聲級計是環境噪聲監測、工業衛生評估及產品噪聲測試中最基礎、最核心的測量儀器。以HY128系列為代表的數字化多功能聲級計，不僅符合GB/T 3785.1-2010及IEC 61672-1:2012等國內外標準，還集成了積分平均、統計分析、倍頻程濾波等多種工作模式。理解其工作原理，有助于正確使用儀器并合理解讀測量結果。

二、聲級計的基本工作流程

聲級計的測量過程可概括為五個環節：

聲壓信號 → 傳聲器（聲電轉換） → 前置放大器 → 計權網絡/濾波器 → 模數轉換（ADC） → 數字信號處理（DSP） → 顯示/存儲/輸出

三、核心部件工作原理

3.1 傳聲器——聲電轉換的起點

HY128系列采用預極化（背極駐極體）電容式工程測量傳聲器，標稱直徑12.7 mm（半英寸），自由場型頻率響應。其工作原理如下：

• 電容結構：傳聲器內有一個固定的背極板和一個可隨聲壓波動的振膜，二者構成一個電容器。

• 電荷駐留：背極采用駐極體材料，可長期儲存電荷，無需外部極化電壓。

• 聲壓→電容變化：聲波引起振膜振動，改變振膜與背極板之間的距離，導致電容量變化。

• 電容→電壓變化：由于電荷量Q基本不變，由Q = C·U可知，電容C的變化會引起電壓U的相應變化。該交流電壓的瞬時幅度即反映聲壓的瞬時大小。

該傳聲器的標稱聲壓靈敏度為50 mV/Pa（即-26 dB re 1V），意味著94 dB聲壓級（1 Pa）時輸出電壓約50 mV。頻率響應范圍覆蓋10 Hz – 20 kHz（1級） 或20 Hz – 12.5 kHz（2級），滿足從低頻環境噪聲到高頻工業噪聲的測量需求。

3.2 頻率計權——模擬人耳響應

人耳對不同頻率的聲波敏感度不同。為使儀器讀數與人耳主觀感覺一致，聲級計內置了頻率計權網絡。HY128提供以下計權方式：

• A計權：模擬人耳40方等響曲線，對低頻大幅衰減，廣泛應用于環境噪聲、職業衛生測量。

• C計權：近似平坦（約31.5 Hz – 8 kHz），用于測量峰值聲壓級和機器噪聲。

• Z計權：零計權（平坦全頻），用于精確聲學分析。

• LOW低頻計權：16 Hz – 200 Hz，專門用于二次輻射噪聲（如軌道交通引起的建筑物低頻噪聲）測量。

計權網絡實質是一個有源濾波器，其幅頻特性嚴格遵循GB/T 3785.1-2010規定。例如A計權在100 Hz處的衰減約為-19.1 dB，在1000 Hz處為0 dB。

3.3 時間計權——模擬儀表響應速度

時間計權決定了聲級計對聲壓波動響應的快慢。HY128支持三種時間計權：

• F（快響應）：時間常數為125 ms，用于監測波動不大的噪聲。

• S（慢響應）：時間常數為1 s，用于測量起伏較大的噪聲。

• I（脈沖響應）：時間常數為35 ms（上升）/1.5 s（下降），專門捕捉沖擊性噪聲。

時間計權的實現方式為指數加權平均：當前輸出值 = 上一時刻輸出值 + （當前輸入值 - 上一時刻輸出值）×（Δt/τ）。其中τ為時間常數，Δt為采樣間隔。

3.4 模數轉換與數字信號處理

經過計權后的模擬信號，通過高精度模數轉換器（ADC） 轉化為數字量。HY128的分辨力為0.1 dB，數據更新時間為1秒。數字信號進入DSP芯片后，可完成以下核心運算：

（1）等效連續聲級 Leq

$$L_{eq,T}=10\lg ?\left(\frac{1}{T}{\int }_0^T{10}^{0.1L_p(t)}dt\right)$$

其中T為測量持續時間，范圍3秒～99小時59分59秒，可由手動、定時或閾值觸發啟動。這是環境噪聲標準GB 3096-2008中規定的基本評價量。

（2）統計聲級 L_N

在統計分析模式下，儀器對測量時段內的瞬時聲級進行排序，得到L5、L10、L50、L90、L95等百分位數。例如L10表示有10%的時間超過該聲級，反映峰值噪聲；L90代表背景噪聲。

（3）暴露聲級 LAE

$$L_{AE}=10\lg ?\left({\int }_0^T{10}^{0.1L_p(t)}dt\right)$$

該量用于評價單次噪聲事件的總能量，如飛機起降、車輛經過等。

（4）倍頻程與1/3倍頻程分析

HY128內置11個1/1倍頻程中心頻率（16 Hz – 16 kHz）和32個1/3倍頻程中心頻率（16 Hz – 20 kHz）。通過數字濾波器組實時分離各頻帶聲級，輸出頻譜圖。這對于識別噪聲源（如低頻嗡嗡聲來自變壓器，高頻嘶聲來自氣流）至關重要。

3.5 校準與溯源

聲級計使用前必須用聲校準器校準。HY128提供自動校準功能：在傳聲器上耦合1 kHz、94 dB（或114 dB）的標準聲信號，儀器自動調整內部增益使讀數與標準值一致。校準偏差允許范圍為±4.5 dB（相對于基準靈敏度50 mV/Pa）。校準記錄可溯源存儲于SD卡中，滿足質量體系要求。

3.6 輸出與顯示

• 液晶顯示器：2.2英寸點陣屏，實時顯示Lp、Leq、Lmax、Lmin、LCpeak等參數，并有過載、欠量限、電池欠壓等標志。

• 直流輸出：15 mV/dB，450 mV～1950 mV對應30 dB～130 dB，可外接記錄儀。

• 交流輸出：2.0 Vrms對應測量上限，反映聲壓原始波形。

• RS232與USB接口：連接打印機或上位機，實現數據遠程讀取。

• SD卡存儲：標配8 GB（可選32 GB），測量記錄自動保存，可作U盤使用。

四、工作模式舉例

HY128的7種工作模式本質上是對DSP算法的不同組合：

五、影響測量精度的因素及補償

根據參數中的干擾指標：

• 溫濕度：0℃～40℃、25%～90% RH范圍內，1級聲級計誤差≤±0.7 dB。儀器內部有溫度補償電路。

• 靜壓：65 kPa～108 kPa（對應海拔約-1000 m～3500 m），超出范圍需修正。

• 電磁場：符合X類要求，即抗射頻干擾能力較強，但應避免強電磁源附近測量。

• 防風罩：標稱模式下無防風罩，戶外測量必須加裝，并重新校準。