水声换能器的混响声场校准方法 (编制说明)

《水声换能器的混响声场校准方法》

（征求意见稿）

编制说明

《水声换能器的混响声场校准方法》编制组

二〇二二年六月

1项目背景

1.1任务来源

本标准由哈尔滨工程大学提出，由中国声学学会归口，列入中国声学学会

2021年第一批团体标准制定计划。本标准为推荐性团体标准，属自行制定。本部

分按照《GB/T1.1-2020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规

则给出的规则》起草。

本标准起草单位：哈尔滨工程大学、中国科学院声学所、中国船舶集团有限

公司第七一五研究所。

1.2标准制定的目的和意义

随着水声设备类型的增多、频率范围的扩展、性能的提高等，都不断地对水

声计量测试提出了许多新的要求，水声测量声场与测量方法不断创新完善。混响

声场作为常用水声测量声场，在水声换能器校准研究与工程应用日渐成熟，根据

我国水声计量测试发展现状，水声换能器校准方法标准进入新一轮的制定和修订

阶段，有必要将混响声场校准方法纳入到水声换能器校准方法之列。

混响声场条件下水声换能器校准方法的标准化，将填补水声换能器在混响声

场校准中的空白，完善水声换能器校准体系；发挥混响声场校准中的独特优势，

有助于促进水声计量技术的稳步、协调发展，将服务于我国的水声学混响声场计

量应用，本标准将有利于确保全国范围内水声产品测量结果的准确可靠。

1.3制定本标准的采标原则

标准制定遵循“科学性、实用性、统一性、规范性”的原则，综合参考和借鉴

国内外声学测量行业现行国际及国家标准的基础上，结合水声测量实践，完成该

团体标准的制定。

1.4工作过程

2020年11月中国声学学会团体标准起草会议确定《水声换能器的混响声

场校准方法》团体标准的起草立项。

2021年1月—5月由各起草单位主要技术人员组成的编制组建立，对相关

3

的技术资料调研和分析，提出标准大纲并予以讨论，哈尔滨工程大学组织标准初

稿起草。

2021年6月—12月编制组开展混响法测量辐射声功率示验，为标准的编写

提供试验数据支撑，哈尔滨工程大学联合七〇一、七一九所完成辐射声功率的技

术操作的数据分析并形成技术报告，报告以标准附件形式展示。

2022年1月10日编制组邀请行业专家对本文件的网络视频研讨会，形成

了团体标准修改稿。

2022年1月22日组织召开中国声学标准团体标准网络会议，对本标准再次

讨论和修改。主要修改内容如下：

重新定义空间平均均方声压、混响半径和混响水池的下限频率。

增加互易换能器的定义。

条款3.12修改空间平均均方根声压的定义为空间平均均方声压的平方根。

条款5.1修改两个区域间距为lr4c，并在图1中标注。

将条款中的测量步骤分为1、2、3使表述清晰顺畅。

对混响水池的要求进行统一。

将被校水听器和标准水听器的间距表述为下限频率波长的1/4。

2022年3月，学会标准化委员会将该标准的征求意见稿，并提交中国声学

学会公开征求意见。

2编制原则和确定主要内容

2.1编制原则

本标准严格按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的

结构和起草规则》的规则要求起草。

本标准的编制贯彻协调一致性和相容性原则，与现行的相关国家标准、行业

标准和规范相协调。

4

本标准编制是通过国内情况的调研，广泛收集各方资料，征求相关单位专家、

技术人员的意见，通过验证试验评估，制定出测量条件、测量装置和测量方法等

技术要求。

2.2主要内容

主要内容包括以下五部分：

（1）范围。

本标准规定水声换能器在混响声场条件下的校准方法，分为混响声场互易法

和混响声场比较法。混响声场互易法适用于标准水听器的电压灵敏度的校准；混

响声场比较法适用于接收水听器的电压灵敏度和发射换能器发送电压响应的校

准。

本标准通常所考虑的频率范围是从100Hz至100kHz。

（2）规范性引用文件。

（3）术语和定义。

本标准中的术语和定义，与GB/T3947—1996《声学名词术语》基本保持一

致，增加了：

条款3.8空间平均均方根声压是指在混响声场中均方声压的空间域平均值

的平方根。

条款3.14混响水池的下限频率是指在某混响水池中应用混响法的最低适用

频率，是水池尺度和池壁声学性能所严格确定的，混响水池的下限频率判定依据

和计算方法可参考D.Lubman.SpatialAveraginginaDiffuseSoundFields.J.Acous.

Soc.Am,1969,46(3):532-534。

（4）混响声场互易法校准：校准原理、校准条件、校准方法、校准不确定

度。

（5）混响声场比较法校准：接收水听器混响声场灵敏度的校准、发射换能

器发送电压（电流）响应灵敏度的校准、校准不确定度。

5

3主要试验(或验证)情况分析

为了对标准的试验方法进行验证，编制组对水声计量和测试单位进行广泛调

研，开展大量验证实验，在此基础上对标准草案进行论证、补充和完善。

2021年10-12月，在哈尔滨工程大学水声技术重点实验室的混响水池和混

响水箱中，开展多种型号水声换能器校准验证性试验。混响水池长度15m、宽度

9m、水深6m，混响箱长度9.2m、宽度3m、水深1.7m，玻璃水池1.5m、宽度

0.9m、水深0.6m。编制组按照标准所规定的测量要求，对关键性技术内容进行

试验验证，并完成测量示例。

a.混响声场校准的频率范围与混响水池的尺度有关，对于不同尺度的混响

水池，其校准的下限频率不同，根据理论公式(参见标准公式(1))：

Tc3

f0.3360(1)

sV

式中：T60是混响时间，单位为秒（s）；c是声波在水中传播的速度，单位为米

/秒（ms）；V是混响水池体积，单位为立方米（m3）。各个水池的下限频率分

别为：300Hz、2kHz和5kHz。对混响水池的下限频率验证是通过在不同的水池

中，下限频率附近，混响声场空间平均均方声压的标准差来判定的，表1给出在

三个水池中下限频率附近的200个空间测点情况下，空间平均均方声压标准差。

表1空间平均均方声压标准差

混响水池混响水箱玻璃水池

水池类型

（fs=300Hz）（fs=2kHz）（fs=5kHz）

标准差0.62dB0.56dB0.71dB

b.校准的水池适应性试验，使用工作频率1kHz-20kHz的球型换能器作为发

射换能器，对一个接收水听器进行互易校准，校准结果如图1所示，对比同一个

接收水听器在不同混响水池中使用混响声场互易校准法的校准结果，校准结果与

自由场互易法校准结果相差不超过±1dB。

6

-160

混响箱校准

-162混响水池校准

玻璃水池校准

-164

自由场校准

-166

-168

-170

-172

-174

接收水听器灵敏度级/dB-176

-178

-180

11.251.622.53.15456.381012.51620

频率/kHz

图1不同水池中接收水听器灵敏度校准结果

4知识产权说明

本标准具有智力创造的性质，属于科学领域内的作品，属于著作权（版权）

保护的范畴。版权属于哈尔滨工程大学。

为了降低成本，发展经济并且促进技术的发展和产品质量的提高，允许相关

单位无偿使用本标准。

本标准不涉及专利。

5产业化情况，推广运用论证和预期达到的经济效果等情况

本标准规定的水声换能器的混响声场校准方法与现行标准的水声换能器校

准方法相互补充又凸现优势，特别是解决了非消声水池中水声换能器的校准问题。

可应用于高校及科研院所的换能器科学研究实验，也可应用于换能器生产厂家的

生产及维修校准。得益于水声换能器的混响声场校准方法高效便捷、低成本的特

点，为更好的服务水声换能器的发展，应积极面向设计与生产单位推广使用。

该标准的制定，将有助于水声换能器计量的多元化发展，有利于高校、科研

院所及换能器生产单位声学计量的开展，提高其声学计量能力与水平，促进我国

水声换能器声学装备的发展。

7

6采标情况

无。

7与有关的现行法律、法规和强制性国家标准的关系

本标准照的编写按《GB/T1.1-2020标准化工作导则第1部分：标准化文件

的结构和起草规则的规定起草。与现行相关法律法规、规章及有效标准相协调，

无冲突。

8重大分歧意见的处理经过和依据

本标准在编写过程中没有重大意见分歧。

9标准性质的建议说明

本标准为推荐性中国声学学会标准。

10贯彻国家标准的要求、措施和建议

本标准规定的水声换能器的混响声场校准方法，与现行标准的换能器校准方

法既相互补充又凸现优势，特别是解决了非消声水池中水声换能器的校准问题。

为更好的服务于水声换能器的发展，应积极面向换能器设计与生产单位推广使用。

组织措施：在中国声学学会的组织协调下，以标准起草工作组成员为主成立

标准宣贯小组，向各相关单位积极主动宣传。

技术措施：组织撰写标准宣贯材料，组织开展标准宣贯培训工作，向需求单

位开展技术指导。

11废止现行有关标准的建议

无。

8

12其他应予说明的事项

虽然在标准的起草过程中，编制组开展了大量的实地调研工作，尽可能使标

准科学合理，但由于工作的局限性，难免有疏忽之处，为提高标准质量，请各单

位在看征求意见稿的过程中，如发现需要修改和补充之处，请将意见和有关资料

反馈给我们，谢谢支持。

9

目录

1项目背景...............................................................................................................................3

1.1任务来源...............................................................................................................3

1.2标准制定的目的和意义....................................................................................3

1.3制定本标准的采标原则....................................................................................3

1.4工作过程...............................................................................................................3

2编制原则和确定主要内容...............................................................................................4

2.1编制原则...............................................................................................................4

2.2主要内容...............................................................................................................5

3主要试验(或验证)情况分析.............................................................................................6

4知识产权说明......................................................................................................................7

5产业化情况，推广运用论证和预期达到的经济效果等情况................................7

6采标情况...............................................................................................................................8

7与有关的现行法律、法规和强制性国家标准的关系.............................................8

8重大分歧意见的处理经过和依据..................................................................................8

9标准性质的建议说明.........................................................................................................8

10贯彻国家标准的要求、措施和建议.........................................................................8

11废止现行有关标准的建议...........................................................................................8

12其他应予说明的事项.....................................................................................................9

2

1项目背景

1.1任务来源

本标准由哈尔滨工程大学提出，由中国声学学会归口，列入中国声学学会

2021年第一批团体标准制定计划。本标准为推荐性团体标准，属自行制定。本部

分按照《GB/T1.1-2020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规

则给出的规则》起草。

本标准起草单位：哈尔滨工程大学、中国科学院声学所、中国船舶集团有限

公司第七一五研究所。

1.2标准制定的目的和意义

随着水声设备类型的增多、频率范围的扩展、性能的提高等，都不断地对水

声计量测试提出了许多新的要求，水声测量声场与测量方法不断创新完善。混响

声场作为常用水声测量声场，在水声换能器校准研究与工程应用日渐成熟，根据

我国水声计量测试发展现状，水声换能器校准方法标准进入新一轮的制定和修订

阶段，有必要将混响声场校准方法纳入到水声换能器校准方法之列。

混响声场条件下水声换能器校准方法的标准化，将填补水声换能器在混响声

场校准中的空白，完善水声换能器校准体系；发挥混响声场校准中的独特优势，

有助于促进水声计量技术的稳步、协调发展，将服务于我国的水声学混响声场计

量应用，本标准将有利于确保全国范围内水声产品测量结果的准确可靠。

1.3制定本标准的采标原则

标准制定遵循“科学性、实用性、统一性、规范性”的原则，综合参考和借鉴

国内外声学测量行业现行国际及国家标准的基础上，结合水声测量实践，完成该

团体标准的制定。

1.4工作过程

2020年11月中国声学学会团体标准起草会议确定《水声换能器的混响声

场校准方法》团体标准的起草立项。

2021年1月—5月由各起草单位主要技术人员组成的编制组建立，对相关

3

的技术资料调研和分析，提出标准大纲并予以讨论，哈尔滨工程大学组织标准初

稿起草。

2021年6月—12月编制组开展混响法测量辐射声功率示验，为标准的编写

提供试验数据支撑，哈尔滨工程大学联合七〇一、七一九所完成辐射声功率的技

术操作的数据分析并形成技术报告，报告以标准附件形式展示。

2022年1月10日编制组邀请行业专家对本文件的网络视频研讨会，形成

了团体标准修改稿。

2022年1月22日组织召开中国声学标准团体标准网络会议，对本标准再次

讨论和修改。主要修改内容如下：

重新定义空间平均均方声压、混响半径和混响水池的下限频率。

增加互易换能器的定义。

条款3.12修改空间平均均方根声压的定义为空间平均均方声压的平方根。

条款5.1修改两个区域间距为lr4c，并在图1中标注。

将条款中的测量步骤分为1、2、3使表述清晰顺畅。

对混响水池的要求进行统一。

将被校水听器和标准水听器的间距表述为下限频率波长的