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聲級計的時間計權和頻率計權基本概念

時間:2016-11-01 來源:網絡 作者:佚名 收藏到我的收藏夾
簡介:聲級計是聲學測量領域廣泛使用的聲壓級測量儀器,也是主要的強制計量器具之一。時間計權特性和頻率計權特性是檢驗聲級計性能的一項重要技術指標,本文對這兩種計權的基本概念進行簡單的介紹。 時

聲級計是聲學測量領域廣泛使用的聲壓級測量儀器,也是主要的強制計量器具之一。時間計權特性和頻率計權特性是檢驗聲級計性能的一項重要技術指標,本文對這兩種計權的基本概念進行簡單的介紹。

時間計權

時間計權的基本定義是規定時間常數的時間指數函數,該函數是對瞬時聲壓的平方進行計權。對聲級計而言,規定時間常數為快(F)檔125ms和慢(S)檔1s,由于通過聲級計測量到的值是以分貝為單位表示的聲級,通常稱為時間計權聲級,它是已知方均根聲壓與基準聲壓之比的以10為底的對數乘以20,方均根聲壓由標準頻率計權和標準時間計權得到的。對于任何瞬時時間上的A計權和時間計權聲級LAτ(t)用下式表示。


式中:τ為時間計權F或S的指數時間常數(s);ξ為從過去的某時刻,例如積分下限-∞,到觀測的時刻t的時間積分的變量;pA(ξ)為在時間變量為ξ時的A計權瞬時聲壓;p0為基準聲壓。上式的過程也可用圖1進行表達。


圖1 形成指數時間計權聲級的主要步驟

頻率計權

聲級計頻率計權的基本定義是指其恒幅穩態正弦輸入信號級與顯示裝置上指示信號級兩者之間作為頻率函數關系而規定的差值,頻率計權用分貝(dB)表示。聲級計的頻率計權通常有A、B、C、D計權,這是為了模擬人耳聽覺在不同頻率處有不同的靈敏度而在聲級計的電路內設計的不同的計權網絡。通過計權網絡測得的聲壓級叫做計權聲壓級,如A計權聲壓級,也稱A聲級;不通過計權網絡的稱為線性聲壓級,目前用Z計權聲壓級表示。

A、B、C計權分別近似地模擬40方、70方和100方三條等響曲線,由于A計權更能表征人耳的主觀特性,因此在噪聲測量中常用A計權聲級表示噪聲的大小,而C計權聲壓級和Z計權聲壓級往往在噪聲測量中表示為總聲壓級,D計權則專用于飛機噪聲的測量。

聲級計的A、C、Z頻率計權及相應的允差一般用1/3倍頻程的中心頻率以列表的方式給出,詳見表1。

表1 聲級計的頻率計權和允差


由表1可以看出,其給出的頻率權值只適用于倍頻程和1/3倍頻程中心頻率,但對聲級計的型式評價是遠遠不夠的。在對1級、2級聲級計作型式評價時,其頻率在2~8kHz時須按標稱1/6倍頻程間隔測試;對1級聲級計,頻率在8~20kHz時須按標稱1/12倍頻程間隔進行測試,因而有必要掌握頻率計權的理論計算。

在C計權任何頻率(Hz)上的C(f)可用下式計算,修約到0.1dB:


在A計權任何頻率(Hz)上的A(f)可用下式計算,修約到0.1dB:


式中:C1000和A1000是以分貝表示的常數,相當于提供1000Hz是0dB頻率計權的電增益,修正到0.001dB,C1000=-0.062dB,A1000=-2.000dB;f1至f4取近似值,f1=20.6Hz,f2=107.7Hz,f3=737.9Hz,f4=12194Hz。

本文根據中國計量科學研究院陳劍林等撰寫的《聲級計的時間計權特性》和《聲級計的頻率計權特性》兩篇文章綜合而成,兩文均發表于《檢定與校準》。封面圖片來自聲級計供應信息網。

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