声级计测出的数据是以时间为自变量的吗

声级计的时间计权特性
摘 要 时间计权特性是检验声级计性能的一项重要技术指标,为使广大检测人员了解声级计的时间计权特性,本文着重介绍时间计权的概念、测量方法及猝发音响应的理论计算。

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,国际电工委员会(IEC)于1961年就发表了IEC 1235声级计6国际标准,1965年修订为IEC 179,1973年修订为IEC179A,1979年修订为IEC 651,1985年又发表了IEC 8045积分平均声级计6国际标准。国际法制计量组织(OIML)依据IEC 651、IEC 804标准于1998年分别制定了OIML R585声级计6和OIML R885积分平均声级计6国际建议。随着科学技术的发展及计算机技术的广泛应用,声级计在功能、性能和操作方式上已发生了重大变化,一些指针式模拟声级计在国际上已退出历史舞台,各种全新的智能化的数字式声级计或数字显示声级计替代了以往一些传统的声级计。为此,IEC和OIML共同制订了IEC61672-1:20025声级计-第1部分:技术要求6,并同时替代IEC 651、IEC 804国际标准。依据IEC61672-1:2002国际标准,我国完成了对声级计检定规程的修订,正式出版了JJG188-20025声级计6检定规程。时间计权特性是检验声级计性能的一项重要技术指标,在新修订的标准和规程中,对声级计的时间计权特性提出了更高和更新的技术要求。人们在使用声级计进行声学测量时,经常会用到快(F)档和慢(S)档,但对其含义认识不一,为使广大检测人员了解声级计的时间计权特性,本文着重介绍时间计权的概念、测量方法和猝发音响应的理论计算。

1 时间计权的基本概念

时间计权的基本定义是规定时间常数的时间指数函数,该函数是对瞬时声压的平方进行计权。对声级计而言,规定时间常数为快(F)档125ms和慢(S)档1s,由于通过声级计测量到的值是以分贝为单位表示的声级,通常称为时间计权声级,它是已知方均根声压与基准声压之比的以10为底的对数乘以20,方均根声压由标准频率计权和标准时间计权得到的。对于任何瞬时时间上的A计权和时间计权声级LAS(t)用式(1)表示。

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式中声级计:S为时间计权F或S的指数时间常数(s);N为从过去的某时刻,例如积分下限-],到观测的时刻t的时间积分的变量;pA(N)为在时间变量为N时的A计权瞬时声压;p0为基准声压。

式(1)的过程也可用图1进行表达。

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2 时间计权的测量

由式(1)可以看出,对数自变量分子是在观察时间t上的指数时间计权、方均根平方的频率计权声压,因此时间计权均采用猝发音信号进行测试,只要规定了猝发音信号的持续时间就能得到相应的猝发音响应理论值。

IEC 61672-1:2002国际标准和JJG188-2002声级计6检定规程对声级计猝发音响应采用4kHz的电猝发音信号进行测试。参考猝发音响应及在相应猝发音持续时间上的允差,在加上测量所引起的扩展不确定度后应符合表1的规定。

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2.1测量时间计权声级的猝发音响应.

对具有测量时间计权声级的声级计,猝发音响应测试采用4kHz正弦电信号首先在参考级量程上进行。先施加一个稳态连续信号给声级计,声级计置于A计权和F时间计权上,调节输入信号至线性工作范围规定的上限以下3dB处,并记录F时间计权声级的指示,如声级计提供S时间计权,则重复这个过程去得到相同的指示。

从4kHz连续信号中提取猝发音,按表1所需猝发音的持续时间进行测试,并记录每个猝发音响应的最大声级指示。如有可能,应使用声级计的最大声级保持功能。

猝发音信号的最大F和最大S指示声级减去相应连续信号的F和S时间计权的指示声级即为猝发音响应。相应猝发音响应的差值应在表1规定的允差范围内,实际的测量扩展不确定度不应超过0.3dB。

2.2测量声暴露级或时间平均声级的猝发音响应

对具有测量声暴露级或时间平均声级的声级计,测试方法同211,但需规定具体的积分时间。测试声暴露级的积分时间或测试时间平均声级的平均时间应大于猝发音的持续时间,建议积分时间为10s。

3 猝发音响应的理论计算

对具备F和S时间计权声级的声级计,参考4 kHz猝发音响应的最大时间计权声级Dref用式(2)近似确定。

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式中:Tb为规定的猝发音持续时间(s);S为规定的指数时间常数,F为01125s、S为1s。

若猝发音持续时间为200ms;时间计权F,则猝发音响应Dref为:

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若猝发音持续时间200ms;时间计权S,则猝发音响应Dref为:

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对积分声级计和积分平均声级计,参考4kHz猝发音响应的频率计权声暴露级Dref用式(3)近似确定。

δref=10lg(Tb/T0) (3)

式中:Tb为规定的猝发音持续时间(s);T0=1s,为声暴露的参考持续时间。

若猝发音持续时间200ms;时间计权F,则猝发音响应Dref为:

δref=10lg(012/1)=-6199= -710(dB)

从以上理论计算可以直观地看到,表1中的参考猝发音响应可以从式(2)、(3)求得。同样,对表1中的两个连续猝发音持续时间之间的任一个猝发音持时间,参考猝发音响应也可通过式(2)、(3)进行计算,而其允差可由相邻两个允差中较大的一个给予确定。

4结束语

通过以上对声级计的时间计权概念、测量方法和猝发音响应理论值计算的介绍,希望广大检测人员能进一步理解什么是声级计的时间计权特性,更熟练地掌握声级计猝发音响应的检测,以保证声压级量值的测量准确可靠。