IEC 61094-22009AMD12022 修改件1.电声学.测量传声器.第2部分用互易技术对实验室标准传声器进行压力校准的主要方法标准立项发展报告

StandardizationDevelopmentReport:Amendment1-Electroacoustics-MeasurementMicrophones-Part2:PrimaryMethodforPressureCalibrationofLaboratoryStandardMicrophonesbytheReciprocityTechnique标准立项发展报告：IEC61094-2:2009/AMD1:2022《修改件1.电声学.测量传声器.第2部分:用互易技术对实验室标准传声器进行压力校准的主要方法》摘要随着电声测量技术的迅猛发展，实验室标准传声器作为声学量值传递的核心器具，其压力校准方法的国际标准化工作始终受到全球计量机构与电声产业界的高度关注。本报告围绕国际电工委员会（IEC）发布的IEC61094-2:2009/AMD1:2022《修改件1.电声学.测量传声器.第2部分:用互易技术对实验室标准传声器进行压力校准的主要方法》展开系统论述。报告首先概述了该标准修改件的立项背景与修订历程，阐明其在国际电声计量体系中的基础性地位；继而从技术角度详细分析了修改件对原标准正文、附录及相关引用文件的修订内容，重点探讨了互易校准技术在测量不确定度评定、频率范围扩展及数字信号处理应用等方面的技术改进。报告还介绍了主要参与修订的标准化组织机构及其工作职责，并从标准应用角度分析了该修改件对声学计量机构、传声器制造企业和检测认证行业的多维影响。最后，报告对实验室标准传声器校准技术的未来发展趋势进行了展望。本报告旨在为电声计量领域的技术人员和管理人员提供系统的标准解读与参考。关键词：电声学；测量传声器；压力校准；互易技术；实验室标准；IEC标准；国际标准化；计量学AbstractWiththerapidadvancementofelectroacousticmeasurementtechnology,theinternationalstandardizationofpressurecalibrationmethodsforlaboratorystandardmicrophones,whichserveascoreinstrumentsforacousticalquantitytraceability,hasattractedsustainedattentionfromglobalmetrologyinstitutionsandtheelectroacousticindustry.ThisreportsystematicallyaddressesIEC61094-2:2009/AMD1:2022,"Amendment1-Electroacoustics-MeasurementMicrophones-Part2:Primarymethodforpressurecalibrationoflaboratorystandardmicrophonesbythereciprocitytechnique."Thereportbeginsbyoutliningthebackgroundandrevisionhistoryofthisamendment,establishingitsfundamentalpositionwithintheinternationalelectroacousticmetrologyframework.Itthenprovidesadetailedtechnicalanalysisofthemodificationstotheoriginalstandardtext,annexes,andrelatednormativereferences,withparticularemphasisonimprovementsinmeasurementuncertaintyevaluation,extendedfrequencyrangeconsiderations,andapplicationsofdigitalsignalprocessinginreciprocitycalibration.Thereportalsointroducestheprincipalparticipatingorganizationsandtheirresponsibilitiesintherevisionprocess,followedbyananalysisoftheamendment\u2019smulti-dimensionalimpactonacousticalcalibrationlaboratories,microphonemanufacturers,andtestingandcertificationindustries.Finally,futuredevelopmenttrendsinlaboratorystandardmicrophonecalibrationtechnologyarediscussed.Thisreportaimstoprovidesystematicinterpretationandreferencefortechnicalpersonnelandadministrativeprofessionalsinthefieldofelectroacousticmetrology.Keywords:Electroacoustics;Measurementmicrophones;Pressurecalibration;Reciprocitytechnique;Laboratorystandards;IECstandards;Internationalstandardization;Metrology一、引言传声器作为将声信号转换为电信号的换能器件，是一切声学测量的基础。在声学计量体系中，实验室标准传声器（LaboratoryStandardMicrophones,LSM）扮演着最高量值基准的角色，其校准准确度直接关系到环境噪声监测、助听器性能评估、汽车噪声测试、消费电子产品声学评价以及噪声职业暴露评估等多个领域的测量结果可信度。为确保全球范围内声学量值的统一与可溯源，国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission,IEC）下设的技术委员会IEC/TC29（电声学技术委员会）长期致力于测量传声器的国际标准化工作。IEC61094系列标准是国际电声计量领域最具权威性的标准文件体系，其涵盖测量传声器的术语定义、压力校准方法、自由场校准方法、工作标准传声器规范等多个方面。其中，IEC61094-2规定了采用互易技术对实验室标准传声器进行压力校准的主要方法，是声学计量中一级校准的核心技术依据。该标准最初发布于1992年，后经多次修订，现行版本为IEC61094-2:2009。2022年2月，IEC正式发布了针对该标准的第1号修改件（AMD1:2022），对标准内容进行了技术性更新和补充。这一修改件的发布，反映了国际电声计量领域在测量不确定度评定方法、数字信号处理技术和国际比对结果应用等方面的最新进展，对于提升实验室标准传声器压力校准的准确度和国际一致性具有重要意义。本报告将就该标准的立项背景、技术内容、修订要点、参与机构及发展前景等方面进行系统介绍与分析。二、标准制修订背景与立项依据2.1国际电声计量标准体系概览国际电工委员会（IEC）成立于1906年，是制定和发布国际电工电子标准的权威组织。IEC/TC29（电声学技术委员会）负责电声学领域的国际标准化工作，其工作范围涵盖传声器、扬声器、助听器、声级计、听力计等各类电声设备及测量方法。在传声器标准方面，IEC61094标准系列构建了一个完整的标准体系：-IEC61094-1：测量传声器——第1部分：实验室标准传声器的规范；-IEC61094-2：测量传声器——第2部分：用互易技术对实验室标准传声器进行压力校准的主要方法；-IEC61094-3：测量传声器——第3部分：用互易技术对实验室标准传声器进行自由场校准的主要方法；-IEC61094-4：测量传声器——第4部分：工作标准传声器的规范；-IEC61094-5：测量传声器——第5部分：用对工作标准传声器的压力校准方法；-IEC61094-6：测量传声器——第6部分：静电激励器；-IEC61094-7：测量传声器——第7部分：户外传声器测量声场的时间差方法；-IEC61094-8：测量传声器——第8部分：工作标准传声器的自由场校准方法。IEC61094-2在该体系中居于基础性的核心地位，因为压力校准是其他各类校准的基础，通过压力响应与自由场响应之间的转换关系，可以推导出传声器的自由场灵敏度，进而服务于不同应用场景下的声学测量。实验室标准传声器的压力校准结果也是声学量值国际比对和国内量值传递的基准依据。2.2IEC61094-2的历史沿革IEC61094-2标准的发展历程可以追溯至20世纪80年代。1988年，IEC/TC29根据国际声学计量领域的发展需求，启动了测量传声器压力校准方法的国际标准制定工作。经过多轮草案讨论和国际比对验证，IEC61094-2:1992《测量传声器——第2部分：用互易技术对实验室标准传声器进行压力校准的主要方法》于1992年首次发布。该标准基于声学互易原理，利用互易换能器的可逆性，通过电测量来确定传声器的声学灵敏度。这一方法不依赖于任何其他传声器作为参考，因此属于绝对校准方法，即原始校准方法（primarymethod）。互易校准在原理上具有完善的物理基础，能够提供低不确定度的校准结果，因此在各国的声学计量机构中得到了广泛应用。随着测量技术的发展和国际计量比对结果的分析，IEC/TC29于2000年代末启动了该标准的修订工作。2009年，IEC正式发布了IEC61094-2:2009版本。该版本在1992年版的基础上，对校准程序、环境条件控制、数据处理方法、不确定度评定等方面进行了全面修订。2009年版体现了当时互易校准技术在理论和实验方面的最新进展。2.3修改件AMD1:2022的立项背景近年来，随着国际单位制（SI）的重新定义和测量不确定度表示指南（GUM）的不断发展，各国计量院在互易校准技术上取得了多方面的显著进步。主要驱动力包括：-数字信号处理（DSP）技术的广泛应用：现代互易校准系统广泛采用基于FFT分析和数字滤波的信号采集与处理技术，极大地提升了测量效率和信噪比，使得校准频段扩展和不确定度降低成为可能；-测量不确定度评定方法的演进：国际上对不确定度评定的要求日趋严谨，JCGM100:2008（GUM）及其补充文件的发布为不确定度评定提供了系统的方法论框架，修订需要与该框架保持一致性；-国际比对结果的技术反馈：国际计量委员会（CIPM）下属的声学、超声与振动咨询委员会（CCAUV）组织了一系列关键比对（如CCAUV.A-K1、CCAUV.A-K2等），这些比对的参与方在比对过程中积累了丰富的技术经验，也发现了部分标准条款需要进一步明确和补充；-校准频率范围的扩展需求：部分应用领域（如航空航天、超声医学等）需要在更高频率或更低频率范围内使用实验室标准传声器，这要求校准方法在扩展频段内具有良好的适用性；-编写规则的国际统一：IEC/ISO导则的更新要求对所有现行标准进行规范性调整。在上述背景下，IEC/TC29于2019年前后启动了IEC61094-2:2009修改件的制定工作，经过工作组多次讨论、征求意见和最终投票，该修改件于2022年2月4日正式发布。2.4标准修改件的基本信息与技术定位IEC61094-2:2009/AMD1:2022由国际电工委员会（IEC）下属的IEC/TC29（电声学技术委员会）归口管理，标准语言为英语和法语，国别归属为国际组织。该标准在国际标准分类法（ICS）中的分类号为17.140.50（电声学），标准状态为现行有效。该修改件不对IEC61094-2:2009的主体结构进行根本性调整，而是针对特定条款进行修正、补充和更新。从标准技术定位来看，该修改件仍然保持IEC61094-2作为实验室标准传声器压力校准领域最核心的原始校准方法标准的地位。三、标准技术内容与主要修订点3.1互易校准技术的原理概述在深入分析修改内容之前，有必要对互易校准技术的基本原理作一简要回顾。互易校准基于声学互易定理，即对于线性、无源、可逆的声学系统，其声学传递函数具有对称性。对于传声器而言，一个线性无源的传声器在作为接收器时的灵敏度和作为发射器时的响应之间存在确定的关系，这一关系可通过电声互易原理加以利用。在IEC61094-2规定的标准操作程序中，通常需要三只传声器组成校准组合：若三只传声器中至少有两只是互易的，则通过三组两两组合的声-电-声测量，可以联立求解出三只传声器的绝对灵敏度。校准过程中，需要在封闭的耦合腔内建立已知声场，精确测量传声器的电输入/输出信号以及耦合腔的声学特性（包括腔内声速、绝热压缩系数等），并通过电转移阻抗的测量来确定传声器的压力灵敏度。3.2修改件的主要技术内容IEC61094-2:2009/AMD1:2022对原标准的技术性修改可归纳为以下几个方面：（1）引用标准的更新。修改件对原标准引用的规范性文件进行了系统性更新，确保修改后的标准文件与当前版本的国际标准保持一致。这包括对IEC61094-1、IEC61094-3以及其他相关引用标准的版本和条款引用方式的修订。引用标准的更新是确保标准体系协调一致的基础性工作。（2）测量不确定度评定条款的补充与细化。修改件在测量不确定度评定的框架和要求方面进行了修订。修改件补充了更多关于不确定度来源分析、不确定度分量间的相关性处理、合成标准不确定度和扩展不确定度的计算方法等条款。特别是针对互易校准中声学耦合腔体积测定、声学阻抗修正、边缘效应修正和热传导效应修正等关键环节的不确定度贡献，给出了更明确的评定指导。修改件的这一调整与国际计量委员会下属的声学、超声与振动咨询委员会开展的互易校准国际比对结论密切相关。（3）信号采集与处理技术的更新。修改件将数字信号处理技术方面的最新进展纳入标准框架，对采用正弦信号激励、多频点同步测量、快速傅里叶变换等信号处理方式进行补充。现代互易校准系统已从传统的模拟锁相放大技术向数字化采集和软件相关分析过渡，修改件在数据处理方法的描述上做出了与当前技术现状相适应的调整。（4）对标准正文的编辑性修正。修改件对原标准中的若干文字表述进行了编辑性修正，以消除歧义、统一术语使用、修正公式中的笔误，并优化了部分条款的编排结构。3.3标准修改的计量学意义IEC61094-2:2009/AMD1:2022中关于不确定度评定的补充和细化，对提高全球范围内实验室标准传声器压力校准结果的等效性具有实质性的推动作用。在CCAUV组织的互易校准国际比对中，各参与国家计量院已发现不确定度评定方法的不一致可能导致校准结果差异无法被恰当地解释。修改件通过明确不确定度来源和量化方法，将促进各实验室采用更加协调一致的评定方法，提高校准结果的国际可比性。四、责任机构与主要参与单位IEC61094-2:2009/AMD1:2022的标准制定和修订工作由国际电工委员会下设的IEC/TC29（电声学技术委员会）负责。根据IEC工作章程，IEC/TC29的工作范围包括电声测量仪器和方法、声学系统的电声性能和测量方法的标准化。在IEC/TC29的组织架构中，设有若干工作组（WorkingGroups,WG）分别负责不同专业领域的标准制修订工作。在IEC61094-2标准的历次修订过程中，各国国家委员会（NationalCommittees）均可以推荐专家参与工作组的工作。来自各国计量院（如德国联邦物理技术研究院PTB、中国计量科学研究院NIM、美国国家标准技术研究院NIST、英国国家物理实验室NPL等）和主要传声器制造商的专家在标准修订中承担了大量核心技术工作。这些计量机构在电声计量领域拥有深厚的技术积累和丰富的国际比对经验，其参与确保了标准修改件既具有理论严谨性，又兼顾工程实用性。4.1IEC/TC29的组织架构与工作模式IEC/TC29设有主席、秘书处及多个工作组。秘书处目前由意大利承担。各工作组的召集人（Convenor）负责组织专家成员进行标准草案的讨论和编制。IEC标准制定遵循分阶段流程，包括：新工作项目提案（NWIP）、工作草案（WD）、委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）、最终国际标准草案（FDIS）及正式出版（IS）等阶段。每个阶段均需经过严格的投票和意见处理程序，以保证标准的广泛接受性和技术严谨性。4.2德国联邦物理技术研究院（PTB）的贡献在IEC61094-2:2009/AMD1:2022的修订工作中，德国联邦物理技术研究院（Physikalisch-TechnischeBundesanstalt,PTB）的专家发挥了关键作用。PTB是德国国家计量机构，也是世界上技术能力最为全面的计量科学研究院之一。在声学计量领域，PTB拥有国际领先的传声器互易校准装置，其不确定度水平处于世界前列，同时也是IEC/TC29中最为活跃的参与机构之一。PTB在针对本修改件的标准制定过程中主要承担了以下工作：（1）提供互易校准关键技术的实验数据与技术验证（包括扩展频率范围校准稳定性的验证实验）；（2）组织并参与国际比对以验证标准修改方案的可行性；（3）主持不确定度评定相关条款的起草工作；（4）在IEC/TC29框架内协调欧洲各国计量院的意见