噪声统计分析仪计算功能检定方法研究

由目前最新的JJG778-2005《噪声统计分析仪检定规程》可以看出, 噪声统计分析仪检定规程的计量性能要求和声级计检定规程的计量性能要求几乎一致, 其划分的等级和声级计一样, 根据检定项目的允差大小分为1级和2级, 但唯一不同的是噪声统计分析仪的计量性能不要求峰值C声级, 而是要求计算功能。

计算功能主要用于环境噪声监测, 依据GB3096-2008《声环境质量标准》中声环境功能监测的要求, 对交通干线两侧一定距离之内和需要防止交通噪声对周围环境产生严重影响的区域需要进行噪声监测, 噪声监测的内容包括等效连续A计权声级LAeq、A计权最大声级LAmax和累积百分声级L10, L50, L90, 这些需要监测的内容都是计算功能中的项目, 可见对计算功能检定的重要性。

计算功能就是噪声统计分析仪具备显示或打印的方式给出等效连续A计权声级和累计百分数声级的功能。计算功能检定结构框图如图1所示。

规程说明的计算功能检定过程是施加一个1k Hz稳态正弦电信号给噪声统计分析仪, 调节输入信号至参考级量程线性工作范围规定的上限以下3d B, 噪声统计分析仪设置为A计权和F时间计权, 采样时间间隔不大于1s, 采样时间建议60s, 将精密衰减器以每10d B为一级进行衰减, 每衰减10d B, 采样60s, 采样至少在40d B线性范围内进行, 采样结束后, 噪声统计分析仪所打印 (或显示) 的等效连续A计权声级LAeq, 累计百分数声级L5, L10, L50, L90, L95的值与通过理论计算得到的LAeq, L5, L10, L50, L90, L95理论值之差, 1级应符合±1.1d B, 2级应符合±1.4d B的规定。

LAeq理论计算:

式中:t———从任意起始时间t到结束时间t间隔内的积分时间变量;T———时间间隔, T=t2-t1;pA (t) ———运行时间内的A计权瞬时声压;p0———基准声压。

Ln的理论计算:在测量时间内高于Ln声级所占的时间为n%。

下面用B&K公司生产的型号为2250的声级计 (内含噪声统计分析仪功能) 按照检定规程进行计算功能的实验, 调节1k Hz稳态正弦电信号至噪声统计分析仪显示为104d B, 然后按照规程的步骤, 每采样60s就将精密衰减器衰减10d B, 总采样时间为5个60s也就是5分钟, 得出的数据如表1所示。

由表1可以看出, 等效连续A计权声级LAeq, 累计百分数声级L5, L10, L50, L90, L95的值和理论值一致, 实验结果符合预期。但是按照这种方法得出L5和L10的理论值是一样的, L90和L95的理论值也是一样的, 因为由这种方法可以得出累计百分数声级理论值是:L1至L20的计算结果是一样的, L21至L40的计算结果是一样的, L41至L60的计算结果是一样的, L61至L80的计算结果是一样的, L81至L100的计算结果是一样的。这种方法就无法判断出仪器的计算功能Ln是否正确。

为了能准确检定计算功能Ln, 就必须让每个Ln都有不同的理论值, 方法是调节1k Hz稳态正弦电信号至噪声统计分析仪显示为130d B, 每采样10s就将精密衰减器衰减1d B, 总采样时间为100个10s也就是1000s。此方法得出L1至L100的理论值是30d B~130d B, 且一一对应, 直观明了, 但此方法有两个问题:

虽然很多噪声统计分析仪在切换不同量程的情况下可达到总量程的测量范围是30d B~130d B, 但在单个量程下的测量范围无法达到30d B~130d B, 而且在计算功能测量过程中是无法切换量程, 所以无法在所有的仪器上都进行此实验。

此方法实验时间约17分钟, 且每10s操作1次精密衰减器衰减1d B, 整个过程需共99次, 难以保证实验质量。

而在现实噪声统计分析仪应用中, 一般只记录L10, L50, L90数据, 对每个Ln进行检定意义不大。所以针对以上几点试验方法改进如下:

改变“每衰减10d B, 采样60s”的规则, 将采样的时间按照需要, 104d B采样27s, 94d B采样3s, 84d B采样117s, 74d B采样3s, 64d B采样117s, 54d B采样3s, 44d B采样3s, 采样在60d B线性范围内进行, 总采样时间同样为5分钟, 可以得出数据如表2所示。

由以上数据可以看出, 新方法可以得出累计百分数声级理论值是:L1至L5的计算结果是一样的, L11至L49的计算结果是一样的, L51至L89的计算结果是一样的, L91至L100的计算结果是一样的, 而L10, L50, L90都与上下临界值是不同的。由此可以看出新方法刚好卡在L10, L50, L90的临界值, 这样就可以准确得出所需检定的L10, L50, L90的计算功能是否正确。

基于声环境监测的计算功能检定方法是针对L10, L50, L90进行了改进, 主要是改变了每次衰减输入后的采样时间。由于目前JJG788-2005的要求是为了检定这5个特殊的Ln点, 但在目前噪声统计分析仪应用中, 累积百分声级只在声环境监测中应用, 且只需要L10, L50, L90三点的数据, 所以笔者建议对JJG788-2005进行修订, 参考本文提出的基于声环境监测的计算功能检定方法, 将对累计百分数声级L5, L10, L50, L90, L95的检定改为对累计百分数声级L10, L50, L90的检定, 这样更加符合现实的使用情况, 并且能更准确检定噪声统计分析仪的计算功能。