[科普中国]-噪音分析仪

噪声定义物理学

噪声是发声体做无规则振动时发出的声音。

生理学凡是妨碍人们正常休息、学习和工作的声音，以及对人们要听的声音产生干扰的声音。从这个意义上来说，噪音的来源很多，如，街道上的汽车声、安静的图书馆里的说话声、建筑工地的机器声、以及邻居电视机过大的声音，都是噪声。从总体讲噪声由物体振动产生。

通信领域干扰信号传输的能量场，称为噪音。这种能量场的产生源可以来自内部系统，也可以产生于外部环境。

噪声单位dB（Decibel，分贝）是一个纯计数单位，本意是表示两个量的比值大小，没有单位。在工程应用中经常看到貌似不同的定义方式（仅仅是看上去不同）。对于功率，dB = 10*lg(A/B)。对于电压或电流，dB = 20*lg(A/B)。此处A，B代表参与比较的功率值或者电流、电压值。

dB的意义其实再简单不过了，就是把一个很大（后面跟一长串0的）或者很小（前面有一长串0的）的数比较简短地表示出来。如（此处以功率为例）：

X = 100000 = 105

X(dB) = 10×lg(X) dB= 10×lg(105) dB= 50 dB

X 10的负15次方 = 10-15

X(dB) = 10×log(X) dB= 10×log(10-15) dB= -150 dB

一般来讲，在工程中，dB和dB之间只有加减，没有乘除。而用得最多的是减法：dBm 减 dBm 实际上是两个功率相除，信号功率和噪声功率相除就是信噪比（SNR）。比如：30dBm - 0dBm = 1000mW/1mW = 1000 = 30dB。dBm 加 dBm 实际上是两个功率相乘，没有实际的物理意义。

组成及工作原理噪音分析仪，又称噪声计（噪音计、声级计）是噪声测量中最基本的仪器。声级计一般由电容式传声器、前置放大器、噪音计图片衰减器、放大器、频率计网络以及有效值指示表头等组成。

声级计的工作原理是：由传声器将声音转换成电信号，再由前置放大器变换阻抗，使传声器与衰减器匹配。放大器将输出信号加到网络，对信号进行频率计权（或外接滤波器），然后再经衰减器及放大器将信号放大到一定的幅值，送到有效值检波器。

相关研究虚拟式噪声分析仪的研制：随着现代工业和科学技术的快速发展,噪声控制与利用已成为人类广泛关注的课题,为了有效的研究噪声，人们对噪声测试与分析仪器的要求越来越高。传统的仪器设备通常功能较为单一，可扩展性较差，即使功能完备的，价格也比较昂贵。因此，开发一款功能完备、性价比较高的噪声分析仪器还是十分必要的。虚拟仪器是测试仪器发展的最新方向之一，已成为信息技术的一个重要领域。

本文基于“虚拟仪器”思想提出了“虚拟式噪声分析仪”的设计方法，开发了成本低、可靠高效的噪声测试分析系统，同时设计了具有通用功能的虚拟化仪器控件。本文首先论述了当前噪声分析仪器的研究背景及国内外发展的技术现状，明确了虚拟式噪声分析仪的研究目的和意义。然后从系统所要实现的基本功能出发，深入研究了噪声测量与分析的基础理论知识，通过对噪声的物理度量、噪声信号的常用分析方法、噪声的主观评价以及常用噪声测量设备的详细阐述，明确噪声分析仪所应具备的功能和实现这些功能所需要的理论方法。接着从当今测试仪器的发展趋势出发，阐述了虚拟仪器的概念，通过与传统仪器的比较，得出了虚拟仪器的技术优势，在详细地论述了虚拟仪器的构成之后，简要介绍了当前国内虚拟仪器领域的两个创新理论成果。最后，本文将虚拟仪器创新成果的技术理念应用到本课题的研发中，以VC++6.0为开发平台，开发了虚拟式噪声分析系统，并详细地阐述了虚拟式噪声分析仪的开发流程：

①设计系统的总体方案，给出总体设计方案的框图,为整个系统的设计提供蓝本；

②设计系统硬件平台组成，介绍了硬件平台中相关设备的技术参数；

③进行虚拟仪器的关键部分设计——软件开发；在这部分，先介绍了本仪器开发的两个通用虚拟化控件，整个仪器的功能都是在这些控件和功能模块拼搭的基础之上实现的。

然后介绍了噪声分析中的关键技术，软件计权网络的实现方法、窗函数的软件实现方法、倍频程、以及总声级的软件实现方法等。在通用控件和分析模块开发完成的基础之上，将分析功能与通用控件融合，完成了数据采集、数据显示、数据回放、数据存储、报表打印等主控功能模块的开发。硬件平台和软件平台组合在一起构成了本文设计的虚拟式噪声分析仪。为了测试噪声分析仪的功能和分析结果,本文设计了噪声分析实验，从而证明了本设计的方案可行性、功能可靠性与结果准确性。文章最后对本文工作进行了总结，并展望了下一步的研究方向。1