GB T 17312-1998 声级计的无规入射和扩散场校准.pdf

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1、前言本标准是根据国际电工委员会标准 电声学 声级计的无规入射和扩散场校准制定的 在技术内容上与之等效本标准的编写格式和规则遵循 标准化工作导则第一单元标准的起草与表述规则第一部分标准编写的基本规定 和它的第一号修改单的规定对于 章中给出的测量不确定度 为了避免误解增加了一条注说明该不确定度不包括系统引起的误差本标准的附录 和附录 都是提示的附录本标准由中华人民共和国电子工业部提出本标准由全国电声学和视听设备标准化技术委员会归口本标准起草单位 南京大学本标准主要起草人赵其昌前言国际电工委员会 是一个世界范围内的标准化组织由所有的国际电工委员会 成员国组成 的目的在于促进电的和电子的领域内所有的与

2、标准化有关的问题的国际间的合作 除了其他活动外 最终出版国际标准 它们的制定是委托技术委员会进行的 任何一个对涉及的课题感兴趣的 国家委员会都可以参加制定工作 与 建立关系的国际的政府的和非政府的组织也参与制定 与国际标准化组织 根据两组织之间共同确定的条件紧密合作由所有对该问题特别关心的国家委员会参与的技术委员会所制定的 有关技术问题的正式决议或协议尽可能地表达了对涉及的问题在国际上的一致意见这些决议或协议以标准技术报告或导则的形式出版 以建议的形式供国际上使用并在此意义上为各国家委员会所接受为了促进国际上的统一 国家委员会在最大可能的范围内 在它们的国家或地区标准中采用 标准 标准与相应的

3、国家或地区标准之间任何不一致处应在本文中清楚表明国际标准 由 技术委员会 电声学 制定本标准的文本基于下列文件表决报告本标准赞同的表决情况见上表中的表决报告附录 和附录 仅为信息中华人民共和国国家标准声级计的无规入射和扩散场校准国家质量技术监督局 批准 实施范围本标准规定了测定声级计的无规入射灵敏度级的自由场校准方法和测定扩散场灵敏度级的扩散场校准方法本标准的目的在于使扩散场灵敏度级可以与无规入射灵敏度级互换 校准方法的选择决定于测试条件按照本标准进行校准的结果决定于暴露在声场中的声级计的部件本标准适用于通用的声级计积分平均声级计或任何其他声测量系统引用标准下列标准所包含的条文 通过在本标准中

4、引用而构成为本标准的条文 本标准出版时所示版本均为有效 所有标准都会被修订 使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性声学测量中的常用频率倍频程和分数倍频程滤波器声级计的电声性能及测试方法声学 噪声源声功率级的测定 混响室精密法和工程法声学 噪声源声功率级的测定 消声室和半消声室精密法声学 实验室标准电容传声器的特性与规范积分平均声级计电声学名词术语定义本标准采用下列定义参考方向在测试声级计的自由场灵敏度级和指向特性时制造厂规定的声入射方向无规入射声场对于给定的频率或以该频率为中心的频带 由从各个方向具有相同几率和相等声级相继到达某一给定位置的自由声波组成的声场扩散声场对于给定的频率或

5、以该频率为中心的频带 由从各个方向具有相同几率和相等声级近乎同时到达某一给定位置的声波组成的声场无规入射灵敏度级对于给定的频率或以该频率为中心的频带 声级计的无规入射灵敏度级为该声级计在无规入射声场中所示的时间平均声压级减去当该声级计不在时同一声源的声波在传声器的声中心位置处所引起的时间平均声压级 以分贝表示扩散场灵敏度级对于给定的频率或以该频率为中心的频带 声级计的扩散场灵敏度级为该声级计在扩散场中所示的时间平均声压级 减去当该声级计不在时传声器的声中心位置处声场的时间平均声压级 以分贝表示自由场灵敏度级对于给定的频率或以该频率为中心的频带 声级计的自由场灵敏度级为在声波以规定方向入射的自由

6、场中该声级计所示的时间平均声压级 减去当该声级计不在时传声器的声中心位置处声场的声压级 以分贝表示声压灵敏度级对于给定的频率或以该频率为中心的频带 声级计的声压灵敏度级为声压均匀作用于传声器膜片表面时声级计所示的声压级减去在膜片上的实际声压级以分贝表示自由场校准方法对于每一个频率或以该频率为中心的频带声级计的无规入射灵敏度级 单位为分贝用下式计算式中 声级计的指向性因数它是对于一个到达传声器的所有可能的声入射角具有相等的灵敏度的理想的无指向性响应的偏离的度量声级计对于参考方向声入射角的自由场灵敏度级 它等于声级计暴露于从参考方向声入射到传声器的平面行波时所示的声压级声级计不在时 同一平面行波的

7、声压级对于每个声级计 通常是不同的 而指向性因数仅决定于尺寸和几何形状因此对于同一型号的所有仪器它是相同的为了确定指向性因数 假设声级计的传声器的声中心位于参照坐标系的原点 声级计的参考方向与坐标系的 轴一致声波从位于球表面的声源以不同方向入射到声级计上 声源的位置矢量从坐标原点起 定义为 见图图 在自由场中作无规入射灵敏度级校准时的参照坐标系指向性因数 由下列公式计算得到式中 当平面行波从 方向到达传声器时声级计所示的声压级当平面行波从参考方向到达传声器时声级计所示的声压级与声源位置 有关的立体角元对围绕球的表面上所有可能的入射角进行积分实际测量时用声入射角 和 来描述更为方便 如图 所示

8、从 轴量度 角位于与 轴垂直的平面内从 平面内的水平线起量度 于是指向性因数 由下式给出图 在自由场中用于实际测量无规入射灵敏度级的参照坐标系在实际测定无规入射灵敏度级时 必须限定声入射方向的数量 对于某一方向声级计所示的声压级被认为是所选方向附近区域的代表值假定在 和 的足够小的增量范围内声压级 为常数 并且将 和 的范围分别分成 和等分即 和 公式 可以近似为其中角 和 的单位为弧度 可以从公式 得到无量纲的校正因子的下列表达式 如果 在整个积分范围内不改变符号则对于 或 则注为了简化本文下面将省略 和 脚码当 与 无关时以下文本中将省略校正因子依赖于 的记号是计及用于各次测量的计权后的校

9、正因子该计权正比于立体角的大小 该立体角为围绕声级计的球表面的面元所张的角附录 描述了根据公式 测定无规入射灵敏度级的实际使用的方法无规入射灵敏度级的测量应在满足 附录 要求的消声室内进行 测量可以用离散频率的正弦声 波 或无规噪声 应给出按 的优选频率和不大于 倍频程带宽的结果带通滤波器应满足 中 级或 级要求当使用离散频率正弦信号测量时为了保证结果的一致性有必要在所需的频率范围内用每个倍频程带宽内至少 次测量结果的平均来计算 和 频率的选择在对数轴上应是等距离分布的平均应采用均方根平均扩散场校准方法扩散场校准方法是以声级计的扩散场灵敏度级与参考声级计的扩散场灵敏度级相比较为依据 这时在扩散

10、场中 被测设备的传声器与参考系统的传声器相继精确的放置在同一位置 参考声级计可以用自由场测量的方法来进行校准 见第 章 假如指向性因数已知 则用自由场校准 或者假如扩散场和声压灵敏度级之差已知则用声压校准 见附录 和表对于每一个频带 两个扩散场灵敏度级之差 由下式给出式中 被测声级计所示声压级参考声级计所示声压级如果参考声级计是根据第 章校准的则扩散场灵敏度级 应用下式计算式中 参考声级计的无规入射灵敏度级如果参考声级计是在自由场中校准的并且指向性因数已知 即见表 则扩散场灵敏度级应用下式计算式中 参考声级计对于参考方向声入射时的自由场灵敏度级它等于参考声级计的指向性因数如果参考声级计是经过声

11、压校准的并且扩散场灵敏度级和声压灵敏度级之差已知即见表扩散场灵敏度级 应由下式计算式中 参考声级计的声压灵敏度级参考声级计的扩散场灵敏度级与声压灵敏度级之差扩散场灵敏度级的测量应在满足 附录 要求的混响室内进行测量可以用宽带无规噪声或经滤波的无规噪声 应给出不大于 倍频程带宽的结果 积分时间应足够长以保证在同等测试条件下重复测量的测试结果的标准偏差小于带通滤波器应满足 中 级和 级的要求附录 描述了测定扩散场灵敏度级的实际使用的方法附录提示的附录自由场校准方法的实施测量步骤要点自由场方法中 声入射角的改变是通过相对于声源旋转被测仪器来实现的 在消声室中 声级计的传声器的声中心和声源保持固定的位

12、置保持传声器和声源固定的位置的同时应考虑消声室中声场的不完善引起的小的误差尽管它比较小为了说明测试步骤要点 图 给出了被测仪器在一固定坐标系中的状况和声源被移动到不同的位置 以建立不同方向的声入射 声波被认为是通过一个中心在坐标系的原点的虚球表面到达的如图 所示声源在坐标系中的 平面和 平面中移动声源的位置大约等于公式 中角度 的增量为 所描述的位置 另一方法是 如果声源保持在同一固定的位置 声级计其传声器的声中心保持在原点在 平面和 平面内绕原点旋转 则可以得到同样的声入射角对于在 平面内旋转 将被测仪器安装在转台 转盘上容易做到 如图 所示 在 平面内的旋转可将被测仪器绕它的中心轴转 来实

13、现见图为了选择合适的声入射角的数目 见图 将球面分成合适的一定数目的小表面单元 每一单元的形状和大小决定于所选的角度 如果选择声入射角为等角度步进 则球面将不能分成等面积的单元 然而如果每一个单元是整个球表面面积的一个小部分 只要最大的单元将不大于整个球表面积的而如何分法并不重要注 声源放在距传声器恒定的距离处传声器在 或 平面内 这种安放位置所引起的球表面的分割子区如图所示 除了相应于参考方向的位置外还显示了三个声源的位置 以说明从表面面元的中心入射图 声级计的位置 它的传声器在球中心并且以沿 轴的声入射方向为参考方向将从通过面元中心的方向来的声波认为它代表从由面元的边界限定的立体角内的方向

14、到达传声器的声波 因为各个面元的表面积不相等从该方向测量的声压级必须根据面元的面积来校正 计权 如果选择角度的增量为 球的表面积被分为 个子面积其中最大一块近似为球面总表面积的小于 的规定 在表 中给出了在 和 两平面内角度增量为 用公式 和计算的校正因子注 声入射与 轴一致的参考方向坐标的原点位于传声器的声中心图 被测声级计安装在转台上以得到在 平面内不同方向的声入射注 为了区分测量的入射角 在声级计旋转 之前称为 旋转之后称为图 将被测声级计在 平面内绕与参考方向一致的轴旋转 然后如图 在 平面内旋转一周为了决定校正因子 可以采用各种近似 本标准对于声入射角 的校正因子 用公式 计算对于

15、和 则对于 和 用公式 计算式中 入射角为 时的校正因子从参考方向起度量的入射角角度增量注 替代在环绕球表面上的声源的位置之间的等角度间距选择表面积的面元位置使它们的面积都相等那么每一个声压级的测量具有相等的计权 如果球面分成 个等面积的面元面元的中心位置包括 掠入射和每一个面元的面积是球总表面积的 在水平面上的入射角是并且在与之垂直的平面中除 和 外具有相同的角度表 当 时用于计算无规入射灵敏度级的校正因子声入射角注 测量在两个正交平面内进行角度增量为测量步骤对于自由场灵敏度级 的测量 被测仪器可以用参考传声器替代来进行测量 对于指向性因数的测量被测仪器固定在旋转器转台 上使旋转中心与传声器

16、的声中心一致 见图 由仪器制造厂规定的参考方向应位于旋转平面内 声源应置于被测仪器的旋转平面内注 被测仪器的支撑系统应该尽可能做到对声场的影响小 又不影响机械稳定性选择到声源的距离当声源以恒声功率辐射时 使得在任何测试频率在距传声器 的范围内 声压级随位置的变化应不超过选择声源的声压级使得在所有感兴趣的频率获得可能的最好的信噪比信噪比应不小于对于 的测量在声级计每次旋转期间声压级应该保持恒定 对于 的测量 声压级应随频率保持恒定测量应在被测声级计要求的频率范围内进行自由场灵敏度级 的测量对于每一个频率或给定中心频率的频带 应如下进行测量和计算用一个经自由场校准好的参考传声器替代被测仪器 测量声

17、压级 传声器的参考方向与声源的方向一致 读出所测的声压级 见第 章将被测仪器系于支撑架上使其传声器的声中心与参考传声器的声中心重合 并且参考方向与声源的方向重合读出所测的声压级 见第 章从 计算自由场灵敏度级 给出 见第 章注 为确保与 一致 应为制造厂规定的参考声压级 并且在 范围内指向性因数的测量和计算对于每一个频率或给定中心频率的频带 应如下进行测量和计算将被测仪器系于旋转台上 使传声器的声中心与旋转中心重合见图调被测仪器使其参考方向与 轴重合见图用被测仪器测量声压级读出所测的声压级 见第 章以合适的小增量 即 旋转被测仪器 在每一个新的位置测量声压级 记下所测声压级将被测仪器绕它自身的

18、轴旋转 见图 重复 的步骤记下所测声压级对于每一个频率 用下式计算方向性因数 每一步进为式中 以参考方向声入射的平面行波到达传声器时 被测仪器所示的声压级声源位于 平面内在 角时被测仪器所示的自由场声压级 其中 角从参考方向算起 表示测量是等效于在 平面内移动声源声源等效位于 平面内在 角时被测仪器所示的自由场声压级 其中 角从参考方向算起 表示测量是等效于在 平面内移动声源计及运用到各个声压级的计权后的校正因子 见 和表注意 和 因此这些测量仅计及一次注如果被测声级计对于参考方向旋转对称 指向性测量仅需在一个平面内进行即按照 指向性因数由下式给出如果声入射角选择 个等表面积面元 见 注 则指

19、向性因数的计算简化为对于每一个频率 用下式计算无规入射灵敏度级无规入射灵敏度级可以用表或曲线给出注结果的一致性见如果参考方向不垂直于传声器的膜片则指向性因数的测量必须在相应于 角增量为 的四个平面内进行 见图 实际上可以在四个 方向夹住声级计来代替两个 的步骤 见图 校正因子 应随坐标变化即为表 给出的值的一半附录提示的附录扩散场校准方法的实施测量步骤参考声测量系统应该具有尽可能近似为 的指向性因数 传声器的支撑物或任何其他设备不向传声器直接反射声波推荐参考声级计包含符合 的 型或 型传声器 作为一个信息型传声器的指向性因数和扩散场灵敏度级与压力灵敏度级的差 作为频率的函数在表中给出混响室内在

20、较低频率和较高频率范围内常常不能获得充分的扩散 因此扩散场灵敏度的测量应在室内几个位置进行 被测设备的传声器和参考声级计应该在房间内沿圆周路径移动 圆周的平面不应平行于房间的任何一个壁面 圆的半径应大于 或三倍于声级计的最大线度同时至少采用两个无指向性声源可以改进声场的扩散度 信号应不相关 并且在所有频带应有几乎相等的声功率例如 两个相同类型的参考声源 应注意用参考声级计和被测声级计测量声压级时要确保有足够长的积分时间注 在同等测试条件下重复测量 和 以上的频率采用 的积分时间 和低于 的频率采用 的积分时间 和低于 的频率采用 的积分时间能够获得测试结果的标准偏差为 在低于 的频率积分时间超

21、过 是必要的测量应在被测声级计要求的频率范围内进行通过与参考声级计所测的声压级相比较来测量扩散场灵敏度级 该参考声级计是按照第 章和附录 的程序校准的对于给定中心频率的每一个频带 应如下进行测量和计算用参考声级计替代被测仪器 测量声压级 记下所测声压级 见第 章将被测仪器系在支撑架上其传声器的声中心与参考声级计的声中心相重合 记下所测的声压级计算 见公式计算 见公式通过与经自由场校准的参考声级计所测的声压级相比较来测量扩散场灵敏度级 该参考声级计的自由场灵敏度级 和指向性因数 已知自由场灵敏度级和指向性因数应该用附录 所描述的方法确定对于给定中心频率的每一个频带 应如下进行测量和计算用参考声级

22、计代替被测仪器 测量声压级 记下所测声压级 见第 章将被测仪器系在支撑架上其传声器的声中心与参考声级计的声中心相重合 记下所测的声压级计算 见公式计算 见公式通过与参考声级计所测的声压级相比较来测量扩散场灵敏度级 该参考声级计的声压灵敏度级和声压灵敏度级与扩散场灵敏度级之差已知如果用 型传声器作参考扩散场和声压灵敏度级之差 从表 中可以得到对于给定中心频率的每一个频带 应如下进行测量和计算用参考声级计替代被测仪器 测量声压级 记下所测声压级 见第 章将被测仪器系在支撑架上其传声器的声中心与参考声级计的声中心相重合 记下所测的声压级表 型传声器的特性优选频率 扩散场和声压灵敏度级之差注 所有数据

23、均用纯音测定计算 见公式计算 见公式测定表 中给出的数值所用的测量方法一个传声器 用作声发送器 接收系统的组成为被测传声器 传声器前置放大器 低频截止频率变更到 测量放大器 外接低频截止频率为的滤波器 一个设置 带宽滤波的窄带分析仪 和一个数字分析系统 具有 模数转换器连接到一个大规模的数字计算机从四个预测定的振幅样值重新构成接收到的信号 该样值是在每一个信号周期内按相位等间隔取样 用于下列计算的每一个振幅取样是直到 个个别取样的平均 频率响应函数是由 次测量构成该测量在 范围内对数间隔进行 为了内插使用了一个 函数 阶函数灵敏度函数用调节个别函数值直至得到最大的预先描述的弯曲来平滑 因而 可以去掉不需要的房间反射所引起的曲线上的波动表中的数据是在优选频率点从被平滑的灵敏度函数中得到的 并取整到 测量的不确定度估计为注 上述不确定度不包括测量系统引起的误差产品的商标名是一个商业上可提供的适宜的产品的例子 本信息是为了给予本标准的使用者以方便并不表示国家质量技术监督局对该产品的认可