噪声测量仪器

测量仪器

噪声测量仪器（noise-measuring instrument）是噪声测量仪器种类很多，最基本、最常用的是声级计和频谱分析器。

声级计

按用途可分为一般声级计、脉冲声级计和积分声级计（噪声暴露计或噪声剂量计）。按准确度可分为四种类型,即0型、1型、2型和3型。0型声级计的准确度是±0.4分贝，是实验室标准声级计；1型声级计的准确度是±0.7分贝,一般在实验室或声学条件可以严格控制的现场使用；2型声级计的准确度是±1分贝，适用于一般现场噪声测量；3型声级计的准确度是±1.5分贝，一般用于现场噪声的普查。

声级计一般都具有A、B、C的频率计权特性和“S”(慢)、“F”（快）的时间特性。有的声级计还有“I”（脉冲）的时间特性。有的还有D频率计权特性,它是为了测量飞机噪声而设置的,测的声级称为D声级A、B、C、D的频率计权特性是模拟人的听觉特性,并已标准化（图1）。　声级计由传声器、电压放大器（或衰减器）、频率计权网络（或滤波器）、有效值检波器和指示器等组成(图2)。传声器是一种换能器，它把所测的噪声信号变成电信号。电压放大器或衰减器对由传声器传来的电信号进行适当的放大或衰减，信号经过频率计权网络（或滤波器）和有效值检波器进入指示器显示出数据。声级计给出的数据就是所测的噪声在一定条件下的声级值。　传声器是直接影响声级计测量准确程度的关键部件。对传声器的性能要求是:①频率响应特性平直;②灵敏度高而且稳定；③受外界环境（温度、湿度、电磁场、振动）的影响小；④无指向性；⑤线性动态范围大；⑥噪声低。常用的传声器有电容传声器、驻极体电容传声器和压电晶体（陶瓷）传声器。

传声器把声压变成电压，电压一般都很微弱，电压放大器把微弱的电信号放大，以满足指示器的需要。对于电压放大器的要求是：①增益足够大而且稳定；②频率响应特性平直；③有足够的线性动态范围；④耗电小。由于声级计不仅要测量微弱的信号，还要测量较强的噪声，所以声级计又须设置衰减器。衰减器和放大器一般是分成两个或三个部分以利于提高信噪比。

计权网络是由电阻和电容组成、具有特定频响特性的滤波器。由于在噪声测量评价中广泛应用 A计权声级,因此各种类型的声级计至少应具有A特性的计权网络。用A计权网络测得的声级称为A计权声级或A声级(LA)，单位是分贝。B计权网络已经很少使用，C声级(LC)的值只供参考用。把LA和LC的值加以比较,可粗略判断噪声频谱特性。如LC≈LA时为高频噪声；LC>LA时为低频噪声。

有效值检波器是声级计的一个重要组成部分。在声级测量中，用得最多的是有效值（均方根值），一般声级计都设有效值检波电路。表示信号大小的参数除了有效值外，还有峰值（分为正峰值、负峰值、最大峰值），所以有的声级计除了设有效值指示外，还设有峰值指示。

声级计的指示方式大部分采用电表指示。测量有效值时的平均时间有3种：①“F”（快）──电表电路的时间常数约为125ms；②“S”（慢）──电表电路的时间常数约为1s;③“I”（脉冲）──电表电路的时间常数是35ms。具有“I”时间计权特性的声级计,可用来测量脉冲噪声。

近些年来有些声级计采用数字显示,还可通过BCD码输出使它能同其他分析处理仪器和电子计算机配合使用。

对于声级随时间变化的非稳定噪声，须测量其等效连续声级Leq和噪声剂量,为此设计了积分声级计。积分声级计可以预置时间T，使仪器在测量时间内给出Leq值或噪声剂量。噪声剂量或噪声暴露量E由下式表示:式中T为测量时间，单位为小时(h)；p为A计权声压，单位为帕(Pa)。噪声暴露量的单位是二次方帕小时(Pa2·h)。1Pa2·h等于在85dB声级下暴露8h。按以上计算法，声级增加3dB,噪声暴露量增加一倍。但有的国家（如日本和美国）采用声级增加5dB,噪声暴露量增加一倍的计算法。某一时间T内的等效连续噪声级Leq和噪声暴露量之间的关系如下式：式中T为积分时间；p0为基准声压。噪声暴露量或噪声剂量可用百分数来表示。例如以 1Pa2·h作为100%，则0.5Pa2·h的噪声剂量为50%,2Pa2·h为200%,依此类推。

为了保证测量准确度，声级计在使用前后必须校准。常用的声学校准器有活塞发声器和声级校准器等。活塞发声器的工作频率是 250Hz。声级校准器是用小型扬声器作为声源，其工作频率是1000Hz。它们产生的声压级是稳定的。

频谱分析器

一般是由带通滤波器和声级计组成。滤波器的通带宽度决定频谱分析器的类型。常用的频谱分析计有倍频带分析器、窄带分析器和恒定带宽分析器。

倍频带分析器是工程上常用的一种分析器，一个倍频带的上限截止频率是其下限截止频率的两倍。每个倍频带的中心频率是下限截止频率的匇倍。倍频带分析器的各频带的常用中心频率为 31.5、63、125、250、500、1000、2000、4000、8000Hz等。

如果对噪声进行更详细的频谱分析，就要用窄带分析器，如1/3倍频带分析器是常用的分析器。1/3倍频带分析器各频带的上限截止频率与下限截止频率的比值为匎。1/10倍频带分析器的这个比值则为匌。

恒定带宽分析器的带宽是固定的，与频带的中心频率无关。例如分析器的带宽是20Hz、中心频率是 110Hz，则该滤波器的下限截止频率是100Hz，上限截止频率是120Hz；如中心频率为 5000Hz，则其下限截止频率即为4990Hz，上限截止频率是5010Hz。恒定带宽分析器在噪声测量分析中用得较少，在振动测量中用得较多。倍频带滤波器和 1/3倍频带滤波器的中心频率和上、下限截止频率如表所示。　在噪声测量中，可利用磁带记录器把现场噪声记录下来，带回实验室分析。这种记录和重放噪声的记录机器，和家庭用的录音机不同，应具有频率响应特性平直、线性动态范围宽(噪声低)以及驱动速度稳定等特性。声级自动记录器在噪声测量中也得到广泛的应用。它常与声级计或频谱分析器联合使用。

随着仪器制造技术的发展，实时分析仪、快速傅里叶变换处理机、相关器、电子计算机以及微处理机等在噪声测量分析中得到广泛的应用，从而显著地提高了测量分析的速度和准确度。

参考书目

C.M.Harris,Handbook of Noise Control, McGraw-HillInc.,New York,1979.

J.D.Irwin & E.R.Graf,Industrial Noise and　Vibration Control, Prentice-Hall Inc., New Jersey,1979.

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