声级计频率计权特性自动检定系统研究与实现

    1 引言

    声级计是根据国家标准，依照人耳的听力特性，按一定频率计权和时间计权来测量声压级的仪器。 它是声学测量中的基本仪器，被广泛应用于环境保护、劳动卫生、工业企业、科研教学等领域的电声参数测量。 声级计量值的准确与否， 直接关系到测量结果的准确性和有效性，影响到人民群众的日常生产生活。 因此，国家将声级计纳入强制检定范围， 规定每年必须对声级计进行一次检定，以保证其量值的准确与统一。

    在声级计的检定过程中， 有多项参数需要进行检定，其中最重要的参数是声信号的频率计权特性，其工作量占到了整个检定工作的一半以上。 传统的声级计频率计权特性的检定是手动进行的，在检定过程中，需要频繁地更改信号发生器输出的频率和幅值， 并记录声级计的响应值， 这个过程需要耗费大量的时间和精力， 且对检定人员的专业水平要求较高。 针对上述问题，文献[1]提出了一种基于 Pulse 平台的声级计自动检定系统， 能够对以串口输出测量值的声级计实现自动检定， 但目前绝大多数的声级计不具备串口输出功能，限制了该系统的使用。文献[2]针对不同类型电输出接口的声级计，采用了不同的方式自动读取其测量值，但对于没有电输出接口的声级计，仍然需要人工读取，因此该系统仍存在局限性。

    针对上述问题， 笔者提出了一种基于数字图像识别技术的声级计频率计权自动检定系统的实现方法，能够实现声场的自动校准、声压的自动回放、声级计显示屏读数的自动读取和检定报告的自动输出， 具有自动化程度高、操作简便、通用性强等特点。

    2 声级计频率计权特性检定原理概述

    本系统依据检定规程 JJG 188—2002《声级计》（以下简称“规程”）而设计。规程中规定了所有声级计都应具有频率计权 A，而对于一级声级计，还应该具有频率计权 C。 规程中定义频率计权为“对声级计而言，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”[3]。 在以频率与增益为坐标轴的图上，它可以体现为一条以 1 kHz为中心，在高频与低频方向衰减逐渐增大的曲线。C 和A 计权采用式（1）和式（2）计算，单位为 dB。

    式中，f 为频率，C1 000=-0.062 dB 和 A1 000=2.000 dB，相当于提供在 1 000 Hz 时 0 dB 频率计权的电增益，而 f1=20.6 Hz，f2=107.7 Hz，f3=737.9 Hz，f4=12 194 Hz[3]。

    对于合格的声级计，其频率响应曲线应该与这条曲线基本符合。 规程允许声级计的响应曲线存在一定的允差，声级计指示的声级与声场校准中传声器测得声压级偏差在加上测量所引起的扩展不确定度后，应不超过相应的允差限[3]。 若超过允差限，则认为声级计不合格。