實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)傳聲器(自由場互易法)

1實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)傳聲器(自由場互易法)檢定規(guī)程本規(guī)程適用于滿足GB/T20441.1—2010規(guī)定的LS1型和LS2型實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)傳聲器的首次檢定、后續(xù)檢定和使用中檢查。JJG175—2015工作標(biāo)準(zhǔn)傳聲器(靜電激勵器法)JJG449—2014倍頻程和分?jǐn)?shù)倍頻程濾波器GB/T3102.7聲學(xué)的量和GB/T3947聲學(xué)名詞術(shù)語GB/T20441.1—2010電聲學(xué)測量傳聲器第1部分：實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)傳聲器規(guī)范GB/T20441.3—2010電聲學(xué)測量傳聲器第3部分：采用互易技術(shù)對實(shí)驗(yàn)室凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本規(guī)程；凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規(guī)程。本規(guī)程采用GB/T3102.7中規(guī)定的量和單位。JJF1001—2011、JJF1034—2005和GB/T3947界3.1實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)傳聲器laboratorystandardmicrophone可用原級校準(zhǔn)方法，如密閉耦合腔互易法，校準(zhǔn)到很高準(zhǔn)確度的電容傳聲器?？紤]隨時間的穩(wěn)定性和對環(huán)境條件的依賴性，其機(jī)械尺寸和電聲特性要滿足嚴(yán)格的要求。[GB/T20441.1—2010,定義3.2]3.2互易傳聲器reciprocalmicrophone線性無源的傳聲器，其開路的正向和逆向轉(zhuǎn)移阻抗在幅值上是相等的。[GB/T20441.3—2010,定義3.1]3.3傳聲器聲中心acousticcentreofamicrop對于發(fā)送傳聲器，給定頻率的正弦信號和規(guī)定的方向和距離上的一個點(diǎn)，圍繞這個點(diǎn)在小范圍內(nèi)觀察，從這個點(diǎn)呈現(xiàn)一個發(fā)射的近似的球形波陣面。[GB/T20441.3—2010,定義3.3]23.4電轉(zhuǎn)移阻抗electricaltransfer對于2只聲耦合傳聲器的系統(tǒng)，用作接收的傳聲器的開路電壓與用作發(fā)送的傳聲器注：單位為歐姆(Ω)。[GB/T20441.3—2010,定義3.5]3.5聲轉(zhuǎn)移阻抗acousti對于2只聲耦合傳聲器的系統(tǒng)，作用于接收傳聲器膜片上的聲壓與用作發(fā)送的傳聲注：單位為帕秒每立方米(Pa·s/m3)[GB/T20441.3—2010,定義3.6]實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)傳聲器(以下簡稱傳聲器)是一種基于電容量變化實(shí)現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換的換能器，是聲學(xué)計(jì)量中重要的標(biāo)準(zhǔn)器。傳聲器的自由場互易校準(zhǔn)是指在自由聲場中利用三只傳聲器，其中至少兩只為互易傳聲器，通過對它們兩兩配對的接收靈敏度與發(fā)射靈敏度之比的測量，實(shí)現(xiàn)傳聲器自由場靈敏度的校準(zhǔn)，非互易傳聲器只能用作聲接收器。5.1自由場靈敏度級的頻率響應(yīng)對于LS1P型傳聲器(在1000Hz～8000Hz頻率范圍)和LS2P型傳聲器(在3150Hz～20000Hz頻率范圍),自由場靈敏度級與相應(yīng)頻率點(diǎn)處修正因子(見表1)之差的不均勻度(最大和最小靈敏度級的差值)不大于2dB。LS2F型傳聲器(在3150Hz～20000Hz頻率范圍內(nèi))的不均勻度不大于2dB。表1傳聲器0°入射自由場與壓力場靈敏度級修正因子3表1(續(xù))頻率/Hz1)制造商的名稱或商標(biāo)；2)產(chǎn)品的型號；3)產(chǎn)品的序列號。每只傳聲器應(yīng)附有單獨(dú)的出廠校準(zhǔn)資料。出廠校準(zhǔn)資料應(yīng)包括該傳聲器的靈敏度級、正常工作需要的極化電壓、參考頻率。如需做氣壓、溫度和相對濕度的修正，則應(yīng)計(jì)量器具控制包括首次檢定、后續(xù)檢定和使用中檢查。7.1.1參考環(huán)境條件空氣溫度：(18～28)℃;相對濕度：(25～85)%;靜壓：(90～105)kPa。7.1.3計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)及主要配套設(shè)備在本規(guī)程規(guī)定的工作頻率內(nèi)，計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)及主要配套設(shè)備的功能、性能要求如下：1)參考傳聲器：作為檢定中的參考傳聲器，應(yīng)符合GB/T20441.1—2010對實(shí)驗(yàn)42)聲頻信號發(fā)生器：在測量頻率范圍內(nèi)，頻率示值誤差不超過±0.1%,諧波失真小于0.5%,相對于參考頻率(通常選取4000Hz)的幅頻特性優(yōu)于±0.1dB。3)聲校準(zhǔn)器：能產(chǎn)生參考頻率(通常選取250Hz)的正弦聲壓信號，準(zhǔn)確度等級為LS級。4)互易校準(zhǔn)儀：在檢定的頻率范圍內(nèi)，頻率響應(yīng)應(yīng)優(yōu)于±0.1dB,總諧波失真小于0.01%,極化電壓為(200±0.05)V,檢定期間極化電壓的穩(wěn)定度優(yōu)于±10mV。5)前置放大器：具有插入電壓校準(zhǔn)功能，頻率響應(yīng)在所需要的頻率范圍內(nèi)優(yōu)于±0.2dB,輸入端短路噪聲低于3μV(A計(jì)權(quán))。6)測量放大器：頻率響應(yīng)在所需要的頻率范圍內(nèi)優(yōu)于±0.2dB。7)數(shù)字電壓表：最大允許誤差不應(yīng)超過土0.1%,輸入阻抗不應(yīng)小于1MΩ;8)帶通濾波器：在檢定的頻率范圍內(nèi)，滿足JJG449—2014對1級1/3倍頻程濾波9)自由聲場：在1kHz～20kHz頻率范圍內(nèi)，工作區(qū)內(nèi)自由聲場偏離應(yīng)小于0.1dB。10)氣壓表：在檢定環(huán)境條件內(nèi)，最大允許誤差不應(yīng)超過±0.2kPa。11)溫度計(jì)：在檢定環(huán)境條件內(nèi)，最大允許誤差不應(yīng)超過±0.2℃。12)濕度計(jì)：在檢定環(huán)境條件內(nèi)，最大允許誤差不應(yīng)超過±4%。13)游標(biāo)卡尺：在(0～500)mm測量范圍內(nèi)的最大允許誤差為±0.2mm。7.2檢定項(xiàng)目傳聲器的首次檢定、后續(xù)檢定和使用中檢查項(xiàng)目見表2。檢定項(xiàng)目首次檢定后續(xù)檢定外觀檢查十十十自由場靈敏度級的頻率響應(yīng)十十注：“十”表示需檢定項(xiàng)目，“—”表示不需檢定項(xiàng)目。7.3.1外觀檢查目視檢查傳聲器的標(biāo)志，應(yīng)符合6.1的要求。7.3.2校準(zhǔn)資料校準(zhǔn)資料應(yīng)符合6.2的要求。在自由場靈敏度級的檢定之前，依據(jù)JJG175—2015中7.3.2規(guī)定的方法對傳聲器5I?31本方法將三只互易傳聲器(其中至少有一只自由場靈敏度已知的實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)傳聲器用作參考傳聲器)按圖1所示兩兩交替置于自由聲場中進(jìn)行聲耦合，根據(jù)互易原理和公式推導(dǎo)，傳聲器的平面自由場靈敏度為：為電轉(zhuǎn)移阻抗。為電轉(zhuǎn)移阻抗。p——空氣密度，kg/m3;d?,dz,d?——兩傳聲器聲中心間距，I?、I?、I?——傳聲器1、2、3作發(fā)送時的電流，A;U?、U?、U?——傳聲器1、2、3作接收時的開路輸出電壓，V。傳聲器的自由場靈敏度可通過測量以上公式中的參量后計(jì)算得到。利用電壓比和插入電壓技術(shù)，測量其電轉(zhuǎn)移阻抗，或直接測量電壓電流比等參數(shù)后，計(jì)算出傳聲器的自由場靈敏度級。7.3.3.2電轉(zhuǎn)移阻抗的測量JJG482—20176圖2自由場靈敏度級檢定裝置框圖檢定裝置按規(guī)定時間預(yù)熱，以保證極化電壓充分穩(wěn)定。調(diào)節(jié)支架系統(tǒng)在水平和垂直方向的偏離，使其小于3mm。具體測量步驟如下：接收傳聲器的開路電壓采用插入電壓技術(shù)進(jìn)行測量。a.三只傳聲器記為：1、2、3,將作發(fā)送和接收的傳聲器1和2分別連接發(fā)射部分和接收部分的前置放大器后安裝在支架上，精確測量兩傳聲器的聲中心距離，傳聲器的聲中心值可以查閱圖表(見附錄A)。b.將開關(guān)k?、k?置于圖中所示位置，在待校準(zhǔn)頻率由聲頻信號發(fā)生器供給發(fā)送傳聲器一定電壓(使傳聲器發(fā)送信號的失真度小于1%)時，讀取發(fā)射端取樣電容兩端的電壓U:,i?(已知取樣電容的阻值，即可得到發(fā)送電流i)和接收傳聲器在數(shù)字電壓表上的示值U。c.將開關(guān)k?、k?置于圖中所示相反位置，由聲頻信號發(fā)生器在接收端插入電阻上施加一個插入電壓Ug,12,調(diào)節(jié)插入電壓UR,12,使得接收端數(shù)字電壓表的示值等于U,此時，插入電壓即為接收傳聲器的開路電壓。得到電轉(zhuǎn)移阻抗Z,12為：Ug,i?——聲頻信號發(fā)生器施加的插入電壓，V;Ue,12——發(fā)射端取樣電容兩端的電壓，V;Z.——發(fā)射端取樣電容的阻抗，Ω。交換傳聲器，重復(fù)以上步驟可得：77.3.3.3自由場靈敏度級的計(jì)算測出三個電轉(zhuǎn)移阻抗后，在dz=d?=d?=d傳聲器在頻率為f時的自由場開路靈敏度級：的條件下，可按下面公式計(jì)算三只△A=8.686a是空氣衰減系數(shù)，可直接查表得出(見附錄B)。查驗(yàn)引入的參考傳聲器靈敏度級的計(jì)算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值之差應(yīng)小于等于其測量結(jié)果不確定度0.2dB,若滿足，測量數(shù)據(jù)有效；否則測量數(shù)據(jù)無效，需重新測量。同時應(yīng)考慮被檢傳聲器是否完全具備互易特性。7.3.3.4自由場靈敏度級頻率響應(yīng)改變頻率，按7.3.3.2和7.3.3.3依次測量并計(jì)算：場靈敏度級，由此得到傳聲器的自由場靈敏度級頻率響應(yīng)。自由場靈敏度級頻率響應(yīng)符合5.1的規(guī)定。16kHz、20kHz頻率點(diǎn)的自由場靈敏度級，由此得到傳聲器的自由場靈敏度級頻率響應(yīng)。自由場靈敏度級頻率響應(yīng)符合5.1的規(guī)定。7.4檢定結(jié)果的處理7.4.1所有數(shù)據(jù)應(yīng)先計(jì)算，后修約，出具檢定結(jié)果的數(shù)據(jù)應(yīng)修約至小數(shù)點(diǎn)后兩位。7.4.2應(yīng)對被檢傳聲器作出合格與否的結(jié)論。經(jīng)檢定合格的傳聲器發(fā)給檢定證書；檢定不合格的傳聲器發(fā)給檢定結(jié)果通知書，并注明不合格的項(xiàng)目。7.4.3檢定證書和檢定結(jié)果通知書的內(nèi)頁應(yīng)包括檢定條件、檢定項(xiàng)目、檢定結(jié)果等內(nèi)容，格式見附錄C中的C.1、C.2。傳聲器的檢定周期一般不超過2年。8傳聲器的聲中心位置的數(shù)據(jù)根據(jù)定義，傳聲器聲中心位置取決于取向、頻率以及觀測點(diǎn)到換能器的距離。對于足夠遠(yuǎn)的觀測點(diǎn)，聲中心位置對校準(zhǔn)不確定度的影響將減小，膜片的中心可以取作為聲中心。一般互易校準(zhǔn)在150mm～600mm的距離范圍進(jìn)行，可以應(yīng)用表A.1中數(shù)據(jù)。這些聲中心位置的數(shù)據(jù)是參照主軸并且是相對于膜片的表面給出的，它是頻率的函數(shù)，適用于LS1P和LS2P傳聲器。正的數(shù)據(jù)表明聲中心是在膜片的前方。在表中的數(shù)據(jù)的不確定度在傳聲器共振頻率以下時小于2mm。頻率 頻率9空氣衰減系數(shù)GB/T20441.3—2010附錄B提供了作為頻率、溫度、氣壓和相對濕度的函數(shù)的空表B.1給出了計(jì)算所得的實(shí)驗(yàn)室一般環(huán)境條件下自由場互易校準(zhǔn)的聲壓空氣衰減表中數(shù)據(jù)為△A,用dB/m表示，即為8.686C.1檢定證書內(nèi)頁格式頻率自由場靈敏度級測量不確定度