GB T 20441.1-2010 电声学 测量传声器 第1部分：实验室标准传声器规范.pdf

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1、ICS 1714050A 59 a园中华人民共和国国家标准GBT 204411-2010IEC 61094-1：2000代替GBT 11670-1989电声学测量传声器第1部分：实验室标准传声器规范Electroacoustics-Measorement microphones-Part 1：Specifications for laboratory standard microphones2010一12-01发布(IEC 61094-1：2000，IDT)201 1-05-01实施宰瞀髁鬻瓣警糌瞥星发布中国国家标准化管理委员会仪1”刖 置GBT 2044112010IEC 61094-1：2

2、000GBT 20441电声学测量传声器分为7个部分：第1部分：实验室标准传声器规范；第2部分：采用互易技术对实验室标准传声器的声压校准的原级方法；第3部分：采用互易技术对实验室标准传声器的自由场校准的原级方法；第4部分：工作标准传声器规范；第5部分：工作标准传声器比较法校准方法；第6部分：测定频率响应的静电激励器；第7部分：实验室标准传声器的自由场灵敏度和声压灵敏度之间的差值。本部分为GBT 20441的第l部分。本部分等同采用IEC 610941：2000测量传声器第1部分：实验室标准传声器规范(英文版)。同时根据GBT112000的要求，本部分对IEC 610941：2000作了适当的编

3、辑性修改：将IEC前言改为本国前言。本部分代替GBT 11670-1989声学实验室标准电容传声器的特性与规范。本部分与GBT 11670一1989主要不同点：a)删去了CBlaP和CB2aP的尺寸系列。b) 实验室标准传声器用字母“LS”(即“实验室标准”的英文首字母)表示，而不再用“CB”。c)增加了LS2P及其技术指标。本部分由全国电声学标准化技术委员会(sACTC 23)提出并归口。本部分主要起草单位：中国科学院声学研究所、衡阳衡仪电气有限公司、中国计量科学研究院、中国电子科技集团公司第三研究所。本部分主要起草人：章汝威、李晓东、刘湘衡、陈剑林、翁泰来、路阳。本部分所代替标准历次版本的

4、发布情况为：GBT 11670一1989。GBT 204411-2010IEC 610941：2000电声学测量传声器第1部分：实验室标准传声器规范1范围本部分规定了用作实验室标准的电容传声器的机械尺寸和电声特性，使得声压的量值得以实现，并可使声压测量达到最高的测量准确度。本规范确保用互易法作简单易行的原级校准。本部分规定了按实验室标准电容传声器的机械尺寸和电声特性建立的分类体系，以便于规范校准方法，实现实验室间的比对，包括同一传声器在不同实验室的校准和一给定校准系统下的传声器的互换性。2规范性引用文件下列文件中的条款通过GBT 20441的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件

5、，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。IEC 60050(801)：1994国际电工词汇801章：声学和电声学ASME B11：1989统一的英制螺纹(UN和UNR螺纹牙形)3术语和定义下列术语和定义适用于本部分。注：下划线表示复数。31电容传声器condenser microphones利用电容量变化工作的传声器。注：电容传声器的工作是通过恒定电荷来实现的，这些恒定电荷从外部的极化电压获得，极化电压由具有适当高内阻的电源产生。32实验室标准传声器la

6、boratory standard microphone可用原级校准方法，如密闭耦合腔互易法，校准到很高准确度的电容传声器。考虑随时间的稳定性和对环境条件的依赖性，其机械尺寸和电声特性要满足严格的要求。33开路电压open-circuit voltage传声器除了连接它的接地屏蔽结构(72中有结构说明)外，没有其他电负载时，用插入电压技术测得的传声器电输出端的交流电压为开路电压。单位：伏特，V。注：电容传声器的电端电压与其负载有关，该负载由传声器到前置放大器之间的机械的和电气的装置产生。所以用来测量传声器开路电压的前置放大器应满足72的要求。34传声器声压灵敏度pressure sensiti

7、vity of a microphone对给定频率和给定环境条件的正弦声波，传声器开路电压与均匀作用于传声器的膜片I-(11p传声器】GBT 204411-2010IEC 610941：2000的声学端)声压的比值。它是个复数，当不计相位时，可用其模表示。单位：伏每帕，VPa。35传声器的声压灵敏度级pressure sensitivity level 0f a microphone声压灵敏度的模与基准灵敏度之比的以10为底的对数乘以20。其表达式为：Mp=20 lg掣式中：M。传声器声压灵敏度级，单位为分贝(dB)；|M。I传声器声压灵敏度的模，单位为伏每帕(VPa)；M，传声器的基准灵敏度

8、，1 VPa。36传声器自由场灵敏度free-field sensitivity of a microphone对给定频率和给定环境条件下的指定入射方向的正弦平面行波，传声器开路电压与在声场中引入传声器前存在于传声器声中心位置处的自由场声压的比值。它是个复数，当不计相位时，可用其模表示。单位：伏每帕，VPa。注1：当频率足够低以至于声场受传声器的干扰可忽略时，自由场灵敏度接近于声压灵敏度(见69的实验限定条件)。注2：声中心的位置是频率的函数。37传声器自由场灵敏度级free-field sensitivity level of a microphone自由场灵敏度的模与基准灵敏度之比的以10

9、为底的对数乘以20。其表达式为：M，=20 ig掣式中：M；传声器声压灵敏度级，单位为分贝(dB)；IMtI传声器声压灵敏度的模，单位为伏每帕(VPa)；M，传声器的基准灵敏度，1 VPa。38传声器扩散场灵敏度diffuse-field sensitivity of a microphone在扩散场中，对给定频率和给定环境条件下的正弦声波，传声器开路电压与在声场中引入传声器前存在于传声器声中心位置处的声压的比值。它是个复数，当不计相位时，可用其模来表示。单位：伏每帕，VPa。注1：当频率足够低以至于声场受传声器的干扰可忽略时，扩散场灵敏度接近于声压灵敏度。注2：声中心位置是频率的函数。39传

10、声器扩散场灵敏度级diffuse-field sensitivity level of a microphone扩散场灵敏度的模与基准灵敏度之比的以lo为底的对数乘以20。其表达式为：Md=20 lg掣GBT 204411-2010IEC 610941：2000式中：M。一一传声器扩散场灵敏度级，单位为分贝(dB)；IM。l一一传声器声压灵敏度的模，单位为伏每帕(VPa)；M。传声器的基准灵敏度，1 VPa。310传声器电阻抗electrical impedance of a microphone对于给定频率的正弦信号，当传声器与接地屏蔽结构(72中有结构说明)连接时，加在传声器电端的电压与其

11、引起的通过该端的电流的复数比值。单位：欧姆，n。注：传声器电阻抗是膜片声负载的函数。311传声器声阻抗acoustic impedance of a microphone对于给定频率的正弦信号，传声器电端负载为无穷大阻抗时，均匀作用在膜片上的声压与膜片体积速度的复数比值。单位：帕秒每立方米，Pasm3。312传声器声压灵敏度级的静压系数static premmt coefficient of microphone preeure semi蝴ty level在给定频率下，传声器声压灵敏度级随静压变化产生的增量与静压增量的比值。单位：分贝每帕，dBPa。注：静压系数是频率的函数。313传声器声压灵

12、敏度级的温度系数temperature coefficient of microphone pressure sensitivity level在给定频率下，传声器声压灵敏度级随温度变化产生的增量与温度增量的比值。单位：分贝每开尔文，dBK。注：温度系数是频率的函数。314传声器声压灵敏度级的相对湿度系数 relative humidity coefficient of microphone pressuresensitivity level对参考温度和静压，传声器声压灵敏度级随相对湿度变化产生的增量与相对湿度增量的比值。单位：分贝每相对湿度百分比，dBoA。315传声器声压灵敏度级的稳定性系

13、数stability coefficient of microphone pressure sensitivity level传声器存放在典型的实验室条件下，在规定时间内传声器声压灵敏度级的变化率。稳定性由以下两个量表示：a)长期稳定性系数(系统漂移)：由回归曲线的斜率表示，这条回归曲线是由一年中不同时间测量得到的声压灵敏度级通过最小二乘法拟合得到。单位；分贝每年，dByear。b)短期稳定性系数(可逆变化)：由10 d中不同时间测量得到的声压灵敏度级标准偏差表示。单位：分贝，dB。4参考环境条件参考环境条件是：3GBT 204411-2010IEC 61094-1：2000温度：23静压：1

14、01325 kPa相对湿度：505实验室标准传声器分类51概述给定声场中的声压一般与位置有关，理想情况是由无穷小尺寸和无穷大声阻抗的换能器在某一点上测量。但是，实际的传声器具有一定大小的尺寸和声阻抗，以及传声器的安装，都会使声压的实际测量偏离理想情况。通过不同的理想声场中定义不同的传声器灵敏度来计及衍射效应，如声压灵敏度，自由场灵敏度和扩散场灵敏度。传声器一般是通过设计使得上述三种灵敏度中的一种在尽可能宽的频率范围内与频率基本无关。52类型标识实验室标准传声器用便于记忆的标识来描述，它由字母LS(英文“实验室”和“标准”的首字母)后接一位表示机械结构的数字，以及表示电声特性的第三个字母构成。第

15、三个字母可以是P或F，分别表示传声器的声压灵敏度或自由场灵敏度在尽可能宽的频率范围内近似地与频率无关。例如，标识为LS2P，表示机械结构为2型，作为频率函数的声压灵敏度近似为常数的实验室标准传声器。类型标识并不妨碍这些传声器在其他条件下使用，作适当校正后，均可在压力场，自由场或扩散场条件下使用。注：本部分不包括具有近似恒定扩散场灵敏度传声器的规范。6实验室标准传声器特性61灵敏度应用互易原理测定实验室标准传声器灵敏度(为频率的函数)的原级方法在本标准中的第2和第3部分给出。传声器通常装有保护栅罩，以防止膜片的意外损伤。对实验室标准传声器进行校准或精确测量声压级时，应除去保护栅罩。62声阻抗62

16、1概述传声器在驻波管或小封闭腔内测量声压时，通常要考虑传声器有限的声阻抗。在耦合腔进行互易校准时，传声器的声阻抗是总的声转移阻抗的主要部分。声阻抗作为频率函数，应至少在表3第2项的频率范围内给出。注：传声器的声阻抗可以通过具有相同谐振频率和低频阻抗的等效单自由度系统的集总参数表示。集总参数可以是声顺，声质量和声阻，也可以用低频时的等效体积、谐振频率和损失因数表示。谐振频率可以理解为在该频率下声阻抗的虚部为零。622传声器的等效体积传声器的声阻抗通常用参考环境条件下相应的复数空气等效体积来表示。传声器的声阻抗和其等效体积本质上不依赖环境条件。传声器的等效体积ye(单位：立方米)与声阻抗的关系如下

17、式表示：旦一岔GBT 2044112010IEC 61094-1：2000式中：*。参考条件下的比热比，在空气中，其值为140；P参考静压，单位为帕(Pa)；m角频率，单位为弧度每秒(rads)；五传声器声阻抗，单位为帕秒每立方米(Pasm3)。63传声器动态范围上限动态范围上限用传声器在劲度控制的低频频率范围内产生的总谐波失真为1的声压级表示。注：实际测定动态范围上限时，可能会受到传声器前置放大器特性的影响。64静压对传声器灵敏度的影响传声器灵敏度与静压有关。静压会影响膜片后空腔内空气的声顺和声质量。至少在表3第2项所示频率范围内，静压系数应作为频率函数给出，其适用的静压范围至少为80 kP

18、a至110 kPa。65温度对传声器灵敏度的影响传声器灵敏度与温度有关。温度会影响膜片后空腔内的空气质量。较大或较快的温度变化(温度冲击)可能会引起传声器灵敏度的永久性改变，这是由于传声器膜片的机械张力改变所致。至少在表3第2项所示频率范围内，温度系数应作为频率函数给出，其适用的温度范围至少为1825。66湿度对传声器灵敏度的影响传声器灵敏度与相对湿度有关。在温度为23、静压为101325 kPa和相对湿度范围至少为2580的条件下，以相对湿度系数来表示。67绝缘电阻传声器在温度为23、相对湿度为80、静压范围在80 kPa110 kPa的条件下暴露24 h后的最小电阻为绝缘电阻。注：该要求适

19、用于传声器的类型规格。执行校准时的环境条件适用于表3第9项在校准时的要求。68传声器灵敏度的稳定性传声器即使存放在典型的气候条件下，其灵敏度在一段时间后也会有所变化。长期稳定性系数应在参考环境条件下，频率为200 Hz1 kHz范围内某个频率点上(最好取500 Hz)测量。短期稳定性也应在同样条件下表述。69压力均衡泄漏膜片后腔通常装有一细的均压管以保证膜片两侧的静压相等。从而当频率非常低时，自由场灵敏度和扩散场灵敏度会明显低于声压灵敏度。压力均衡泄漏可用均压管和后腔构成系统的时间常数或下限频率来表示。下限频率定义为自由场灵敏度级比250 Hz时的声压灵敏度级低3 dB时所对应的频率。7规范7

20、1机械尺寸传声器的机械结构和相应的尺寸及公差，分别见图1和表1。膜片的直径近似于前腔的直径d。，制造者应予说明。制造者应说明以传声器中心电接触部分上所能承受的最大压力，这个压力不会引起传声器实际电声性能的明显变化。GnT 204411-2010mC 61094-1：2000LSlP型1膜片；2后极板；3绝缘体l4螺纹。Ls2aPLS2F型口 吐tZ一、 i一 I If JNIL业虹口以0吐jd 2377士005 127士003 12700313，2士003 1215003#也 237700593土003 9800034蟊 1860土0031170 1170#出 231120 20屯 2560U

21、NS_2B 60UNS-2B螺纹也 60 UNS-2B注1：LS2aP型和LS2bP型有相同的电声规范，但有机械上的细微差别(见表3)。注2：对于某些传声器来说，机械结构可能通过一个特殊的转接rl来获得，这种情况下外部尺寸d：的公差加倍。注3：螺纹使用的是非标准尺寸，d是2级内螺纹尺寸的大径(见ASME B11)。注4：对于LSlP型，内螺纹通常用于前腔，并且给定的直径ds是中径尺寸当使用螺纹时，螺纹的特征应该根据指定的60 UNS-2B(见ASME B11)，而也的公差可增加到土01 mm。注5：列出的如的值是推荐的标称值。目前一些传声器可能会与这些标称值有少许的信差。1屏蔽；2传声器安装螺

22、纹3绝缘体；4外壳。GBT 2044112010IEC 61094-1：2000图2与传声器机械连接的接地屏蔽参考结构表2圉2所示接地屏蔽结构的标称机械尺寸和公差 单位为毫米尺寸标记 LSlP型 LS2PLS2F型tdl 2377土005 127005#dz 2311 1170也 110土01 7o士0074出 9001 65土007Z1 25 30Z2 50士015 50015螺纹也 60UN孓2A 60UNS2A注：螺纹使用的是非标准尺寸，d：是2级外螺纹尺寸的大径(见ASME 1311)。73电声特性表3列出了电声特性规范。传声器应该与接地屏蔽结构(见72)连接。极化电压是200 V。制

23、造者应按表3所列项目给出的所有特性的典型规范(第12项除外)，同时，对表3中第1项和第2项，应随每个传声器分别给出实测数据。灵敏度级应以001 dB分辨率给出，同时说明测量不确定度。LSIP型传声器用于低频和中频，此时可以获得一个很高的校准准确度。此类传声器在8 kHz以上性能下降，因而不能应用在该频率以上频段。此外，由于在高频区有明显的指向性，在自由声场和扩散声场的测量过程中也会发生性能下降。LS2PLS2F型传声器可以扩展频率到20 kHz，但是其灵敏度低于LSIP型传声器。表3实验室标准传声器的电声特性LSlP型特性 注释 LS2P型 LS2F型 单位新 旧“灵敏度级1 200 Hz50

24、0 Hz 一26土2 30土5 37土3 38士2 dB(基准值：1 VPa)2 频率响应 在2 dB之内 108 000 107 000 1020 000 1020 000 HzGBT 204411-2010EC 61094-1：2000表3(续)LslP型特性 注释 LS2P型 LS2F型 单位新 IEl“3 等效体积 200 Hz500 Hz 150土80 95士55 10士5 9士3 mill34 共振频率 8 75 20 20 kHz动态范围上限5 失真1 130 124 145 145 dB(基准值20 FPa)002 002 0025 0056 静压系数 见64 dBkPa+O0

25、2 +002 +0025 -t-005002 002 002 00357 温度系数 见65 dBK+002 十002 +002 +00358 相对湿度系数 见66 10” 21010 1013 10“ n见6710 均压时间常数。 005 O05 O05 005152511 长期稳定系数 d002 O02 d002 d002 dByear250 Hz1 kHz152512 短期稳定系数 d002 d002 d002 d002 dB250 Hz1 kHz8“新”和“旧”分别表示LSlPn和LSlPo。b此列是那些已经停产的传声器的参数。根据类型名称，分别为声压或自由场灵敏度级的频率响应。d是所列频率范围内的最大和最小灵敏度级的差值。e如果不是用于特殊用途，时间常数不应该大于1 s，否则达不到短期稳定系数的要求。1这些数据来源于总时间超过10 d内的至少5次测量结果，而且两次测量之间的时间间隔不小于24 h。74辨识标志每个实验室标准传声器都应铭刻制造者规定的型号和各自的出厂编号。