噪声污染和气体污染、固体物质污染已称为当今世界三大污染。过高的噪声会损害人们的健康，如产生神经衰弱、神经质等。噪声监测是提高人类生活水平的重要途径。人耳的听阈一般是20μPa，痛阈一般为200Pa，其间相差107倍，这样宽广的声压范围不易测量，而且人耳对声压相对变化的分辨具有非线性特征，通常采用40方等响曲线的反曲线对声压级进行计权校正，即用A计权网络测A声级，它的单位是dB。目前，国外公司一直占据国内高精度噪声计市场，它的价格普遍偏高，严重制约了噪声计的广泛使用。然而，用于日常生活的环境噪声测量设备并不需要复杂和十分的测量仪器，因此设计一种低成本、便携式、可满足日常生活使用的噪声计十分重要。
　　
　　1、电路设计
　　
　　声学中常用声压级Lp来反映声压的变化，将声压P的声压级表示为：
　　
　　LP=20lg（P／P0）
　　
　　式中：基准量P0单位为μPa，当P=P0时，Lp=0dB；
　　
　　当P=107P0时，LP=140dB。
　　
　　系统原理图如图1所示，在信号采集和放大电路中采用了驻极体传声器，并采用反相放大器将信号放大到适宜处理的范围；通过A计权网络很好地满足人耳对不同频率声音的敏感性；AD536芯片很容易得到有效值及其相对应的分贝值，避免采用单片机进行大运算量的对数处理，提高了反应速度；调整电路可以确定所需的不同测量零点；zui后用数码管对结果进行实时显示，具有快慢显示功能。　　
　　1．1噪声信号的采集及放大电路实现
　　
　　驻极体话筒采用源极接地，漏极输出的方法连接，动态范围宽，灵敏度高。在VCC=9V的电压驱动下，动态范围可以达到一2～+2V。经过调试，当话筒电压V1=VCC／2时，话筒灵敏度达到zui大。在本电路中取漏极负载电阻R1=20kΩ，电路图如图2所示。传感器将噪声信号变换为电信号后，继续将其放大。放大电路采用带宽大于2MHz的运算放大器。　　
　　电路参数：R2=20kΩ，R3=51kΩ，C=0．22μF；
　　
　　增益：A=R3／R2=2．55；
　　
　　输出电压幅值大致范围：0～5V。
　　
　　1．2滤波电路方案实现
　　
　　根据人耳列不同频率的响度感觉，在噪声测量中，常用A计权网络测得A声级。表1给出倍频带中心频率与A声级校正量之问的关系。
　　
　　计权网络由无源高通滤波和有源低通滤波两部分构成，精心计算和调试相关外围元件参数，使其幅频特性与A计权曲线相近，电路图如图3所示。　　
　　高通滤波器相应参数计算如下：
　　
　　取C1=10μF，利用等式求得后级电阻R2=100Ω，前级电阻取R1=100kΩ，以便得到较高的输入阻抗。
　　
　　二阶巴特沃斯有源滤波电路的相应参数计算如下：
　　
　　（1）选择电容C2的容量，计算电阻R3，R4的阻值通常电容C2，C3宜在微法数量级以下，电阻R3，R4的值一般约在几百千欧以内。
　　
　　设定C2=C3=C=1000pF，故有：
　　　　（2）求R5，R6的阻值
　　
　　考虑到运放两输入端的外接电阻必须满足平衡条件，即R5||R5=R3+R4=16kΩ，故求出R5=25kΩ，R6=43kΩ。
　　
　　由于滤波器性能对元件的误差比较灵敏，在电路中应选用稳定而精密的电阻器和电容器。
　　
　　1．3有效值及对数电路方案实现
　　
　　有效值电路采用真有效值／直流转换器AD536A。AD536A的性能与混合或模数器件相当，甚至更优，但其价格却低得多，而且它的连接非常简单。只需一个外接电容来设置平均时间常数即可，在这里取输入时间为O．25s，当CAV与信号的输入电阻形成的低通滤波器时问常数大于信号的周期时，就能很好地求出有效值和对数值。
　　
　　对数输出由5端引出，该点的电压与一logVin成正比。可用射极跟随器缓冲并可以用外部调整电路平移该电压，电压调整电路由稳压芯片AA580构成。缓冲器的输出端级联一个放大倍数可调的放大器，用以改变步长。
　　
　　1．4调整及显示电路方案实现
　　
　　1．4．1调整电路
　　
　　有效值及对数电路的输出电压与-logVin成正比，通过缓冲器的步长调整，可以得到等式Lp=20lg（P/P0）=201gP-20lgP0右边的*项，在设计中要设定参考电压，即0分贝值，只需改变等式右边的第二项，所以在对数电路后加入了一级基于减法电路的补偿电路，可以用来调零。同时，还可以通过调整补偿电压，设立相对参考零点，用来测量分贝变化的相对值，通过改变基准电压的大小，从而实现了输入显示电路的表示分贝值的电压信号的调节。
　　
　　具体推导公式如下：　　
　　故解得，Vout=Vin-Va，而Vin是表示分贝值的电压信号，通过改变电位器RX的大小来调节基准电压Va的大小，从而实现了输入显示电路的表示分贝值的电压信号Vout的调节。其中Va为R3的输入电压，Vb为运放的反向输入电压，Vout为运放的同向输入电压，Vin为输入电压，Vout为输出电压。
　　
　　1．4．2保持电路
　　
　　为了持续显示测量时间段内的当前zui大分贝值，必须采用峰值检波保持电路，如图4所示。　　
　　这里采用二极管电容检波电路，电容取470μF，它的充电时间常数小，放电时间常数大，当然在这里还可以利用运放的高输入电阻和低输出电阻进行的优化。当时间计权开关置于“慢”时，仪器可测量一段时间内的zui大声级值；置于“快”时，可以对环境噪声进行实时的测量。
　　
　　1．4．3显示电路
　　
　　ICL7107芯片作为表头驱动，简单经济，需要双极性电源电压驱动，它包含位数字A／D转换器，可直接驱动LED数码管，内部设有参考电压Vref、独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零功能等。这里应用它的A／D转换功能和对LED数码管的驱动功能。它的显示原理如下：　　
　　式中：Vref由36端调整，它的动态范围为（一Vref，+Vref）。本设计中，取10位为zui低位，这样量程减小了10倍。
　　
　　本设计中所需要的一5V电压是利用7107芯片产生振荡信号，再在其38脚上串接一个4069的反相器，然后将该信号通过2只4μF电容和2只1N4148二极管构成倍压整流电路输出而得到的。
　　
　　2、测试实验
　　
　　噪声计中zui重要的是A计权网络设计，系统采用无源高通滤波器和有源低通滤波器两部分实现。利用II型无源高通滤波电路对输入进来低于1kHz的电压信号进行衰减，以实现近似于A类计权的响应。低通滤波电路将频率高于20kHz的信号滤除。采用的二阶巴特沃斯有源滤波电路的幅频响应在通带中具有zui大平坦度。
　　
　　通过Workhench软件对A计权网络仿真得到的幅频曲线如图5所示。由图可知，它对100Hz以下的信号有较大的衰减，这样符合人耳对噪声信号灵敏度的特点，同时也可滤除20kHz以上的信号。　　
　　测试滤波器的幅频特性和A计权的要求比较如图5所示。测试的输入电压为1V，以1kHz信号为基准。　　3、结语
　　
　　人类对不同频率声音的敏感度不一样，低频段zui差，大约3kHz，所以噪声测量不是测量真正的声压，而是经过衰减处理的，常见的有A计权、B计权、C计权和D计权等，文中采用A计权。实际上一个噪声计对不同响度段应采用不同的计权网络。