声学测量基础知识：声级计的时间计权和频率计权
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。时间计权特性和频率计权特性是检验声级计性能的一项重要技术指标，本文对这两种计权的基本概念进行简单的介绍。
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LAτ(t)用下式表示。
式中：τ为时间计权F或S的指数时间常数(s)；ξ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(ξ)为在时间变量为ξ时的A计权瞬时声压；p0为基准声压。上式的过程也可用图1进行表达。
图1 形成指数时间计权声级的主要步骤
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。
表1 声级计的频率计权和允差
由表1可以看出，其给出的频率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)可用下式计算，修约到0.1dB：
在A计权任何频率(Hz)上的A(f)可用下式计算，修约到0.1dB：
式中：C1000和A1000是以分贝表示的常数，相当于提供1000Hz是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=12194Hz。
本文根据中国计量科学研究院陈剑林等撰写的《声级计的时间计权特性》和《声级计的频率计权特性》两篇文章综合而成，两文均发表于《检定与校准》。封面图片来自声级计供应信息网。
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