基于LabView的多功能声级计设计

    0 引言

    声级计广泛应用于机械电子产品噪声、环境噪声、交通噪声等的现场测量[1],还可用于听力校准以确定噪声对人耳听觉的危害程度。但普通声级计只能进行各种计权下噪声声压级的测量,并且其噪声的频谱分析、图形显示、数据存储和打印等功能只能通过外接配套设备才能实现,当应用于工业过程监测时,其灵活性明显不足。

    虚拟仪器将传统的由硬件实现的数据分析、处理和显示等功能改为由功能强大的计算机软件来完成,使计算机与相应的I/O接口设备相连以获取信号,然后按照测量原理,采用适当的信号分析与处理技术,编制具有测量功能的程序就可以构成相应的测试仪器[2],降低了仪器的开发和维护费用,缩短了技术更新周期;基于相同的硬件系统,通过编制不同的软件来实现多种测量仪器的功能,显著提高了仪器的柔性和性价比。

    1 常用的噪声评价方法[3]

    1.1 声压p

    声压是有效声压的简称,对一定的时间间隔,瞬时声压的均方根值为有效声压值。

    式中:p(t)为瞬时声压;T为取平均的时间间隔。

    1.2 声压级Lp

    声压级Lp定义为

    式中:Lp为声压级,dB;p0为基准声压,2@10-5Pa;p为有效声压。

    1.3 声级L和A声级LA

    声压级只反映了声音强度对人响度感觉的影响,不能反应声音频率对响度感觉的影响。响度级和响度来反映人们对声音的主观感觉过于复杂,于是又提出了声级,即计权声压级的概念。声级是用一定的计权网络对频率进行计权后得到的声压级为模拟人耳的响度感觉特性,一般设有A、B、C 3种计权网络。对于连续的稳态噪声,A声级能较好地反映人耳的主观感觉。

    1.4 等效连续声级Leq

    对于起伏的或不连续的噪声,需要用等效连续声级来评价噪声对人的影响。等效连续A声级是对在某个规定的时段内的非稳态噪声的A声级,用能量平均的方法,以一个连续不变的A声级来表示该时段内噪声的声级。

    设采样的长度为T,采样间隔为$t,采样点数为n,瞬时A声级为LAi,则等效连续声级的计算式为

    1.5 统计声级LN

    由于环境噪声往往是不规则且大幅波动的,因此需要用统计的方法,即用不同的声级出现的概率或累积概率来表示。统计声级LN表示在测量时间内大于此声级的声级出现的概率为N%。统计声级常用的指标有L10、L50和L90, L10相当于峰值平均噪声级, L50相当于中值噪声级, L90相当于背景噪声。   

    2 虚拟式声级计硬件结构

    声级计采用PC总线-插卡式虚拟声级计模式,其总体结构如图1所示。传声器将被测声源信号转换为电信号,A/D卡将模拟信号转换为数字信号后供计算机进行分析和处理,A/D卡采用的是NI公司的PXI-4472,利用NI公司的LabView软件完成对信号的读取、分析、计算、存储和显示。