JJF 2338-2025 矢量传声器校准规范(自由场比较法)

中华人民共和国国家计量技术规范5矢量传声器校准规范自由场比较法)rsn)5发布 5实施国家市场监督管理总局 发布5矢量传声器校准规范自由场比较法)rsn)

5归 口 单 位:全国声学计量技术委员主要起草单位:中国计量科学研究院中国电子科技集团公司第三研究所中国科学院声学研究所参加起草单位:北京大学航空工业北京长城计量测试技术研究所甘肃省计量研究院本规范委托全国声学计量技术委员会负责解释本规范主要起草人:中国计量科学研究院)牛 锋中国计量科学研究院)周 瑜中国电子科技集团公司第三研究所)赵 静中国科学院声学研究所)参加起草人:杨振川北京大学)航空工业北京长城计量测试技术研究所)杜富荣甘肃省计量研究院)目 录引言………………………

Ⅱ)1范围……………………2引用文件………………3术语……………………4概述……………………5计量特性………………1声场灵敏度级………………………2声场灵敏度级的频率响应…………3质点振速灵敏度级…………………4质点振速灵敏度级的频率响应……………………5声压通道与质点振速通道的相位差及频率响应…………………6指向性响应…………7自生噪声……………8动态范围上限………………………6校准条件………………1环境条件……………2测量标准及其他设备………………7校准项目和校准方法…………………1校准项目……………2校准方法……………8校准结果表达…………1校准记录……………2校准数据处理………………………3校准证书……………4校准结果的不确定度评定…………9复校时间间隔…………

1)1)1)2)2)2)2)3)3)3)3)3)3)3)3)3)4)4)4)))))))附录A 参考传声器单元声场灵敏度级的环境参数修正……………

)附录B 空气声阻抗的计算公式………

)附录C 校准记录的内容附录D 校准证书的内

………………………………

))附录E 测量不确定度评定示

………

)Ⅰ引 言0国家计量校准规范编写规则1通用计量术语及定义2测量不确定度评定与表示》共同构成支撑本规范制定工作的基础性系列规范。本规范参考了G9工作标准传声器自由场比较法)检定规程7工作标准传声器耦合腔比较法)检定规程9高声压测量传声器动态范围上限校准规范G7声级计检定规程》和—7声级计型式评价大纲本规范为首次发布。Ⅱ矢量传声器校准规范自由场比较法)范围本规范适用于0z频率范围具有U结构的矢量传声器的校准,其他矢量传声器的校准也可参照本规范。引用文件本规范引用下列文件:7声级计检定规程7工作标准传声器耦合腔比较法)检定规程9工作标准传声器自由场比较法)检定规程1通用计量术语及定义0声学计量术语及定义2测量不确定度评定与表示7消声室和半消声室声学特性校准规范7声级计型式评价大纲9高声压测量传声器动态范围上限校准规范7声学的量和单位6声学名词术语术语本规范采用7中规定的量和单位。0和6界定的术语和定义适用于本规范。参考传声器单元et声压或自由场灵敏度已预先测定的由实验室标准传声器或工作标准传声器与传声器前置放大器构成的单元。传感器参考点t为了描述传感器位置而规定在传感器上或其附近的点。注:矢量传声器中传声器的参考点一般在传声器的表面中心。矢量传声器中质点振速传感器的参考点一般在质点振速传感器的表面中心。参考方向n指向传感器参考点并用于测定传感器指向性响应以及灵敏度级而规定的方向。1注:矢量传声器中传声器的参考方向在经过传声器表面中心且与其所在平面垂直的方向上。矢量传声器中质点振速传感器的参考方向在经过传感器表面中心的质点振速敏感方向上。声入射角e参考方向与声波入射方向的夹角。相对指向性响应e对于任何频率入射的正弦声信号,在包含传感器参考方向的规定平面中,在给出的声入射角时传感器测得的时间计权或时间平均声级,减去同一声源同一频率的正弦声信号在参考方向入射时传感器测得的时间计权或时间平均声级。注:相对指向性响应单位为分贝。总谐波失真n所有谐波分量的方均根值的方和根与基波方均根值之比。动态范围上限 e不超过矢量传声器声压、质点振速通道输出电压总谐波失真为某一规定值时所对应的声压级、质点振速的最大值。概述矢量传声器集成了声压传感器传声器和质点振速传感器,能同时测量标量声压和矢量质点振速,通过计算得到声强、声功率等参数来全面描述声场特性,又称为U探头、空气声矢量传感器等。矢量传声器的工作频率范围一般为0,在多目标声探测等应用中工作频率范围可低至0。矢量传声器具有体积小、易集成等特点。质点振速传感器具有基本与频率无关的”字形指向性,测量过程中可有效抑制环境背景噪声,相较于传统的标量场测量,在噪声源定位与识别应用中具有明显的原理优势,突破了传统声探测系统的最小阵列孔径限制。根据声学测量的实际需求,矢量传声器常见的是一维传感器和三维传感器。其中,一维矢量传声器包括一个质点振速测量通道和一个声压测量通道,主要应用场景包括定向语音拾取、声阻抗和吸声测量、噪声、振动与声振粗糙度测量、工业设备的状态监测和故障诊断等;三维矢量传声器包括三个相互正交的质点振速测量通道和一个声压测量通道,可实现三维声场的完整测量、声场可视化、噪声源定位与识别等功能。计量特性声场灵敏度级矢量传声器声压通道在参考频率0处的声场灵敏度级,参考值为10由制造商给出,若无具体规定,则取。声场灵敏度级的频率响应以参考频率f0处的声场灵敏度级为参考,

计算得到矢量传声器声场灵敏度级的频2率响应,频率范围通常为0。质点振速灵敏度级矢量传声器质点振速通道在参考频率f0处的质点振速灵敏度级,

质点振速灵敏度级的参考值由制造商给出,若无具体规定,则参考值取1。质点振速灵敏度级的频率响应以参考频率f0处的质点振速灵敏度级为参考,

计算得到矢量传声器质点振速灵敏度级的频率响应,频率范围通常为0。声压通道与质点振速通道的相位差及频率响应以参考频率f0处声压通道与质点振速通道的相位差为参考,

计算得到矢量传声器声压通道与质点振速通道间相位差的频率响应,频率范围通常为0。理想情况下,矢量传声器声压通道与质点振速通道的相位差为。指向性响应矢量传声器的指向性响应基本与频率无关速通道一般为”字形指向性响应。自生噪声

,声压通道一般为全指向性响应,

质点振矢量传声器的自生噪声由无声输入时声压通道和质点振速通道各自在A计权下的时间平均声级来表示,若无具体规定,频率范围通常为0,声压通道的灵敏度取参考频率处的声场灵敏度,质点振速通道的灵敏度取参考频率处的质点振速灵敏度除以声阻抗。动态范围上限矢量传声器声压通道的动态范围上限通常规定为输出电压总谐波失真为3时所对应的声压级最大值,质点振速通道的动态范围上限通常规定为输出电压总谐波失真为: , 3时所对应的质点振速最大值。通常,声压通道的动态范围上限不低于,质点振速通道的动态范围上限不低于0。: , 注 由于校准无需做出合格与否的判定 因此上述技术要求仅供参考校准条件环境条件空气温度0℃6℃相对湿度00;静压。测量标准及其他设备参考传声器单元:校准频率范围内,参考传声器单元灵敏度级的扩展不确定度不大于B。声源:校准频率范围内,自由场装置中距声源1m处的声压级不低于,在所需的声压级上总谐波失真不大于0。高声压耦合腔0z时最大声压级可达5B以上,总谐波失真不大于0。3功率放大器:校准频率范围内,频率响应不超过2,总失真不大于5 。自由场装置

消声室或消声箱满足

7的要求,频率范围至少为0~,本底噪声A计权)不大于,在测试路径上自由场半径不小于1。正弦信号发生器:校准频率范围内,输出信号的总失真不大于1。多通道声分析仪:至少具有两个输入通道;具有T快速傅里叶变换)分析功能;校准频率范围内,线性计权最大允许误差不超过,级线性误差不超过,任意两输入通道的幅值比不超过。气压计:校准环境条件内,静压测量的最大允许误差不超过。温湿度表:校准环境条件内,温度测量的最大允许误差不超过5℃,相对湿度测量的最大允许误差不超过0。校准项目和校准方法校准项目矢量传声器的校准项目见表。表1矢量传声器校准项目一览表序号项目名称技术要求的条号校准方法的条号1声场灵敏度级122声场灵敏度级的频率响应233质点振速灵敏度级344质点振速灵敏度级的频率响应455声压通道与质点振速通道的相位差及频率响应566指向性响应677自生噪声788动态范围上限89校准方法校准前检查矢量传声器应具有以下清晰耐久的标志:制造商的名称或商标;产品的型号;产品的序列号。矢量传声器应附有单独的出厂资料,出厂资料至少应包括传感器正常工作的供电方式、电信号输出线缆的定义和接线说明、信号调理器的供电方式及使用说明如适用。4声场灵敏度级 。声场灵敏度级校准装置的框图见图1图1声场灵敏度级校准装置的框图虚线表示声轴)按下列步骤校准矢量传声器的声场灵敏度级:在自由场装置内,将参考传声器单元和被校矢量传声器同时放置于距离声源不小于1m的位置,且参考传声器的参考点和被校矢量传声器中声压传感器的参考点对称分布于声轴两侧。参考传声器单元和被校矢量传声器声压通道的电信号输出分别连接多通道声分析仪的输入通道1和输入通道。设置多通道声分析仪的两个输入通道参数:灵敏度设置为1,根据参考传声器单元和被校矢量传声器声压通道的供电方式设置相应的输入方式。正弦信号发生器产生正弦信号校准频率设置为参考频率正弦信号经功率放大器连接声源,根据校准声压的要求,调节正弦信号的幅值及功率放大器的增益。多通道声分析仪的输入通道采集参考传声器单元和被校矢量传声器声压通道的输出电压级1和2,参考值为1V或V均可,按公式)计算被校矢量传声器声压通道和参考传声器单元的输出电压级之差。式中:

p21 )p被校矢量传声器声压通道和参考传声器单元的输出电压级之差;1参考传声器单元的输出电压级;2被校矢量传声器声压通道的输出电压级。以上步骤重复测量3次,求出p的算术平均值p。按公式)计算被校矢量传声器的声场灵敏度级。 ()式中:

x0xp 2x被校矢量传声器的声场灵敏度级;0参考传声器单元修正修正方法见附录)到校准环境条件下的声场灵—敏度级; , ;x

参考传声器单元声场灵敏度级的频率响应 5p被校矢量传声器声压通道和参考传声器单元的输出电压级之差3次重复测量结果的算术平均值。声场灵敏度级的频率响应在校准频率范围内,校准频率点按3倍频程中心频率选取。按2的方法测出被校矢量传声器在每个校准频率处的声场灵敏度级减去参考频率处的声场灵敏度级,得到声场灵敏度级的频率响应。质点振速灵敏度级 。质点振速灵敏度级校准装置的框图如图1灵敏度级:

按下列步骤校准矢量传声器的质点振速在自由场装置内,将参考传声器单元和被校矢量传声器同时放置于距离声源不小于1m的位置,且参考传声器的参考点和被校矢量传声器中质点振速传感器的参考点对称分布于声轴两侧,使被校矢量传声器中质点振速传感器的参考方向与声轴平行。参考传声器单元和被校矢量传声器质点振速通道的电信号输出分别连接多通道声分析仪的输入通道1和输入通道。设置多通道声分析仪的两输入通道参数:灵敏度设置为1,根据参考传声器单元和被校矢量传声器质点振速通道的供电方式设置相应的输入方式。正弦信号发生器产生正弦信号校准频率设置为参考频率正弦信号经功率放大器连接声源,根据校准声压的要求,调节正弦信号的幅值及功率放大器的增益。多通道声分析仪的输入通道采集参考传声器单元和被校矢量传声器质点振速通道的输出电压1和2,微调被校矢量传声器中质点振速传感器的参考方向,重复采集直至被校矢量传声器质点振速通道的输出电压最大为止,重复测量3次,求出1和2的算术平均值12,按公式)和公式)计算被校矢量传声器的质点振速灵敏度。x=2x )0x11

x00

0 )x 被校矢量传声器的质点振速灵敏度;x 参考传声器单元修正到校准环境条件下的声场灵敏度;0 声场灵敏度级的参考值,取1;1 参考传声器单元输出电压3次重复测量结果的算术平均值;2 被校矢量传声器质点振速通道的输出电压3次重复测量结果的算术平均值;a 空气声阻抗计算方法见附录2;0 参考传声器单元修正修正方法见附录)到校准环境条件下的声场灵—敏度级; , 。x6

参考传声器单元声场灵敏度级的频率响应 按公式)计算被校矢量传声器的质点振速灵敏度级。0x0

)式中:x被校矢量传声器的质点振速灵敏度级;x被校矢量传声器的质点振速灵敏度;0质点振速灵敏度级的参考值1。质点振速灵敏度级的频率响应在校准频率范围内,校准频率点按3倍频程中心频率选取。按4的方法测出被校矢量传声器在每个校准频率处的质点振速灵敏度级减去参考频率处的质点振速灵敏度级,得到质点振速灵敏度级的频率响应。声压通道与质点振速通道的相位差及频率响应 。声压通道与质点振速通道的相位差及频率响应校准装置的框图见图2图2声压通道与质点振速通道的相位差及频率响应校准装置的框图注:虚线表示声轴。校准步骤描述如下:在自由场装置内,将被校矢量传声器放置于距离声源不小于1m的位置,调整被校矢量传声器中质点振速传感器的参考方向与声轴重合。被校矢量传声器中声压通道和质点振速通道的电信号输出分别连接多通道声分析仪的输入通道1和输入通道,设置多通道声分析仪的两输入通道参数:灵敏度设置为1,根据被校矢量传声器质点振速通道的供电方式设置相应的输入方式。正弦信号发生器产生正弦信号,校准频率设置为参考频率,正弦信号经功率放大器连接声源,根据校准声压的要求,调节正弦信号的幅值及功率放大器的增益。多通道声分析仪的两输入通道同步采集被校矢量传声器中声压通道和质点振速通道的响应电信号p和u,通过T分析分别得到两通道响应电信号的相位和u,重复测量3次求得两相位的算术平均值,按公式)计算被校矢量传声器声压通道与质点振速通道的相位差u。式中:

u )u 被校矢量传声器声压通道与质点振速通道的相位差,;7p 被校矢量传声器声压通道的响应电信号;u 被校矢量传声器质点振速通道的响应电信号;算术平均值被校矢量传声器声压通道响应电信号的相位算术平均值)

被校矢量传声器质点振速通道响应电信号的相位3次测量结果的算术平均值,V。)e在校准频率范围内,校准频率点按3倍频程中心频率选取。重复步骤6c和)得到被校矢量传声器声压通道和质点振速通道在每个校准频率处的相位差,减去参考频率处的相位差得到其频率响应。指向性响应 。指向性响应校准装置的框图见图3图3指向性响应校准装置的框图注:虚线表示声轴。按下列步骤校准矢量传声器声压通道的指向性响应:在自由场装置内,被校矢量传声器声压通道的指向性响应校准可在声轴与传感器参考方向相交于传感器参考点而构成的平面上进行,且传感器的旋转轴通过传感器的参考点并与该平面相垂直。根据声源声轴的方向,将被校矢量传声器安装于转台上,放置于距离声源大于1m的位置,微调被校矢量传声器的高度及其与声源声轴的相对位置,使得传感器的参考方向与声源声轴重合,作为指向性响应测量时声入射角的。被校矢量传声器声压通道的电信号输出连接多通道声分析仪的输入通道,设置多通道声分析仪输入通道的参数:灵敏度设置为参考频率处的声场灵敏度,根据被校矢量传声器声压通道的供电方式设置相应的输入方式。正弦信号发生器产生正弦信号校准频率点按客户要求选取正弦信号经功率放大器连接声源,调整正弦信号的幅值及功率放大器的增益,直至声源的辐射声压满足校准要求后固定不变。多通道声分析仪的输入通道采集并计算当前声入射角时被校矢量传声器声压通道的显示声压级x,并按公式)计算真实的声压级响应。xxx

)8式中:x被校矢量传声器声压通道在声入射角为、校准频率x处的声压级响x被校矢量传声器声压通道在声入射角为i校准频率fxx被校矢量传声器声压通道在声入射角为i校准频率fx处的显示声压—级; , 。x

被校矢量传声器声场灵敏度级的频率响应 指向性响应测量的角度范围为,角度间隔根据被校矢量传声器声压通道的指向性合理设置,若传感器声压通道为全指向性,则角度间隔可设置为,不同声入射角时,重复步骤)和,在校准频率范围内,得到被校矢量传声器声压通道在不同声入射角、相同声压级输入时的声压级响应,并按公式)计算其相对指向性响应。式中:

x=-) )x 被校矢量传声器声压通道在校准频率x处的相对指向性响应;被校矢量传声器声压通道在校准频率x处、不同声入射角时的最( —大声压级响应; 、n

被校矢量传声器声压通道在校准频率fx处

不同声入射角时的最小声压级响应。若声源输出声压级的短时稳定性差

声压通道指向性响应的校准过程中可增加监测传声器单元,修正不同声入射角时校准声压级的波动。按下列步骤校准矢量传声器质点振速通道的指向性响应:在自由场装置内,被校矢量传声器质点振速通道的指向性响应校准可在声源声轴与质点振速传感器参考方向相交于传感器参考点而构成的平面上进行,且传感器的旋转轴通过传感器的参考点并与该平面相垂直。根据声源声轴的方向,将被校矢量传声器安装于转台上,放置于距离声源大于1m的位置,粗调被校矢量传声器的高度及其与声源声轴的相对位置,使得质点振速传感器的参考方向与声源声轴重合。被校矢量传声器质点振速通道的电信号输出连接多通道声分析仪的输入通道,设置多通道声分析仪输入通道的参数:灵敏度设置为参考频率处的质点振速灵敏度除以声阻抗,根据被校矢量传声器质点振速通道的供电方式设置相应的输入方式。正弦信号发生器产生正弦信号校准频率点按客户要求选取正弦信号经功率放大器连接声源,调整正弦信号的幅值及功率放大器的增益,直至声源的辐射声压满足校准要求后固定不变。多通道声分析仪的输入通道采集并计算当前声入射角时被校矢量传声器质点振速通道的显示声压级x,微调被校矢量传声器质点振速传感器的参考方向与声源声轴的相对位置,直至显示声压级x最大为止,此方向作为指向性响应校准时声入射角的,并按公式)计算真实的声压级响应。xxx

)9式中:x被校矢量传声器质点振速通道在声入射角为、校准频率x处的声压级x被校矢量传声器质点振速通道在声入射角为i校准频率fxx被校矢量传声器质点振速通道在声入射角为i校准频率fx处的显示声—压级; , 。x

被校矢量传声器质点振速灵敏度级的频率响应 指向性响应测量的角度范围覆盖,角度间隔根据被校矢量传声器质点振速通道的指向性分段设置,如声入射角附近范围的角度间隔设置为,~范围的角度间隔设置为,~范围的角度间隔设置为,~范围的角度间隔设置为。不同声入射角时,重复步骤3)和,在校准频率范围内,得到被校矢量传声器质点振速通道在不同声入射角、相同声压级输入时的声压级响应,并按公式)计算其相对指向性响应。式中:

x=-) )x 被校矢量传声器质点振速通道的相对指向性响应;被校矢量传声器质点振速通道在校准频率x处、不同声入射角时( —的最大声压级响应; 、n)

被校矢量传声器质点振速通道在校准频率fx处的最小声压级响应。

不同声入射角时g若声源输出声压级的短时稳定性差质点振速通道指向性响应的校准过程中可增加监测传声器单元,修正不同声入射角时校准声压级的波动。自生噪声将被校矢量传声器放置于自由场装置中速通道的自生噪声:

,按下列步骤校准传感器声压通道和质点振被校矢量传声器声压通道和质点振速通道的电信号输出分别连接多通道声分析仪的输入通道1和输入通道,设置多通道声分析仪输入通道的参数:输入通道1的灵敏度设置为声压通道在参考频率处的声场灵敏度,输入通道2的灵敏度设置为质点振速通道在参考频率处的质点振速灵敏度除以声阻抗根据被校矢量传声器声压通道和质点振速通道的供电方式选择多通道声分析仪两输入通道的输入方式。校准频率范围内,采用多通道声分析仪的输入通道分别记录至少s的A计权时间平均声级,得到被校矢量传声器声压通道和质点振速通道的自生噪声声级。动态范围上限按下列步骤校准矢量传声器声压通道的动态范围上限:将参考传声器单元和被校矢量传声器同时插入高声压耦合腔的两输入端口,其电信号输出分别连接多通道声分析仪的输入通道1和输入通道,根据参考传声器单元和被校矢量传声器声压通道的供电方式和校准频率处的灵敏度设置多通道声分析仪的输入通道参数,其中,输入通道1的灵敏度设置为参考传声器单元在校准频率处的声场灵敏度,输入通道2的灵敏度设置为1。0222222 3 4 5 6正弦信号发生器产生正弦信号经功率放大器连接高声压耦合腔采用多通道声分析仪的输入通道采集并222222 3 4 5 6式中:

d= U

)d 被校矢量传声器的总谐波失真,;U 被校矢量传声器输出电信号含基波和所有谐波)的总幅值;、 、 、 、 — , 。U2U3U4U5U6

被校矢量传声器输出电信号中2至6次谐波的幅值 V以不超过B的步级增加高声压耦合腔内的校准声压级,直至被校矢量传声器声压通道输出电信号的总谐波失真大于或等于规定值如3时为止,此时高声压耦合腔内参考传声器单元测得的声压级,即是被校矢量传声器声压通道的动态范围上限。按下列步骤校准矢量传声器质点振速通道的动态范围上限:将参考传声器单元和被校矢量传声器同时插入高声压耦合腔的两输入端口,其电信号输出分别连接多通道声分析仪的输入通道1和输入通道,根据参考传声器单元和被校矢量传声器质点振速通道的供电方式和校准频率处的灵敏度设置多通道声分析仪的输入通道参数,其中,输入通道1的灵敏度设置为参考传声器单元在校准频率处的声场灵敏度,输入通道2的灵敏度设置为1。正弦信号发生器产生正弦信号经功率放大器连接高声压耦合腔采用多通道声分析仪的输入通道采集并分析高声压耦合腔内的校准声压级及被校传感器质点振速通道输出电信号的总谐波失真,总谐波失真按公式)计算。旋转被校矢量传声器质点振速传感器的参考方向,使得质点振速通道输出电信号的幅值最大,从而保证质点振速传感器的参考方向与高声压耦合腔内的质点振速方向一致。以不超过B的步级增加高声压耦合腔内的校准声压级,直至被校矢量传声器质点振速通道输出电信号的总谐波失真大于或等于规定值如3时为止此时,根据被校矢量传声器质点振速通道的输出电信号幅值及校准频率处的质点振速灵敏度,可计算被校矢量传声器质点振速通道的动态范围上限。校准结果表达校准记录校准记录应尽可能详尽地记载测量数据和计算结果。推荐的校准记录格式见附录C。校准数据处理所有的数据应先计算,

后修约。

出具校准数据按如下方法修约:以下项目的校准数据的修约间隔为:声场灵敏度级;1声场灵敏度级的频率响应;质点振速灵敏度级;质点振速灵敏度级的频率响应;相对指向性响应;自生噪声;声压通道的动态范围上限。声压通道与质点振速通道的相位差及频率响应的修约间隔为。质点振速通道的动态范围上限的修约间隔为1。校准证书经校准的矢量传声器应出具校准证书。页格式见附录D。

校准证书应包括的信息及推荐的校准证书内校准结果的不确定度评定 — ,矢量传声器校准结果的测量不确定度应按度评定的示例见附录E。复校时间间隔

2的要求评定

不确定矢量传声器的复校时间间隔建议为一年。复校时间间隔的长短取决于传感器的使用使用部位的重要性、环境条件、使用频率、使用者、仪器本身质量等诸多因素,因此客户可根据实际使用情况自主决定复校的时间间隔。2附录A参考传声器单元声场灵敏度级的环境参数修正矢量传声器声场和质点振速灵敏度校准时需要根据制造厂提供的环境修正参数,将参考传声器单元在校准证书中所列环境条件或参考环境条件下的声场灵敏度级修正到校准环境条件下的声场灵敏度级,修正公式如下:式中:

000 )0参考传声器单元在校准环境条件下的声场灵敏度级;r参考传声器单元在校准证书中所列环境条件或参考环境条件下的声场灵敏度级;

, / ;参考传声器单元的静压修正系数—

Bat参考传声器单元的温度修正系数℃;0—校准时的静压; , ;校准证书中所列环境条件或参考环境条件下的静压—

a—0 校准时的空气温度℃—r 校准证书中所列环境条件或参考环境条件下的空气温度

℃。3附录B空气声阻抗的计算公式在自由场装置中,矢量传声器与声源的间距不小于1,矢量传声器在声源辐射声场的远场,此处声场可近似为平面波,空气声阻抗的计算公式如下:式中:

c )ρ空气密度3;c空气中的声速,空气密度ρ采用7公式法计算得到

公式如下:Ma-M

)ZRT

Ma ( )MaTt Ma式中:

M2 -Mv0 p 大气压力;Ma—干燥空气的摩尔质量·1;Z —压缩系数;R 摩尔气体常数1·1;T 采用0的国际热力学温度;v水蒸气的摩尔分数;Mv—水的摩尔质量·1;t —空气温度℃;2的含量,·1。其中,水蒸气的摩尔分数和压缩因子的计算公式如下:ppv)p

)v2TC )pp2 )Zp02002d)T式中:

v vh —相对湿度, ;f 增强因子;v饱和空气压力;4ABCD0120101d常数。空气密度计算公式中的常数取值如表1所示。表1空气密度计算公式中的常数对照表符号单位7取值A527B216C7D3K5α2β814κ726a0613a1811a201130617181104181616d1223e8225R1·15空气中声速的计算公式如下:cc05

)0=0=R5 )式中:

0 Maγ 空气的绝热指数;0标准大气压力;0—温度为0℃时的空气密度3;0—温度为0℃时的空气声速,;t —空气温度℃。将空气温度3℃、相对湿度0、大气压力2含量·1代入公式计算得到Ma·1v4f=v37Z98ρ1843,9。5附录C校准记录的内容矢量传声器校准记录的内容及推荐的格式见图。矢量传声器校准记录 记录编号 出具证书编号 送校单位 仪器名称 型号 序列号 制造厂 一、外观检查: 二、声场灵敏度级:B参考频率 ,参考1)三、声场灵敏度级的频率响应参考频率 )频率频率响应dB校准结果的扩展不确定度)dB050005000000000000000四、质点振速灵敏度级: B参考频率 ,参考1)]五、质点振速灵敏度级的频率响应参考频率 )图1校准记录的格式6频率频率响应dB校准结果的扩展不确定度)dB050005000000000000000六、声压通道与质点振速通道的相位差及频率响应声压通道与质点振速通道的相位差: °参考频率 )声压通道与质点振速通道相位差的频率响应:频率频率响应)校准结果的扩展不确定度))05000500000000图1校准记录的格式续)7声压通道与质点振速通道相位差的频率响应续:频率频率响应)校准结果的扩展不确定度))0000000七、指向性响应声压通道:频率最大声压级响应dB最小声压级响应dB相对指向性响应dB校准结果的扩展不确定度dB050005000000000000000图1校准记录的格式续)8质点振速通道:频率最大声压级响应dB最小声压级响应dB相对指向性响应dB校准结果的扩展不确定度dB050005000000000000000八、自生噪声校准频率范围: 声压通道: B,校准结果的扩展不确定度 B)质点振速通道: B,校准结果的扩展不确定度 B)图1校准记录的格式续)9九、动态范围上限校准频率: 声压通道: B参考,校准结果的扩展不确定度 B质点振速通道: ,校准结果的扩展不确定度 B)校准依据 校准使用的计量基)标准装置名称测量范围不确定度/准确度等级/最大允许误差基)标准证书编号有效期至校准使用的标准器名称测量范围不确定度/准确度等级最大允许误差标准器证书编号有效期至校准环境条件:气压 ;温度 ℃;相对湿度 校准员 核验员 校准日期 年 月 日图1校准记录的格式续)0附录D校准证书的内容矢量传声器的校准证书至少应包括以下信息:标题:校准证书;实验室名称和地址;进行校准的地点如果与实验室的地址不同;证书的唯一性标识如编号、每页及总页数的标识;客户的名称和地址;被校矢量传声器的型号、规格及序列号;进行校准的日期;本技术规范的名称及代号;本次校准所用测量标准溯源性及有效性的说明;校准环境的描述;校准结果及其测量不确定度的说明;校准证书签发人的签名、职务或等效标识,以及签发日期;校准结果仅对被校对象有效的声明;未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。推荐的矢量传声器校准证书的内页格式见图。1校准结果 共 页 第 页一、外观检查: 二、声场灵敏度级: B参考频率 ,参考1)三、声场灵敏度级的频率响应参考频率 )频率频率响应dB校准结果的扩展不确定度)050005000000000000000四、质点振速灵敏度级: B参考频率 ,参考1)]五、质点振速灵敏度级的频率响应参考频率 )图1校准证书内页的格式2校准结果 共 页 第 页频率频率响应dB校准结果的扩展不确定度)dB050005000000000000000六、声压通道与质点振速通道的相位差及频率响应声压通道与质点振速通道的相位差: °参考频率 )声压通道与质点振速通道相位差的频率响应:频率频率响应)校准结果的扩展不确定度))05000500000000图1校准证书内页的格式续)3校准结果 共 页 第 声压通道与质点振速通道相位差的频率响应续:频率频率响应)校准结果的扩展不确定度))0000000七、指向性响应声压通道:频率最大声压级响应dB最小声压级响应dB相对指向性响应dB校准结果的扩展不确定度dB050005000000000000000图1校准证书内页的格式续)4质点振速通道:

校准结果 共 页 第 页频率最大声压级响应dB最小声压级响应dB相对指向性响应dB校准结果的扩展不确定度dB050005000000000000000八、自生噪声校准频率范围: 声压通道: B,校准结果的扩展不确定度 B)质点振速通道: B,校准结果的扩展不确定度 B图1校准证书内页的格式续)5校准结果 共 页 第 页九、动态范围上限校准频率: 声压通道: B参考,校准结果的扩展不确定度 B质点振速通道: ,校准结果的扩展不确定度 s)校准依据 校准使用的计量基)标准装置名称测量范围不确定度/准确度等级/最大允许误差基)标准证书编号有效期至校准使用的标准器名称测量范围不确定度/准确度等级最大允许误差标准器证书编号有效期至校准环境条件:气压 ;温度 ℃;相对湿度 图1校准证书内页的格式续)6附录E引言

测量不确定度评定示例,本附录以一维矢量传声器为例定度评定方法。声场灵敏度级的不确定度评定

说明声场灵敏度级和质点振速灵敏度级的测量不确测量模型校准频率范围内,

矢量传声器声场灵敏度级的算公式为:式中:

x0xp )x被校矢量传声器的声场灵敏度级;0参考传声器单元修正到校准环境条件下的声场灵敏度级;x参考传声器单元声场灵敏度级的频率响应;p被校矢量传声器声压通道和参考传声器单元的输出电压级之差3次重复测量结果的算术平均值。 ( )式中:

p21

2p被校矢量传声器声压通道和参考传声器单元的输出电压级之差;1参考传声器单元的输出电压级;2被校矢量传声器声压通道的输出电压级。以上步骤重复测量3次,求出p的平均值p。式中:

000 )参考传声器单元在校准证书中所列环境条件或参考环境条件下的声场灵敏度级;

, / ;参考传声器单元的静压修正系数

Bat参考传声器单元的温度修正系数℃;0校准时的静压;r校准证书中所列环境条件或参考环境条件下的静压;0校准时的空气温度℃;r校准证书中所列环境条件或参考环境条件下的空气温度℃。根据测量模型,矢量传声器声场灵敏度级校准的主要不确定度分量包括:参考传声器单元的声场灵敏度级及频率响应、被校传感器和参考传声器单元的电压级之差、被校传感器和参考传声器单元处声压分布的差异。其他不确定度分量包括:参考传声器单元的极化电压和声场灵敏度级的环境参数修正、修约误差等。7标准不确定度的评定测量重复性引入的测量不确定度分量校准频率范围内,被校传感器声场灵敏度级的测量结果见表,在相同测量条件下对被校传感器的声场灵敏度级重复测量0次,以其标准偏差作为测量重复性引入的测量不确定度分量。表1声场灵敏度级的重复性测量结果频率声场灵敏度级B参考值取1)平均值dB标准偏差dB1234567890044564463549511120121125065565675665054455564555077676776676554264453449054454564558052153131237041580668542091130167201037505475659061374175223080734351136013729092876007701961725024600242852066527855252085431944263062480091266098450262818584378566888参考传声器单元的声场灵敏度级校准引入的测量不确定度分量参考传声器单元选择自由场型工作标准传声器单元,其声场灵敏度级由自由场比较u2 法校准,也可对静电激励器法或耦合腔比较法的校准结果进行自由场修正后使用,校准结果在0u2 B0fB fz

)被校传感器和参考传声器单元的电压级之差测量引入的测量不确定度分量校准过程中,被校传感器和参考传声器单元的电信号输出由多通道声分析仪采集,以某型号为例,根据出厂参数,考虑多通道声分析仪的绝对幅值精度、频响及幅值线性度,被校传感器和参考传声器单元的电压级之差测量的最大允许误差为,以均匀分布考虑,由此引入的标准不确定度为:3/B )被校传感器和参考传声器单元处声压分布差异引入的测量不确定度分量校准过程中,被校传感器和参考传声器单元在声源辐射声场的远场且在声轴两侧对称放置,考虑远场平面波近似和非理想对称放置等因素,被校传感器和参考传声器单元处的声压级差异估计为,考虑均匀分布,由此引入的标准不确定度为:4/B )参考传声器单元声场灵敏度级的温度修正引入的测量不确定度分量校准过程中,温度范围是℃,工作标准传声器温度敏感系数的典型值为℃,估计其最大偏差为℃,考虑均匀分布,参考传声器单元声场灵敏度级的温度修正引入的标准不确定度为:5℃3/B )参考传声器单元声场灵敏度级的气压修正引入的测量不确定度分量校准过程中,与标准大气压相比,气压偏差通常不超过,工作标准传声器气压敏感系数的典型值为,估计其最大偏差为,考虑均匀分布,参考传声器单元声场灵敏度级的气压修正引入的标准不确定度为:6/B )参考传声器单元的极化电压引入的测量不确定度分量参考传声器单元选用工作标准传声器,其极化电压引入的测量不确定度包括极化电压测量引入的不确定度和校准过程中极化电压波动引入的不确定度。极化电压测量用高阻抗直流电压表的最大允许误差不大于5,考虑为均匀分布,标准不确定度为。估计极化电压在校准过程中的波动范围不超过2,由此引入的标准不确定度为。因此,极化电压测量及校准过程中的波动引入的合成标准不确定度7约为。9数据修约误差引入的测量不确定度分量, ,声压灵敏度级校准结果的数据修约间隔为B准不确定度为:

考虑均匀分布

由此引入的标8×B )合成标准不确定度中对于没有提供数据的校准频率点,根据不确定度分量的规律,取相邻频率点的最,被校矢量传声器声场灵敏度级的测量不确定度来源及标准不确定度数值汇总于表中对于没有提供数据的校准频率点,根据不确定度分量的规律,取相邻频率点的最大值。由于表2中各测量不确定度分量互不相关准不确定度见表。扩展不确定度

故声场灵敏度级校准结果的合成标取包含因子,则被校矢量传声器声场灵敏度级校准的扩展不确定度见表。表2声场灵敏度级校准的测量不确定度来源及数值序号来源符号05000500000Hz1测量重复性Bu1192参考传声器单元的声场灵敏度级u2003被校传感器和参考传声器单元的电压级之差Bu3004被校传感器和参考传声器单元处声压分布差异Bu4605参考传声器单元声场灵敏度级温度修正Bu5446参考传声器单元声场灵敏度级气压Bu6667参考传声器单元的极化电压u7448数据修约误差Bu800合成标准不确定度Buc87777777778扩展不确定度BU444444444440表2声场灵敏度级校准的测量不确定度来源及数值续)序号来源符号0Hz0Hz0Hz0Hz0Hz0Hz0Hz0Hz0Hz0Hz1测量重复性Bu136652236882参考传声器单元的声场灵敏度级u200000000003被校传感器和参考传声器单元的电压级之差u300000000004被校传感器和参考传声器单元处声压分Bu466666666665参考传声器单元声场灵敏度级温度Bu544444444446参考传声器单元声场灵敏度级气压Bu666666666667参考传声器单元的极化电压u744444444448数据修约误差Bu80000000000合成标准不确定度Buc7779189050扩展不确定度BU4444544458质点振速灵敏度级的不确定度评定测量模型校准频率范围内式中:

被校矢量传声器质点振速灵敏度级的计算公式为:0x0

)x被校矢量传声器的质点振速灵敏度级;x被校矢量传声器的质点振速灵敏度;0质点振速灵敏度级的参考值1。1x=2x 10xx00

0 )1式中:x 参考传声器单元修正到校准环境条件下的声场灵敏度;1参考传声器单元的输出电压3次重复测量结果的算术平均值;2被校矢量传声器质点振速通道的输出电压3次重复测量结果的算术平均值;a 空气声阻抗2;0参考传声器单元修正修正方法见附录)到校准环境条件下的声场灵敏—度级; , ;x—参考传声器单元声场灵敏度级的频率响应 B0

声场灵敏度级的参考值1。 ( )c 3式中:

000 )ρ 空气密度3;c 空气中的声速,;r参考传声器单元在校准证书中所列环境条件或参考环境条件下的声场灵敏度级;

, / ;参考传声器单元的静压修正系数—

Ba—t 参考传声器单元的温度修正系数℃—0—校准时的静压; , ;校准证书中所列环境条件或参考环境条件下的静压0校准时的空气温度℃;—

a, 。r 校准证书中所列环境条件或参考环境条件下的空气温度 ℃根据测量模型,矢量传声器质点振速灵敏度级校准的主要不确定度分量包括:参考传声器单元的声场灵敏度级、被校传感器和参考传声器单元的电压级之差、被校传感器和参考传声器单元处声压分布的差异、被校传感器质点振速参考方向与声源声轴非重合的偏差、空气声阻抗的计算偏差,其他不确定度分量包括:参考传声器单元的极化电压和声场灵敏度级的环境参数修正、修约误差等。标准不确定度的评定测量重复性引入的测量不确定度分量校准频率范围内,被校传感器质点振速灵敏度级的测量结果见表,在相同测量条件下对被校传感器的质点振速灵敏度级重复测量0次,以其标准偏差作为测量重复性引入的测量不确定度分量。2表3质点振速灵敏度级的重复性测量结果频率质点振速灵敏度级B参考值取1)]平均值dB标准偏差dB12345678900090902753509578685850626304958344184110349505391034078396281043253054608679310977126748826061877707314505774261151620300847187011016354351046108008360259608353061809808803021006507483574983903082955774805510401169900134641061608729707810206443824370113831213939参考传声器单元的声场灵敏度级校准引入的测量不确定度分量u2 参考传声器单元选择自由场型工作标准传声器单元,其声场灵敏度级由自由场比较法校准,也可对静电激励器法或耦合腔比较法的校准结果进行自由场修正后使用,校准结果在0u2 B0fB fz

)3被校传感器和参考传声器单元的电压级之差测量引入的测量不确定度分量校准过程中,被校传感器和参考传声器单元的电信号输出由多通道声分析仪采集,以某型号为例,根据出厂参数,考虑多通道声分析仪的绝对幅值精度、频响及幅值线性度,被校传感器和参考传声器单元的电压级之差测量的最大允许误差为,