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什么是技术报告声级计(声级计)5

8. 声级计的结构

8-1 声级计的框图

下图 8-1 是声级计的电气电路结构框图。框图中,特别注意 AC 输出(AC out)和 DC 输出(DC out)的相对位置。在理解和使用声级计的过程中,关注这两个输出的区别是非常重要的。

  • 图 8-1 声级计块状图

8-2 传声器与前置放大器

高级立体声能够忠实地再现从小音到大音、从重低音到高音域的原音。为了忠实再现原音,必须准确捕捉到原始声音,否则再现的声音将与原声不同。准确捕捉到这个声音并将其转换为电信号的就是传声器,而将拾取到的微小电信号放大到一定水平并进行阻抗转换的就是前置放大器。

音是空气密度的疏密交替传播的波动现象,而声级计的传声器和前置放大器作为将这种空气密度的疏密(瞬时音压)转换为电信号的传感器,需要具备良好的灵敏度和频率特性。

【参考】

  • 图 8-2 电容式传声器的结构

传声器的类型大致分为三种:电容型、动圈型和陶瓷型。声级计采用电容型,原因在于其能够制作成声学上有利的小直径形状,并且在宽频带内具有平坦的频率特性,相比其他形式具有更高的稳定性。电容型的结构如上图所示。此外,电容型还有偏置型和背电极型两种,其主要区别在于是否在振动膜上施加直流电压,或者使用永久电极极化的高分子薄膜来代替施加电压。一般来说,偏置型具有更高的灵敏度。此外,用于声级计的传声器,自身噪声和温度稳定性也是重要因素。

8-3 关于频率加权特性Z (FLAT)、A和C

噪声测量需要在可听频率范围内测量绝对声压级,但耳朵的灵敏度因频率而异,仅测量有效声压值不能表示听觉声音的大小。

第6章第4节中的等感曲线(等响度曲线,ISO 226)表示在不同频率下听到相同声音的声压级。下图8-3的A特性近似于小音,C特性近似于大音的听感,过去是根据声音的大小分别使用该特性进行测量的。在随后的研究中,尽管该特性代表听觉声音的大小,但是不能说它适合于表示噪声的嘈杂,并且很明显即使对于大声音也最好使用A特征曲线是的。

此外,当前的声级计配备了 A 特性和 C 特性,以及具有更平坦频率特性的 Z(或 FLAT)特性,特别是在噪声水平的测量中,总是使用 A 特性进行测量。同时,由于变化的噪声在一次测量中无法准确测量,因此使用后述的长时间能量平均等效噪声水平 L Aeq,以及从累积频数分布中求得的时间率噪声水平 L X。此外,C 特性具有相对平坦的频率特性,因此在记录声级计的 AC 输出时或测量冲击声(在频率范围内变得更宽)时使用。Z(或 FLAT)特性在比 C 特性更广的频率范围内具有平坦特性,因此可以利用声级计的 AC 输出,作为频率特性得到保证的传声器和放大器,将声级计用作通用的声学传感器。

  • 图8-3频率加权特性(A、C、Z)

【补充】-关于Z和FLAT属性

在传统声级计中,所谓的平坦频率响应(不含频率加权)被称为“FLAT 特性”,但由于具体规格如频率范围由制造商决定,商业声级计的 FLAT 特性并未成为有效的标准化规范。因此,新标准重新定义了“Z 特性”,将频率范围定义为“平坦至 10 Hz 至 20 kHz”。然而,考虑到公差和其他因素,实际上将 FLAT 特性 = Z 特性视为原有的处理似乎是可以接受的。

8-4 关于时间加权特性F (Fast),S (Slow)

时间加权特性是关于指示器 (包括数字显示) 的运动的规定。具体而言,它对应于图8-4有效值检波电路中的平均时间常数。该动态特性 (时间常数) 在JIS C 1509中有详细描述。快速 (F [Fast] —125 ms) 和慢速 (S [Slow] —1 s),快速近似于耳朵的时间响应,慢速用于指示波动的平均噪声水平。噪声测量通常使用快速动力学 (Fast) 。此外,由于Fast无法正确测量冲击音的大小,在这种情况下,备有时间加权特性I (Impulse=35 ms<上升>,1.5 s<下降>),但最近的研究表明,该加权特性I (Impulse) “不太适合评价冲击性的声音”,因此不符合IEC (和JIS) 的标准。相反,我们倾向于采用瞬时声压峰值作为冲击性噪声评估参数。

  • 图8-4小时加权和有效值检波电路

图8-5显示了输入1 kHz音调突发信号(突发持续时间200 ms,重复时间3 s)作为时间常数Fast和Slow时的电平变化。

  • 图8-5时间加权 (Fast和Slow) 的瞬态特性 (纵轴为对数)
  1. 快速动态特性 (Fast) 是近似于人耳的时间响应的值,并且上升/下降时间常数具有125 ms的值。

  2. 慢动态特性 (Slow) 用于指示变动的噪声的平均水平,上升和下降的时间常数具有1s的值。

图8-4中的有效检波等效于将瞬时声压的平方信号通过图8-6所示的1阶RC低通滤波器。上述动态特性 (Fast和Slow) 的时间常数对应于低通滤波器的时间常数 (τ=RC) 。如图8-5所示,当向等效电路输入音调突发信号时,上升和下降响应波形如图8-7所示。如该图所示,当稳定输入正弦波的有效值为e i时,时间常数τ为;

  • 上升时间约为e i的63%

  • 下降时间约为e i的37%

;的双曲余切值。

  • 图8-6有效值检波电路
  • 图8-7向1次低通滤波器输入音爆信号时的响应波形
    (上面的e是纳皮亚数 (自然对数的底数),其中e=2.71828 ・・・)

另外,图8-5的Y轴以dB为单位,因此看上去与图8-7不同,但以同样的线性标度描绘时 (图8-8),我想能够很好地理解快速动特性 (Fast) 与慢速动特性 (Slow) 的响应波形之差。

  • 图8-8时间加权 (Fast和Slow) 的瞬态特性 (纵轴为线性)