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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声级计框图

下图 8-1 显示了声级计的电路框图。请特别注意框图中交流输出(AC out)和直流输出(DC out)的相对位置。理解这两个输出之间的区别对于理解和有效使用声级计至关重要。

  • 图 8-1声级计框图

8-2传声器和前置放大器

高端立体声系统能够忠实地还原从轻柔到响亮、从深沉到高亢的原始声音。为了忠实还原原始声音,必须精确地拾取原始声音;否则,还原的声音就会与原始声音有所偏差。传声器能够精确地捕捉声音并将其转换为电信号,而前置放大器则将拾取的微弱电信号放大到一定程度并进行阻抗转换。

声音是一种波动现象,它通过交替变化的空气密度(高低不等)进行传播。声级计的传声器和前置放大器是传感器,它们将这种空气密度(瞬时声压)转换为电信号,因此需要具备高灵敏度和良好的频率响应特性。

【参考】

  • 图 8-2 电容式传声器的结构

传声器主要分为三种类型:电容式、动圈式和陶瓷式。声级计通常使用电容式麦克风,因为它们可以制成小直径形状,这有利于声学性能,并且在宽频率范围内具有平坦的频率响应,而且比其他类型的麦克风更稳定。电容式麦克风的结构如上图所示。电容式麦克风又分为两种类型:偏置式和背极式。主要区别在于,偏置式麦克风是通过在振膜上施加直流电压,而背极式麦克风则使用永久极化的聚合物薄膜代替电压。一般来说,偏置式麦克风具有更高的灵敏度。此外,自噪声和温度稳定性也是声级计所用传声器的重要考量因素。

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。

现代声级计配备有A计权、C计权和Z计权(或称平坦计权),其中Z计权可提供更平坦的频率响应。A计权通常用于测量噪声级。由于波动噪声无法通过单次测量精确测量,因此通常使用等效声级LAeq(通过长期能量平均值计算)或时域声级LX(根据累积频率分布计算)。C计权具有相对平坦的频率响应,常用于记录声级计的交流输出或测量冲击声(冲击声的频率范围更宽)。Z计权(或称平坦计权)提供的频率响应比C计权更加平坦,因此声级计可利用声级计交流输出作为通用声学传感器,并可用作传声器和放大器,且具有可靠的频率响应。

  • 图8-3频率加权特性(A、C、Z)

【补充】-关于Z和FLAT属性

传统声级计将所谓的“平坦”频率响应(不进行频率计权)定义为“平坦特性”。然而,具体的规格参数,例如频率范围,由制造商自行决定,因此市售声级计的平坦特性实际上并不统一。为此,新标准定义了一种新的“Z特性”,并将其频率范围限定为“10 Hz 至 20 kHz 平坦”。但是,考虑到公差和其他因素,在实际应用中,或许可以像以前一样,将平坦特性和Z特性视为等效。

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)