首先，我們先從相關(guān)概念學(xué)起。

 

聲音是一種振動波。聲音通過空氣傳播、被我們聽到，本質(zhì)上就是空氣分子的振動傳到了耳朵里，引發(fā)鼓膜的振動。所以，聲音的大小，其實反映的是這種振動的強度。

 

頻率就是物體在一秒鐘之內(nèi)振動的次數(shù)，單位是赫茲，字母Hz。也可以理解為頻率是每秒經(jīng)過一給定點的聲波數(shù)量。其實頻率就是我們認(rèn)為的聲音的音高。頻率在20 Hz~20000 Hz之間的波，才是可以被人耳識別的聲音。高于這個范圍的波稱為超聲波；低于這一范圍的波稱為次聲波。

 

由于空氣振動會引起大氣壓強的變化，所以確切地說，我們應(yīng)該用壓強變化的程度來描述一個聲音的大小，這就是“聲壓”的概念，它的單位是Pa。但從可以聽到的強度最小的聲音，到強度大到能夠引起痛覺的聲音，聲壓強度的絕對值相差一千萬億倍。顯然，用聲強的絕對值表示聲音的大小是不方便的，所以就用到我們后面的聲級。

 

聲級簡單理解就是聲級是聲壓級，即聲壓所處的一個級別，是人們對聲音強弱的主觀感覺相一致的物理量，單位為分貝。按專業(yè)來說聲級是聲音經(jīng)過聲級計中不同而設(shè)計的計權(quán)網(wǎng)絡(luò)（特殊電路）修正過的總聲壓級值。近似于人耳對聲音各頻率成分感覺程度綜合成的總聲壓級數(shù)值。所以聲級一般也叫計權(quán)聲級。

 

分貝為兩個數(shù)值的對數(shù)比率，這兩個數(shù)值分別是測量值和參考值（也稱為基準(zhǔn)值）。“分貝”并不反映聲音的絕對響度，它是以某一個聲音為基準(zhǔn)，描述聲音響度的相對關(guān)系。我們將某一個聲壓值定義為“標(biāo)準(zhǔn)值”（0分貝），這是一個固定的值；任何一個聲音，都和這個標(biāo)準(zhǔn)值相除，取結(jié)果的對數(shù)（以10為底），再乘以20，這樣算出來的就是這個聲音的分貝。

 

從物理定義而言，振幅和頻率上無規(guī)律的震蕩稱之為噪聲。從環(huán)境保護角度而論，凡是人們所不需要的聲音統(tǒng)稱為噪聲。

 

在了解了一些基本概念的情況下讓我們開始學(xué)習(xí)專用的概念吧。
 

 

為了能用儀器直接反映人的主觀響度感覺的評價量，有關(guān)人員在噪聲測量儀器——聲級計中設(shè)計了一種特殊濾波器，叫計權(quán)網(wǎng)絡(luò)。通過計權(quán)網(wǎng)絡(luò)測得的聲壓級，已不再是客觀物理量的聲壓級，而叫計權(quán)聲壓級或計權(quán)聲級，也習(xí)慣簡稱為聲級。

 

聲級計的頻率計權(quán)通常有A、B、C、D計權(quán)，這是為了模擬人耳聽覺在不同頻率處有不同的靈敏度而在聲級計的電路內(nèi)設(shè)計的不同的計權(quán)網(wǎng)絡(luò)。通過計權(quán)網(wǎng)絡(luò)測得的聲壓級叫做計權(quán)聲壓級，如A計權(quán)聲壓級，也稱A聲級；不通過計權(quán)網(wǎng)絡(luò)的稱為線性聲壓級，目前用Z計權(quán)聲壓級表示。

 

A計權(quán)聲級是模擬人耳對55dB以下低強度噪聲的頻率特性；B計權(quán)聲級是模擬55dB到85dB的中等強度噪聲的頻率特性；C計權(quán)聲級是模擬高強度噪聲的頻率特性；D計權(quán)聲級是對噪聲參量的模擬，專用于飛機噪聲的測量。

 

幾乎所有環(huán)境和工作場所噪聲測量都需要A計權(quán)，這在國際和國家標(biāo)準(zhǔn)和指南中都有規(guī)定。A計權(quán)濾波覆蓋了10Hz至20kHz的整個音頻范圍。A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)是使用廣泛的頻率計權(quán)，B、C計權(quán)很少使用。

 

 

在現(xiàn)實生活中，噪聲種類繁多，包括穩(wěn)態(tài)噪聲、瞬態(tài)噪聲以及脈沖噪聲等，針對不同噪聲測量又引入了時間計權(quán)。時間計權(quán)實際上是對測量信號進行時間平均。通常時間平均特性包含四種方式，即“快” （Fast）檔、“慢”（Slow）檔、“脈沖”（Impulse）檔和“峰值保持”（Peak）檔。

 

（1）對于連續(xù)的聲音信號，通常用“快”檔和“慢”檔計權(quán)。“快”檔計權(quán)的時間常數(shù)為125ms，一般用于測量波動較大的不穩(wěn)態(tài)噪聲和交通運輸噪聲等。快檔接近人耳對聲音的反應(yīng)。“慢”檔計權(quán)的時間常數(shù)為1000ms，—般用于測量穩(wěn)態(tài)噪聲，測得的數(shù)值為有效值。對于穩(wěn)態(tài)的連續(xù)聲音信號，兩種計權(quán)方式?jīng)]有明顯差異。但如果被測聲音波動較大，由于計權(quán)時間長短不一樣，則用“慢檔”計權(quán)得到的結(jié)果更穩(wěn)定。但是由于平均時間長，會使峰值與峰谷測量產(chǎn)生誤差。因此，為了準(zhǔn)確地了解信號的實時變化，宜用“快”檔計權(quán)（快檔接近人耳對聲音的反應(yīng)，隔聲室的本底噪聲測量時宜選用快檔、A計權(quán)）。

 

（2）“脈沖”檔時間常數(shù)為35ms，用于測量持續(xù)時間較長的脈沖噪聲，如沖床、按錘等，測得的數(shù)值為最大有效值。“峰值保持”的時間常數(shù)小于20ms，用于測量持續(xù)時間很短的脈沖聲，如槍、炮和爆炸聲，測得的數(shù)值是峰值即最大值。

 

 

時間計權(quán)通常用于聲級計測量中與頻率計權(quán)配合使用，才能使測量結(jié)果在一定程度上反映出人耳的主觀感受特性。

 

 

理解了上面的聲級和計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，聲級計就比較好理解了，就是應(yīng)用計權(quán)網(wǎng)絡(luò)測量噪聲的儀器，測出來的數(shù)值就是聲級的數(shù)值，單位為分貝。

 

聲級計是最基本的噪聲測量儀器，它是一種電子儀器，但又不同于電壓表等客觀電子儀表。在把聲信號轉(zhuǎn)換成電信號時，可以模擬人耳對聲波反應(yīng)速度的時間特性；有不同靈敏度的特性以及不同響度時改變特性的強度特性。聲級計是一種主觀性的電子儀器。

 

按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3785.1-2010、IEC 61672-1:2013，聲級計按照精度，分為1級聲級計和2級聲級計，1級和2級聲級計的技術(shù)指標(biāo)有相同的設(shè)計目標(biāo)，主要是最大允許誤差、工作溫度范圍和頻率范圍不同，2級要求的最大允差大于1級。2級聲級計的工作溫度范圍0℃~40 ℃，1級為-10℃~50℃。2級的頻率范圍一般為20Hz~8kHz，1級的頻率范圍為10Hz~20kHz。

 

聲級計的工作原理如下：

聲級計由傳聲器、前置放大器、信號處理器和顯示屏組成。傳聲器將聲音信號轉(zhuǎn)換為等效的電信號。適合于聲級計的傳聲器類型是電容式傳聲器，其精度、穩(wěn)定性和可靠性都很高。傳聲器產(chǎn)生的電信號很弱，所以先用前置放大器對其進行增強，然后再由主處理器進行處理。信號處理包括按照國際標(biāo)準(zhǔn)（例如IEC 61672-1，聲級計符合該標(biāo)準(zhǔn)）對信號進行頻率計權(quán)和時間計權(quán)。
 

 

傳聲器是把聲壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘柕难b置，就是我們所說的話筒，它是聲級計的傳感器。常見的傳聲器有晶體式、駐極體式、動圈式和電容式數(shù)種。

 

1）動圈式傳聲器由振動膜片、可動線圈和變壓器等組成。振動膜片受到聲波壓力以后開始振動，并帶動著和它裝在一起的可動線圈在磁場內(nèi)振動以產(chǎn)生感應(yīng)電流。該電流根據(jù)振動膜片受到聲波壓力的大小而變化。聲壓越大，產(chǎn)生的電流就越大，聲壓越小，產(chǎn)生的電流也越小。

 

2）電容式傳聲器主要由金屬膜片和靠得很近的金屬電極組成，實質(zhì)上是一個平板電容。金屬膜片與金屬電極構(gòu)成了平板電容的兩個極板，當(dāng)膜片受到聲壓作用時，膜片便發(fā)生變形，使兩個極板之間的距離發(fā)生了變化，于是改變了電容量，位測量電路中的電壓也發(fā)生了變化，實現(xiàn)了將聲壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘柕淖饔谩ｋ娙菔絺髀暺魇锹晫W(xué)測量中比較理想的傳聲器，具有動態(tài)范圍大、頻率響應(yīng)平直、靈敏度高和在一般測量環(huán)境下穩(wěn)定性好等優(yōu)點，因而應(yīng)用廣泛。由于電容式傳聲器輸出阻抗很高，因而需要通過前置放大器進行阻抗變換，前置放大器裝在聲級計內(nèi)部靠近安裝電容式傳聲器的部位。

 

雖然知識點眾多，但總結(jié)以上學(xué)習(xí)點，其實幾點是我們需要關(guān)注的：環(huán)境監(jiān)測的頻率計權(quán)基本為A計權(quán)，頻率計權(quán)與時間計權(quán)是配合使用的，聲級計的傳聲器為電容式麥克風(fēng)。下面附圖各類聲環(huán)境功能區(qū)環(huán)境噪聲等效聲級限值供大家參考，方便設(shè)定使用環(huán)境的報警限值。