噪聲污染和氣體污染、固體物質污染已稱為當今世界三大污染。過高的噪聲會損害人們的健康，如產生神經衰弱、神經質等。噪聲監測是提高人類生活水平的重要途徑。人耳的聽閾一般是20μPa，痛閾一般為200Pa，其間相差107倍，這樣寬廣的聲壓范圍不易測量，而且人耳對聲壓相對變化的分辨具有非線性特征，通常采用40方等響曲線的反曲線對聲壓級進行計權校正，即用A計權網絡測A聲級，它的單位是dB。目前，國外公司一直占據國內高精度噪聲計市場，它的價格普遍偏高，嚴重制約了噪聲計的廣泛使用。然而，用于日常生活的環境噪聲測量設備并不需要復雜和十分的測量儀器，因此設計一種低成本、便攜式、可滿足日常生活使用的噪聲計十分重要。
　　
　　1、電路設計
　　
　　聲學中常用聲壓級Lp來反映聲壓的變化，將聲壓P的聲壓級表示為：
　　
　　LP=20lg（P／P0）
　　
　　式中：基準量P0單位為μPa，當P=P0時，Lp=0dB；
　　
　　當P=107P0時，LP=140dB。
　　
　　系統原理圖如圖1所示，在信號采集和放大電路中采用了駐極體傳聲器，并采用反相放大器將信號放大到適宜處理的范圍；通過A計權網絡很好地滿足人耳對不同頻率聲音的敏感性；AD536芯片很容易得到有效值及其相對應的分貝值，避免采用單片機進行大運算量的對數處理，提高了反應速度；調整電路可以確定所需的不同測量零點；zui后用數碼管對結果進行實時顯示，具有快慢顯示功能。　　
　　1．1噪聲信號的采集及放大電路實現
　　
　　駐極體話筒采用源極接地，漏極輸出的方法連接，動態范圍寬，靈敏度高。在VCC=9V的電壓驅動下，動態范圍可以達到一2～+2V。經過調試，當話筒電壓V1=VCC／2時，話筒靈敏度達到zui大。在本電路中取漏極負載電阻R1=20kΩ，電路圖如圖2所示。傳感器將噪聲信號變換為電信號后，繼續將其放大。放大電路采用帶寬大于2MHz的運算放大器。　　
　　電路參數：R2=20kΩ，R3=51kΩ，C=0．22μF；
　　
　　增益：A=R3／R2=2．55；
　　
　　輸出電壓幅值大致范圍：0～5V。
　　
　　1．2濾波電路方案實現
　　
　　根據人耳列不同頻率的響度感覺，在噪聲測量中，常用A計權網絡測得A聲級。表1給出倍頻帶中心頻率與A聲級校正量之問的關系。
　　
　　計權網絡由無源高通濾波和有源低通濾波兩部分構成，精心計算和調試相關外圍元件參數，使其幅頻特性與A計權曲線相近，電路圖如圖3所示。　　
　　高通濾波器相應參數計算如下：
　　
　　取C1=10μF，利用等式求得后級電阻R2=100Ω，前級電阻取R1=100kΩ，以便得到較高的輸入阻抗。
　　
　　二階巴特沃斯有源濾波電路的相應參數計算如下：
　　
　　（1）選擇電容C2的容量，計算電阻R3，R4的阻值通常電容C2，C3宜在微法數量級以下，電阻R3，R4的值一般約在幾百千歐以內。
　　
　　設定C2=C3=C=1000pF，故有：
　　　　（2）求R5，R6的阻值
　　
　　考慮到運放兩輸入端的外接電阻必須滿足平衡條件，即R5||R5=R3+R4=16kΩ，故求出R5=25kΩ，R6=43kΩ。
　　
　　由于濾波器性能對元件的誤差比較靈敏，在電路中應選用穩定而精密的電阻器和電容器。
　　
　　1．3有效值及對數電路方案實現
　　
　　有效值電路采用真有效值／直流轉換器AD536A。AD536A的性能與混合或模數器件相當，甚至更優，但其價格卻低得多，而且它的連接非常簡單。只需一個外接電容來設置平均時間常數即可，在這里取輸入時間為O．25s，當CAV與信號的輸入電阻形成的低通濾波器時問常數大于信號的周期時，就能很好地求出有效值和對數值。
　　
　　對數輸出由5端引出，該點的電壓與一logVin成正比。可用射極跟隨器緩沖并可以用外部調整電路平移該電壓，電壓調整電路由穩壓芯片AA580構成。緩沖器的輸出端級聯一個放大倍數可調的放大器，用以改變步長。
　　
　　1．4調整及顯示電路方案實現
　　
　　1．4．1調整電路
　　
　　有效值及對數電路的輸出電壓與-logVin成正比，通過緩沖器的步長調整，可以得到等式Lp=20lg（P/P0）=201gP-20lgP0右邊的*項，在設計中要設定參考電壓，即0分貝值，只需改變等式右邊的第二項，所以在對數電路后加入了一級基于減法電路的補償電路，可以用來調零。同時，還可以通過調整補償電壓，設立相對參考零點，用來測量分貝變化的相對值，通過改變基準電壓的大小，從而實現了輸入顯示電路的表示分貝值的電壓信號的調節。
　　
　　具體推導公式如下：　　
　　故解得，Vout=Vin-Va，而Vin是表示分貝值的電壓信號，通過改變電位器RX的大小來調節基準電壓Va的大小，從而實現了輸入顯示電路的表示分貝值的電壓信號Vout的調節。其中Va為R3的輸入電壓，Vb為運放的反向輸入電壓，Vout為運放的同向輸入電壓，Vin為輸入電壓，Vout為輸出電壓。
　　
　　1．4．2保持電路
　　
　　為了持續顯示測量時間段內的當前zui大分貝值，必須采用峰值檢波保持電路，如圖4所示。　　
　　這里采用二極管電容檢波電路，電容取470μF，它的充電時間常數小，放電時間常數大，當然在這里還可以利用運放的高輸入電阻和低輸出電阻進行的優化。當時間計權開關置于“慢”時，儀器可測量一段時間內的zui大聲級值；置于“快”時，可以對環境噪聲進行實時的測量。
　　
　　1．4．3顯示電路
　　
　　ICL7107芯片作為表頭驅動，簡單經濟，需要雙極性電源電壓驅動，它包含位數字A／D轉換器，可直接驅動LED數碼管，內部設有參考電壓Vref、獨立模擬開關、邏輯控制、顯示驅動、自動調零功能等。這里應用它的A／D轉換功能和對LED數碼管的驅動功能。它的顯示原理如下：　　
　　式中：Vref由36端調整，它的動態范圍為（一Vref，+Vref）。本設計中，取10位為zui低位，這樣量程減小了10倍。
　　
　　本設計中所需要的一5V電壓是利用7107芯片產生振蕩信號，再在其38腳上串接一個4069的反相器，然后將該信號通過2只4μF電容和2只1N4148二極管構成倍壓整流電路輸出而得到的。
　　
　　2、測試實驗
　　
　　噪聲計中zui重要的是A計權網絡設計，系統采用無源高通濾波器和有源低通濾波器兩部分實現。利用II型無源高通濾波電路對輸入進來低于1kHz的電壓信號進行衰減，以實現近似于A類計權的響應。低通濾波電路將頻率高于20kHz的信號濾除。采用的二階巴特沃斯有源濾波電路的幅頻響應在通帶中具有zui大平坦度。
　　
　　通過Workhench軟件對A計權網絡仿真得到的幅頻曲線如圖5所示。由圖可知，它對100Hz以下的信號有較大的衰減，這樣符合人耳對噪聲信號靈敏度的特點，同時也可濾除20kHz以上的信號。　　
　　測試濾波器的幅頻特性和A計權的要求比較如圖5所示。測試的輸入電壓為1V，以1kHz信號為基準。　　3、結語
　　
　　人類對不同頻率聲音的敏感度不一樣，低頻段zui差，大約3kHz，所以噪聲測量不是測量真正的聲壓，而是經過衰減處理的，常見的有A計權、B計權、C計權和D計權等，文中采用A計權。實際上一個噪聲計對不同響度段應采用不同的計權網絡。