合, 主机直接就可按预先设定测量方式和倍频程滤波器中心频滤自动采样计算及倍频程自动扫描测量, 测量结束即可打印频谱图及数据。

如果要更精细的对噪声进行分析，就可选用HS5731型1/3倍频程滤波器。将滤波器的输入端接到声级计的交流输出端，选择开关放在“滤波器”位置，就可以用来进行声音的频谱分析。操作滤波器选择相应的中心频率点，声级计上显示就是在此滤波器内通过的噪声级。将每一个倍频程噪声级读数在相应的频率坐标上画出来，就可以得到所分析的噪声的频谱曲线。

三．几种典型声级计的介绍 前面介绍了一般声级计的组成原理，下面再来介绍一下几种典型的声级计。 1.积分式声级计 对于非稳定的噪声，就要求测量噪声的等效连续声级Leq，定义为：在声场中的一定点位置上，用某一段时间内能量平均的方法，将间歇变化的几个不同A声级，以一个A声级表示该段时间的噪声大小。

积分式声级计能够以数字形式直接显示出某一测量时间内被测噪声的等效连续声级。性能应符合IEC804和GB/T17181标准的要求。现以我公司的HS5670B型积分声级计为例，说明这种声级计的工作原理。

原理图见图2所示，主要由传声器、前置放大器、频率计权放大、量程转换、过载指示电路、对数检波与直流放大、A/D变换器、微处理器、存储器、液晶显示器、按键输入面板、参考校准信号与电源、接口电路等部分组成。

图2 HS5670B型积分声级计原理图 .传声器：驻极体测试电容传声器（HS14423），将声信号转换成电信号，具有稳定性好，频响宽等特点。

.前置放大器：具有高输入阻抗，低输出阻抗特性，起阻抗变换作用。 .频率计权放大、量程转换、过载指示电路：该部分电路是将来自前置放大器的微弱信号进行放大以达到一定幅度，量程转换电路在微处理器的控制下，保证整个放大器在测量范围内能不失真的反映输入信号的大小变化。当信号超过当前量程的测量范围时过载指示电路自动控制过载灯指示 .对数检波与直流放大：是将来自交流放大器的对应于被测声级的交流信号进行有效值检波，并进行一定比例的放大，使直流放大器输出对应于被测声级的线性变化直流电压。

.A/D变换器、微处理器、存储器、接口电路：这几部分组成了一个完整的单片机系统，微处理器在程序存储器的控制下，由A/D变换器进行定时采样，并自动测量，同时将测量结果存于存储器，经接口电路输出至打印机或微机。

.显示部分与面板部分： 液晶显示器能将时钟、工作方式、测量数据，频率等测量标记与测量结果显示输出，面板部分提供了人工控制界面，根据测量要求，将工作方式、控制信号输入给微处理器，实现噪声测量与分析。

.参考校准信号与电源：由电池供电（或外接输入）单一正电压转换成所需的正负电压，负责整机的电源供给。并产生一个参考信号作为内部电路校正。

被测声信号如一般声级计那样被接收，经计权、放大、量程电路后，到对数变换器进行对数运算，然后经检波放大及A/D变换，送到微处理器，微处理器按事先编好的程序和算法公式进行定时采样，计算出Leq等值，同时将测量结果存于存储器。结果可通过显示驱动电路在液晶屏幕显示出来，也可经RS232C串行接口输出至打印机，自动打印出测量结果与图谱。经接口通讯电缆可将测量数据输出传输到计算机中，实现声压级Lp实时通讯输出。

HS5670B型积分声级计不仅能计算等效连续声级Leq值,还能算出声暴露级Lae（与单发噪声发生一次的总能量相等的持续时间为1秒的稳定噪声级）、标准偏差SD（反映随时间变化的噪声声级的离散度）、噪声概率统计值Ln（包括L95、L90、L50、L10、L5）、噪声最大值Lmax、噪声最小值Lmin等，外接滤波器能自动进行1/3及1/1频谱分析，还能测量飞机噪声有效感觉噪声级Lepn和混响时间T60。该机操作简单、使用方便、可靠性高。

2．数字式声级计 早期的声级计是用电表指示测量结果的，发展到现今，大多都是数字式的声级计。数字声级计是一种用数字显示测量结果的声级计，它不仅具有读数直观，准确等优点，同时通过BCD码输出可以配合其他分析处理仪器和计算机进行处理。前面的HS5670B型积分声级计也属于数字式声级计，现在在介绍另一款型号的数字声级计HS6288E型多功能声级计。原理图见图3。

HS6288E型多功能噪声分析仪是一种袖珍式智能化的噪声测量仪器，它集积分、噪声统计、噪声采集等几种功能于一体，在设计和功能上都有许多创新，能满足多种测量要求，主要性能指标符合JJG188-2002声级计检定规程要求。 图3 HS6288E型多功能噪声分析仪原理图 本仪器具有大屏幕液晶显示。测量结果可长期保存在仪器内，最多可以存储500组单组数据和4组整时数据，通过内置串行接口在现场或事后用微机打印机打印出来或送到计算机中去。

本仪器结构紧凑，造型美观、功能强大、自动化程度高，可用于环境噪声的测量，也可用于劳动保护、工业卫生及各种机器、车辆、船舶、电器等工业噪声测量。

（1）主要技术性能 .传声器：Φ12.7mm(1/2英寸)驻极体测试电容传声器 .频率计权：A、C计权 .测量范围：35dB～130dB（A） 40dB～130dB（C） .频率范围：20Hz～10KHz .时间计权：快（F）、慢（S） .级量程分高、中、低三档:低档（35dB～90dB） 中档（50dB～110dB）参考量程 高档(70dB～130dB) .保持特性：保持最大有效值 .测量时间设定：10s、1min、 5min、 10min、 15min、 20min、1h、8h、24h、24h整时、Man (人工)。时钟：年、月、日、时、分、秒自动运行。