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聲級計的時間計權特性
摘 要 時間計權特性是檢驗聲級計性能的一項重要技術指標,為使廣大檢測人員了解聲級計的時間計權特性,本文著重介紹時間計權的概念、測量方法及猝發音響應的理論計算。
0 引言
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,國際電工委員會(IEC)于1961年就發表了IEC 1235聲級計6國際標準,1965年修訂為IEC 179,1973年修訂為IEC179A,1979年修訂為IEC 651,1985年又發表了IEC 8045積分平均聲級計6國際標準。國際法制計量組織(OIML)依據IEC 651、IEC 804標準于1998年分別制定了OIML R585聲級計6和OIML R885積分平均聲級計6國際建議。隨著科學技術的發展及計算機技術的廣泛應用,聲級計在功能、性能和操作方式上已發生了重大變化,一些指針式模擬聲級計在國際上已退出歷史舞臺,各種全新的智能化的數字式聲級計或數字顯示聲級計替代了以往一些傳統的聲級計。為此,IEC和OIML共同制訂了IEC61672-1:20025聲級計-第1部分:技術要求6,并同時替代IEC 651、IEC 804國際標準。依據IEC61672-1:2002國際標準,我國完成了對聲級計檢定規程的修訂,正式出版了JJG188-20025聲級計6檢定規程。時間計權特性是檢驗聲級計性能的一項重要技術指標,在新修訂的標準和規程中,對聲級計的時間計權特性提出了更高和更新的技術要求。人們在使用聲級計進行聲學測量時,經常會用到快(F)檔和慢(S)檔,但對其含義認識不一,為使廣大檢測人員了解聲級計的時間計權特性,本文著重介紹時間計權的概念、測量方法和猝發音響應的理論計算。
1 時間計權的基本概念
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LAS(t)用式(1)表示。
提交
式中聲級計:S為時間計權F或S的指數時間常數(s);N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(N)為在時間變量為N時的A計權瞬時聲壓;p0為基準聲壓。
式(1)的過程也可用圖1進行表達。
提交
2 時間計權的測量
由式(1)可以看出,對數自變量分子是在觀察時間t上的指數時間計權、方均根平方的頻率計權聲壓,因此時間計權均采用猝發音信號進行測試,只要規定了猝發音信號的持續時間就能得到相應的猝發音響應理論值。
IEC 61672-1:2002國際標準和JJG188-2002聲級計6檢定規程對聲級計猝發音響應采用4kHz的電猝發音信號進行測試。參考猝發音響應及在相應猝發音持續時間上的允差,在加上測量所引起的擴展不確定度后應符合表1的規定。
提交
2.1測量時間計權聲級的猝發音響應.
對具有測量時間計權聲級的聲級計,猝發音響應測試采用4kHz正弦電信號首先在參考級量程上進行。先施加一個穩態連續信號給聲級計,聲級計置于A計權和F時間計權上,調節輸入信號至線性工作范圍規定的上限以下3dB處,并記錄F時間計權聲級的指示,如聲級計提供S時間計權,則重復這個過程去得到相同的指示。
從4kHz連續信號中提取猝發音,按表1所需猝發音的持續時間進行測試,并記錄每個猝發音響應的最大聲級指示。如有可能,應使用聲級計的最大聲級保持功能。
猝發音信號的最大F和最大S指示聲級減去相應連續信號的F和S時間計權的指示聲級即為猝發音響應。相應猝發音響應的差值應在表1規定的允差范圍內,實際的測量擴展不確定度不應超過0.3dB。
2.2測量聲暴露級或時間平均聲級的猝發音響應
對具有測量聲暴露級或時間平均聲級的聲級計,測試方法同211,但需規定具體的積分時間。測試聲暴露級的積分時間或測試時間平均聲級的平均時間應大于猝發音的持續時間,建議積分時間為10s。
3 猝發音響應的理論計算
對具備F和S時間計權聲級的聲級計,參考4 kHz猝發音響應的最大時間計權聲級Dref用式(2)近似確定。
提交
式中:Tb為規定的猝發音持續時間(s);S為規定的指數時間常數,F為01125s、S為1s。
若猝發音持續時間為200ms;時間計權F,則猝發音響應Dref為:
提交
若猝發音持續時間200ms;時間計權S,則猝發音響應Dref為:
提交
對積分聲級計和積分平均聲級計,參考4kHz猝發音響應的頻率計權聲暴露級Dref用式(3)近似確定。
δref=10lg(Tb/T0) (3)
式中:Tb為規定的猝發音持續時間(s);T0=1s,為聲暴露的參考持續時間。
若猝發音持續時間200ms;時間計權F,則猝發音響應Dref為:
δref=10lg(012/1)=-6199= -710(dB)
從以上理論計算可以直觀地看到,表1中的參考猝發音響應可以從式(2)、(3)求得。同樣,對表1中的兩個連續猝發音持續時間之間的任一個猝發音持時間,參考猝發音響應也可通過式(2)、(3)進行計算,而其允差可由相鄰兩個允差中較大的一個給予確定。
4結束語
通過以上對聲級計的時間計權概念、測量方法和猝發音響應理論值計算的介紹,希望廣大檢測人員能進一步理解什么是聲級計的時間計權特性,更熟練地掌握聲級計猝發音響應的檢測,以保證聲壓級量值的測量準確可靠。
摘 要 時間計權特性是檢驗聲級計性能的一項重要技術指標,為使廣大檢測人員了解聲級計的時間計權特性,本文著重介紹時間計權的概念、測量方法及猝發音響應的理論計算。
0 引言
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,國際電工委員會(IEC)于1961年就發表了IEC 1235聲級計6國際標準,1965年修訂為IEC 179,1973年修訂為IEC179A,1979年修訂為IEC 651,1985年又發表了IEC 8045積分平均聲級計6國際標準。國際法制計量組織(OIML)依據IEC 651、IEC 804標準于1998年分別制定了OIML R585聲級計6和OIML R885積分平均聲級計6國際建議。隨著科學技術的發展及計算機技術的廣泛應用,聲級計在功能、性能和操作方式上已發生了重大變化,一些指針式模擬聲級計在國際上已退出歷史舞臺,各種全新的智能化的數字式聲級計或數字顯示聲級計替代了以往一些傳統的聲級計。為此,IEC和OIML共同制訂了IEC61672-1:20025聲級計-第1部分:技術要求6,并同時替代IEC 651、IEC 804國際標準。依據IEC61672-1:2002國際標準,我國完成了對聲級計檢定規程的修訂,正式出版了JJG188-20025聲級計6檢定規程。時間計權特性是檢驗聲級計性能的一項重要技術指標,在新修訂的標準和規程中,對聲級計的時間計權特性提出了更高和更新的技術要求。人們在使用聲級計進行聲學測量時,經常會用到快(F)檔和慢(S)檔,但對其含義認識不一,為使廣大檢測人員了解聲級計的時間計權特性,本文著重介紹時間計權的概念、測量方法和猝發音響應的理論計算。
1 時間計權的基本概念
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LAS(t)用式(1)表示。
提交
式中聲級計:S為時間計權F或S的指數時間常數(s);N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(N)為在時間變量為N時的A計權瞬時聲壓;p0為基準聲壓。
式(1)的過程也可用圖1進行表達。
提交
2 時間計權的測量
由式(1)可以看出,對數自變量分子是在觀察時間t上的指數時間計權、方均根平方的頻率計權聲壓,因此時間計權均采用猝發音信號進行測試,只要規定了猝發音信號的持續時間就能得到相應的猝發音響應理論值。
IEC 61672-1:2002國際標準和JJG188-2002聲級計6檢定規程對聲級計猝發音響應采用4kHz的電猝發音信號進行測試。參考猝發音響應及在相應猝發音持續時間上的允差,在加上測量所引起的擴展不確定度后應符合表1的規定。
提交
2.1測量時間計權聲級的猝發音響應.
對具有測量時間計權聲級的聲級計,猝發音響應測試采用4kHz正弦電信號首先在參考級量程上進行。先施加一個穩態連續信號給聲級計,聲級計置于A計權和F時間計權上,調節輸入信號至線性工作范圍規定的上限以下3dB處,并記錄F時間計權聲級的指示,如聲級計提供S時間計權,則重復這個過程去得到相同的指示。
從4kHz連續信號中提取猝發音,按表1所需猝發音的持續時間進行測試,并記錄每個猝發音響應的最大聲級指示。如有可能,應使用聲級計的最大聲級保持功能。
猝發音信號的最大F和最大S指示聲級減去相應連續信號的F和S時間計權的指示聲級即為猝發音響應。相應猝發音響應的差值應在表1規定的允差范圍內,實際的測量擴展不確定度不應超過0.3dB。
2.2測量聲暴露級或時間平均聲級的猝發音響應
對具有測量聲暴露級或時間平均聲級的聲級計,測試方法同211,但需規定具體的積分時間。測試聲暴露級的積分時間或測試時間平均聲級的平均時間應大于猝發音的持續時間,建議積分時間為10s。
3 猝發音響應的理論計算
對具備F和S時間計權聲級的聲級計,參考4 kHz猝發音響應的最大時間計權聲級Dref用式(2)近似確定。
提交
式中:Tb為規定的猝發音持續時間(s);S為規定的指數時間常數,F為01125s、S為1s。
若猝發音持續時間為200ms;時間計權F,則猝發音響應Dref為:
提交
若猝發音持續時間200ms;時間計權S,則猝發音響應Dref為:
提交
對積分聲級計和積分平均聲級計,參考4kHz猝發音響應的頻率計權聲暴露級Dref用式(3)近似確定。
δref=10lg(Tb/T0) (3)
式中:Tb為規定的猝發音持續時間(s);T0=1s,為聲暴露的參考持續時間。
若猝發音持續時間200ms;時間計權F,則猝發音響應Dref為:
δref=10lg(012/1)=-6199= -710(dB)
從以上理論計算可以直觀地看到,表1中的參考猝發音響應可以從式(2)、(3)求得。同樣,對表1中的兩個連續猝發音持續時間之間的任一個猝發音持時間,參考猝發音響應也可通過式(2)、(3)進行計算,而其允差可由相鄰兩個允差中較大的一個給予確定。
4結束語
通過以上對聲級計的時間計權概念、測量方法和猝發音響應理論值計算的介紹,希望廣大檢測人員能進一步理解什么是聲級計的時間計權特性,更熟練地掌握聲級計猝發音響應的檢測,以保證聲壓級量值的測量準確可靠。
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