声级计的选择及应用

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。
　　.自动测量功能：瞬时声级Lp、等效连续声级Leq、声暴露级Lae、   统计声级LN(L5、L10、L50、L90、L95)、标准偏差SD、最大声级Lmax、最小声级Lmin等
　　.显示器：大屏幕液晶显示具有模拟表针、背光源显示等功能。
　　.输出接口：交流输出、直流输出、RS-232C串行接口。
　　.电源：5节LR6(5号) 高能碱性电池，并设有外接电源插入插孔。
　　.质量：480g

（2）主要功能
.内有日历时钟，关机后还可长期准确运行，不用每次开机重新设定。
.测量方式2种：
①单组测量
可测量某组或某个网格点的Lp、Leq、、LN(L5、L10、L50、L90、L95)、SD、Lmax、Lmin等。
②24h整时自动测量
可测量某个点24小时的Lp、Leq、、LN(L5、L10、L50、L90、L95)、SD、Lmax、Ld、Ln、Ldn、Lmin等，每小时测量多少时间可根据用户从10s～1h任意设定。
.RS-232C接口外接HS4784微型打印机或微机实现测量数据自动打印。
.数据可任意调阅。
.有Batt欠压指示。
.有过载指示和欠量程指示。
.有模拟表头显示功能，每0.5s显示1次瞬时值。
.可人工设定网格点号。

(3)结构特征

仪器采用塑压成形的上下机壳，内侧喷涂导电漆形成屏蔽层，具有良好的抗电磁干扰性。外形为尖头，可减少声反射。主机重量轻、体积小，可手持操作。打开背面电池盖，能方便装取电池。

3．脉冲式声级计
生活中，常会遇到不连续的噪声，也就是脉冲声或冲击声，如打字机噪声、冲压床的噪声、枪炮等等。这种噪声持续时间很短，重复出现时间可能很长，甚至在一段时间内只出现一次。用一般的声级计来测量，就会有很大的误差，就应当使用脉冲声级计。我公司的HS5660A型和HS5670型声级计就能对脉冲声进行测量。
脉冲声级计不仅具有一般声级计的全部功能，同时还有一些特殊的性能，通过电容不同时候的脉动特性来测量出被测信号的有效值，而且具有较高的峰值因数容量，因此能响应持续时间很短及重复比很低的脉冲声。该仪器还具有“脉冲”和“峰值保持”功能，能将结果在电表上保持住，以便观察。所以在许多场合可以用来参考测量。
四．影响声级计选择的因素

声级计主要是用来测量噪声的，而噪声测量的分类主要有以下几种：
1.从测量对象来分，可分为环境噪声( 声场)的特征测量和声源特征的测量。
2.从声源或声场的时间特性来分，可分为稳态噪声测量和非稳态噪声测量。非稳态噪声又可分为周期性变化噪声、无规则变化噪声和脉冲声等。
3.从声源或声场的频率特性来分，可分为宽带噪声、窄带噪声和含有突出纯音成分的噪音。
4.从测量要求的精度来分，可分为精密测量、工程测量和噪声普查等。
当然，各种噪声类别是互相联系的，在一个类别里还包含着其他类别的内容。声级计的选用应当满足噪声测量目的、待测噪声特性、测量环境、测量对象等要求。为帮助用户正确选用声级计，表1列出了各种声级计对噪声测量诸因素的适应情况，以供参考。

表1 影响声级计选择的因素 ＋表示适用 ○表示可选用 空白表示不适用

五．几种噪声测量对声级计的选用
　　为了统一起见，国际上及国内都制定了一些噪声测量的标准，这些标准中不仅规定了噪声测量的方法，也规定了需要使用声级计的技术要求，我们可根据这些标准以便更好的来选择合适的声级计。
1.声学—环境噪声测量
测量方法可按照GB3222-94《声学环境噪声测量方法》
要求测量值有LA、LAeq、LN（L5，L10，L50，L90，L95）、Ld、Ln ，对仪器精度要求为2型以上积分声级计及环境噪声自动监测仪器，性能符合GB3785《声级计电、声性能及测量方法》的规定。如HS6288B/D/E型噪声频谱分析仪，HS5670B型积分声级计等。

2.城市环境噪声测量
　　测量方法可按照GB/T14623-93《城市区域环境噪声测量方法》
　　要求测量值有LA、LAeq、LN（L10，L50，L90）、Ld、Ln，对仪器精度要求为2型以上积分声级计及环境噪声自动监测仪器，性能符合GB3785《声级计电、声性能及测量方法》的规定。如HS5618型积分声级计，HS6288B/D/E型分析仪，HS5670型积分声级计等。
3.工业企业噪声测量
　　测量方法可按照GB12349-90《工业企业厂界噪声测量方法》
　　要求测量值有LA、LAeq，对仪器精度要求为2型以上声级计及环境噪声自动监测仪器，性能符合GB3785《声级计电、声性能及测量方法》的规定。如HS5618型积分声级计，HS6288B/D/E型系列分析仪，HS5670型精密脉冲声级计，HS5670B型积分声级计等。
4.建筑施工场地噪声测量
　　测量方法可按照GB12524-90《建筑施工场界噪声测量方法》
　　要求测量值有LAeq，对仪器精度要求为2型以上积分声级计及环境噪声自动监测仪器（动态范围不小于50dB），性能符合GB3785《声级计电、声性能及测量方法》的规定。如HS5618型积分声级计，HS6288B/D/E型系列分析仪，HS5670型精密脉冲声级计，HS5670B型积分声级计等。
5.机动车辆定置噪声测量
　　测量方法可按照GB/T14365-93《声学 机动车辆定置噪声测量方法》
　　要求测量值有A计权“快”特性声压级Lp，对仪器精度要求1型或2型声级计，性能符合GB3785《声级计电、声性能及测量方法》的规定。如HS5920系列数字声级计，HS5633系列数字声级计，ND10型声级计，HS5618型积分声级计，HS6288B/D/E型系列分析仪，HS5660A/B/C型精密脉冲声级计，HS5670系列积分声级计等。
6.铁路机车车辆辐射噪声测量
　　测量方法可按照GB/T5111-95《声学 铁路机车车辆辐射噪声测量》
　　要求测量值有LPAF、还可进行频谱分析测量，对仪器精度要求为2型以上积分声级计及环境噪声自动监测仪器，性能符合   GB3785《声级计电、声性能及测量方法》的规定。如HS6288B/D/E系列分析仪，HS5670型精密脉冲声级计，HS5670B型积分声级计等。
7.内河航道及船舶噪声测量
　　测量方法可按照GB/T4964-85《内河航道及港口内船舶辐射噪声的测量》
　　要求测量值有A计权“快”特性声压级Lp，A计权“脉冲”声压级Lp, 对仪器精度要求1型或2型声级计，性能符合GB3785《声级计电、声性能及测量方法》的规定。如HS5660A/B/C型精密脉冲声级计，HS5670精密脉冲积分声级计等
8.飞机噪声测量
　　测量方法可按照GB9661-88《机场周围飞机噪声测量方法》
　　要求测量值有A计权“快”特性声压级Lp，飞机噪声有效感觉噪声级Lepn,对仪器精度要求2型以上声级计及环境噪声自动监测仪器，性能符合GB3785《声级计电、声性能及测量方法》的规定。如HS5670B型积分声级计等。
9．噪声源声功率级测量
　　测量方法可按照GB/T16538-96《声学 声压法测定噪声源声功率级使用标准声源简易法》
　　测试仪器使用GB3785中规定的2型或2型以上的声级，用慢挡测量，声级计与传声器之间最好使用延伸电缆或延伸杆。如HS5633型数字声级计，ND10型声级计，HS5618型积分声级计，HS6288B/D/E型系列分析仪，HS5660A/B/C型精密脉冲声级计，HS5670系列积分声级计，还可使用多路噪声自动测试系统等。
10.环境振动测量
　　测量方法可按GB10071-88《城市区域环境振动测量方法》
　　要求测量VAL、VL、VLZ、VLZN。测量仪器应符合ISO/DP8041-84中规定的用于测量环境振动的仪器，如HS5933A型环境振动分析仪。

六．声级计的一般使用方法
　　声级计使用正确与否，直接影响到测量结果的准确性。因此，有必要介绍一下声级计的使用。
1.注意事项
　　.使用前应先阅读说明书，了解仪器的使用方法与注意事项。
　　.安装电池或外接电源注意极性，切勿反接。长期不用应取下电池，以免漏液损坏仪器。
　　.传声器切勿拆卸，防止掷摔，不用时放置妥当。
　　.仪器应避免放置于高温、潮湿、有污水、灰尘及含盐酸、碱成分高的空气或化学气体的地方。
.勿擅自拆卸仪器。如仪器不正常，可送修理单位或厂方检修。
2. 灵敏度的校准
　　为保证测量的准确性，使用前及使用后要进行校准。如我公司                的HS6020、HS6028声级校准器均符合GB/T15173标准，主要用于传声器、声级计和其它声学测量仪器的绝对声压校准。声压压缩型，稳定性好。电池工作，操作方便。
　　将声级校准器配合在传声器上，开启校准电源，读取数值，调节声级计灵敏度电位器，完成校准。
3．测量方法
　　测量时，仪器应根据情况选择好正确档位，两手平握声级计两侧，传声器指向被测声源，也可使用延伸电缆和延伸杆，减少声级计外型及人体对测量的影响。传声器的位置应根据有关规定确定。

七．声级计常用故障的分析和修复
1.显示器无显示
(1)  内部电池连线断开或电池接触不好：焊好连线，更换电池接触片。
(2)  电池损坏：更换电池。
2．测量读数明显偏低或校准时校不到94.0dB
(1)  传声器灵敏度太低或损坏：更换传声器并重新校准。
(2)  前置放大器的接点与传声器接触不好：清洗接点
(3)  前置放大器的插头与主机插座接触不好：更换插头插座。
 3．低声级测量时读数偏高
　　前置放大器的地线接触不良：旋紧外套筒。

八．结束语
　　以上只是简单的介绍了声级计的选择及应用，可能不尽详细。在实际应用中可能会碰到还未介绍过的情况，但这不要紧，作为专业研制生产环境噪声（振动）测试仪已达数十年的厂家，企业技术力量雄厚，一定可以为您提供理想的测试仪器、测试方法及测试方案，敬请联系。