声级计的频率计权特性

    0 引言

    声级计是声学测量领域广泛使用的声压级测量仪器,也是主要的强制计量器具之一。我们已介绍了声级计的时间计权特性[1],本文将介绍声级计的另一项重要技术指标,即频率计权特性,以便使广大检测人员更深入地了解声级计频率计权的基本概念、理论计算和在自由声场中采用声信号测量应注意的事项。

    1 频率计权的基本概念

    声级计频率计权的基本定义是指其恒幅稳态正弦输入信号级与显示装置上指示信号级两者之间作为频率函数关系而规定的差值,频率计权用分贝(dB)表示。声级计的频率计权通常有A、B、C、D计权,这是为了模拟人耳听觉在不同频率处有不同的灵敏度而在声级计的电路内设计的不同的计权网络。通过计权网络测得的声压级叫做计权声压级,如A计权声压级,也称A声级;不通过计权网络的称为线性声压级,目前用Z计权声压级表示。A、B、C计权分别近似地模拟40方、70方和100方三条等响曲线,由于A计权更能表征人耳的主观特性,因此在噪声测量中常用A计权声级表示噪声的大小,而C计权声压级和Z计权声压级往往在噪声测量中表示为总声压级,D计权则专用于飞机噪声的测量。

    声级计的A、C、Z频率计权及相应的允差一般用1/3倍频程的中心频率以列表的方式给出,详见表1。

    2 频率计权的理论计算

    由表1可以看出,其给出的频率计权值只适用于倍频程和1/3倍频程中心频率,但对声级计的型式评价是远远不够的。在对1级、2级声级计作型式评价时,其频率在2 ~8kHz时须按标称1/6倍频程间隔测试;对1级声级计,频率在8~20kHz时须按标称1/12倍频程间隔进行测试,因而有必要掌握频率计权的理论计算。

    在C计权任何频率(Hz)上的C(f)可用式(1)计算,修约到011dB:

    在A计权任何频率(Hz)上的A(f)可用式(2)计算,修约到011dB:

    式中:C1000和A1000是以分贝表示的常数,相当于提供在1000Hz时0dB频率计权的电增益,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=12.94Hz。

    以100Hz为例,通过式(1)、(2)就能得到C(100)和A(100)的频率计权值:

    3 在自由声场中采用声信号测量应注意的事项

    声级计频率计权的测量在JJG188-20025声级计6检定规程中已作了较为详细的规定,本文不再进行重复,但在实际操作中,部分检测人员对在自由声场中用声信号测量的理解还不够全面,主要反映在各频率点上如何准确的施加测试声信号。声级计频率计权测量采用的是替代法,由于目前我国还不能得到理想的LS1P和LS2P实验室标准传声器的自由声场灵敏度级,传递的量值只是压力场灵敏度级,因此,在传声器频率范围高端须对自由声场灵敏度级与压力场灵敏度级的差值作修正。表2、表3给出了典型的4180型和4160型实验室标准传声器的声压灵敏度级与声场灵敏度级的差值。