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消声室仪器计量校准方法的探讨

发布时间:2020-9-5 10:0:17  浏览:

消声室是一种声学实验室,是用人工的方法模拟自由声场。随着社会经济水平和生产力的发展,人们对电子设备的声学品质的要求也日益提高,作为能提供模拟自由声场环境的声学实验室,其应用也越来越广泛,其声学性能指标直接影响声学测试的精度,因此,对消声室进行定期校准就显得越来越重要。JJF1147—2006《消声室和半消声室声学特性校准规范》规定了消声室和半消声室的校准项目和校准方法,目前国内仅有少量检测机构具备消声室的校准和检测能力,本文根据自身的校准经验对消声室的校准方法做一个探讨。

 1、消声室校准项目

1.1本底噪声的校准

本底噪声是消声室的一项重要性能指标,一些声学测试规范根据其测试精度的要求各自规定了背景噪声级的修正方法,如GB/T6882—2008《声学声压法测定噪声源声功率级消声室和半消声室精密法》规定了当背景噪声级比声源运行时测得的声压级低10~20dB时,需要进行背景噪声修正,因此消声室用户需要了解本底噪声的大小,方能更加精确地进行声学测试。

由于消声室本底噪声一般都比较低,因此本底噪声的测量需要选用低噪声传声器,使得传声器内部电噪声不会影响仪器校准结果。在消声室内选择3~5个测点,这些测点一般位于房间几何中心及常规工作位置,采用倍频程滤波器测量其A计权总声压级。测量结果如图1所示。

 

消声室本底噪声测量结果 

由图1可以看到,此消声室的A计权总声压级低于20dB。

 

1.2频率范围和空间范围的校准

1.2.1基本原理

消声室的自由场频率范围和空间范围是根据测量位置上的声压级与满足反平方律的声压级之间的偏差来确定的。JJF1147—2006提供的计算方法引入了一个中间变量q,“强行”将声压级Lp与测量点距离声源声中心距离r的非线性关系转化为线性关系,并拟合q与r之间的线性关系得到理论的反平方律声压级。该方法经试验验证存在“远端对齐”的现象,即远离声源处的测量值与理论值偏差的绝对值更小,自由场特性更好,这与理论和公认观点不符。针对该不合理现象,蒲志强团队提出了直接拟合声压级与测点到声源声中心的距离之间非线性函数关系的方法,钟静团队提出采用只依

据一个实测值来计算声压级理论值的方法。本文的做法摒弃了JJF1147—2006中的做法,即在测量前确定各点的理论值。

理论上,自由声场内满足:pr=A(p为测点的声压;r为测点到声中心的距离;A为与声源声功率有关的常量)。将上式带入声压级公式,得出:

Lp=-20lgr+20lgA+93.8

即自由声场的理论声压级应为一条形状与-20lgr相同的对数曲线,该对数曲线随声源的声功率不同在坐标轴上上下移动。如用于电声仪器校准的消声室,允许有±1.0dB的偏离,做出测量理论声压级及其上下限边界如图2所示。因此测得的声压-距离曲线包含于上下限曲线之内就认为在此频率范围和空间范围该消声室满足自由声场的条件。

 

声压振幅与距离的关系和上下限

 

1.2.2校准实例

以下是一家音响公司的半消声室进行校准的实例。该半消声室大小为:2.5m×5.0m×4.2m,测量其中之一条路径为半消声室地面几何中心到消声室顶面一角的路径,记为OA,O点和A点坐标分别为(0,0,0)和(-1.25,2.5,4.2)。

采用传声器自动步进牵引装置,使得传声器自动沿OA路径进行步进测量的方法,设置参数如下:步进距离:0.1m;每个步进点采集时间:30s;采样起始点:声源外0.5m处;采样终止点:距离消声室顶角0.3m;滤波器选择:1/3倍频程滤波器。

实际测得的数据如表1所示,这里只列出了其中的倍频程测点。

从表1可以看到,该条路径在以声源为中心的远场范围0.5~1.9m,频率范围160~20000Hz以内,其声压幅值和距离的关系满足反平方律规律。


同理可以测得其余四条路径的曲线也满足反平方律规律,因此可以判定该消声室的自由空间半径为1.9m,频率范围为160~20000Hz。

 2.5验证

为验证配制的空气中一氧化碳气体标准物质浓度的可靠性,对国家标准物质空气中一氧化碳气体标准物质[GBW08120,10.2×10-6mol/mol(Urel=1%,k=2);GBW(E)061046,(50~500)×10-6mol/mol(Urel=2%,k=2)和(500~10000)×10-6mol/mol(Urel=1.5%,k=2)]进行了测定,其相对偏差均小于标准物质的不确定度(见表9),结果表明配制的空气中一氧化碳气体标准物质准确可靠。

 

 


3结论

本研究运用称重法制备了空气中一氧化碳气体标准物质,具有很好的压力稳定性,在6个月以上考察期内,其浓度稳定,具有较好的长期稳定性。研制的空气中一氧化碳气体标准物质的标准值和不确定度结果表达为:标准值(10.0~10.0×102)×10-6mol/mol,Urel=2%,k=2。

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