JJF 1738-2019高声压测量传声器动态范围上限校准规范-(高清原版).pdf
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1、中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 7 3 82 0 1 9高声压测量传声器动态范围上限校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o r t h eU p p e rL i m i t o fD y n a m i cR a n g eo fH i g hS o u n dP r e s s u r eM e a s u r i n gM i c r o p h o n e s 2 0 1 9-0 9-2 7发布2 0 1 9-1 2-2 7实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布市场监管总局市场监管总局高声压测量
2、传声器动态范围上限校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o r t h eU p p e rL i m i t o fD y n a m i cR a n g eo fH i g hS o u n dP r e s s u r eM e a s u r i n gM i c r o p h o n e sJ J F1 7 3 82 0 1 9 归 口 单 位:全国声学计量技术委员会 起 草 单 位:湖南声仪测控科技有限公司中国计量科学研究院苏州集成校准检测认证有限公司深圳市计量质量检测研究院北京航天计量测试技术研究所 本规范委托
3、全国声学计量技术委员会负责解释J J F1 7 3 82 0 1 9市场监管总局市场监管总局本规范起草人:刘湘衡(湖南声仪测控科技有限公司)何龙标(中国计量科学研究院)周伦彬(苏州集成校准检测认证有限公司)牛 锋(中国计量科学研究院)张国庆(深圳市计量质量检测研究院)闫 磊(北京航天计量测试技术研究所)谭家腾(湖南声仪测控科技有限公司)J J F1 7 3 82 0 1 9市场监管总局市场监管总局目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语和计量单位(1)3.1 术语和定义(1)3.2 量和单位(1)4 概述(2)5 计量特性(2)5.1 级线性误差(2)5.2 总谐波失真(2)5.
4、3 动态范围上限(2)6 校准条件(2)6.1 环境条件(2)6.2 测量标准及其他设备(2)7 校准项目和校准方法(3)7.1 校准项目(3)7.2 测量装置(3)7.3 校准方法(4)8 校准结果表达(6)8.1 校准记录(6)8.2 校准数据处理(6)8.3 校准证书(6)8.4 校准结果的测量不确定度(6)9 复校时间间隔(7)附录A 校准记录的内容和格式(8)附录B 校准证书的内容和格式(1 0)附录C 测量不确定度评定示例(1 3)J J F1 7 3 82 0 1 9市场监管总局市场监管总局引 言本规范依据J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则所给出的规
5、则和格式编制,测量不确定度按照J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度的评定与表示的要求编写。本规范为首次发布。J J F1 7 3 82 0 1 9市场监管总局市场监管总局高声压测量传声器动态范围上限校准规范1 范围本规范适用于动态范围上限不超过1 7 1d B的电容式高声压测量传声器的动态范围上限及其附近区间级线性和总谐波失真的校准。其他类型的高声压测量传声器的校准也可参照本规范。2 引用文件本规范引用下列文件:J J F1 0 0 12 0 1 1 通用计量术语及定义J J F1 0 3 42 0 0 5 声学计量名词术语及定义J J F1 0 5 9.12 0 1 2
6、测量不确定度评定与表示G B/T3 9 4 71 9 9 6 声学名词术语凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3 术语和计量单位3.1 术语和定义J J F1 0 0 12 0 1 1、J J F1 0 3 42 0 0 5和J J F1 0 5 9.12 0 1 2界定的及以下术语和定义适用于本规范。3.1.1 动态范围 d y n a m i cr a n g e声接收用电声换能器的过载声压级与等效噪声声压级之差。G B/T3 9 4 71 9 9 6,定义5.6 4。3.1.2 动态范围上限 u p p e
7、 r l i m i to fd y n a m i c r a n g e引起传声器输出电压总谐波失真为某一规定值时所对应的声压级。3.1.3 总谐波失真 t o t a lh a r m o n i cd i s t o r t i o n所有谐波方均根值的方和根与基波方均根值之比。3.1.4 级线性误差 l e v e l l i n e a r i t ye r r o r在1 6 0H z 10 0 0H z范围内的任何频率上,声压级在传声器线性范围内变化时传声器灵敏度级的改变量。3.1.5 线性范围 l i n e a r i t yr a n g e级线性误差不超过规定误差限的声
8、压级的范围。3.2 量和单位高声压测量传声器动态范围上限及相关计量特性的量和相应的单位名称和符号如下:1J J F1 7 3 82 0 1 9市场监管总局市场监管总局a)级线性误差的单位为分贝(d B);b)总谐波失真以百分数(%)表示;c)动态范围上限的单位为分贝(d B),基准值为2 0P a。4 概述测量传声器分为实验室标准传声器、工作标准传声器和工程测量传声器三种性能等级。动态范围上限大于1 4 6d B的测量传声器通常称为高声压测量传声器,本规范所校准的主要计量特性都是针对高声压这一特点而确定的。根据换能原理,高声压测量传声器可分为电容式、压电式、压阻式和激光光纤式等,目前使用较为广
9、泛的是电容式高声压测量传声器。电容式高声压测量传声器(以下简称高声压传声器)是通过电容的变化将声压信号转换为电信号,且能用于测量高声压级声信号的测量传声器。高声压传声器的标称直径一般为1 2.7mm、6.3 5mm或3.1 7 5mm。尺寸较小的高声压传声器通常具有更高的动态范围上限和更宽的频率范围。当被测声压级接近于动态范围上限时,高声压传声器的总谐波失真和级线性误差都会有所增加。目前,成熟的测量技术和测量仪器适用于动态范围上限为1 7 0d B左右的高声压传声器,本规范的测量装置的测量区间的上限为1 7 1d B。5 计量特性5.1 级线性误差在1 6 0H z 10 0 0H z范围内的
10、任何频率上,当声压级在其线性范围内改变时,高声压传声器的级线性误差一般不超过0.2d B。5.2 总谐波失真对于工作标准传声器和工程测量传声器,总谐波失真一般不大于3%。5.3 动态范围上限工作标准传声器和工程测量传声器的动态范围上限通常规定为输出电压总谐波失真为3%时所对应的声压级。注:由于校准无需作出合格与否的判定,因此,第5章给出的计量特性的误差限仅供参考。6 校准条件6.1 环境条件高声压传声器应在以下环境条件下校准:a)空气温度:1 82 8;b)相对湿度:3 0%9 0%;c)静压:8 6k P a 1 0 6k P a。如校准地点的静压不能满足上述要求,则应对测得的数据进行静压影
11、响修正。6.2 测量标准及其他设备2J J F1 7 3 82 0 1 9市场监管总局市场监管总局对测量标准及配套设备的要求如下:a)声校准器L S级或L S/C级声校准器,标称声压级不小于1 2 4d B。b)参考传声器灵敏度和频率响应已校准的声压型工作标准传声器(WS P)。注:其他类型传声器,如稳定性较好的压电型传声器,也可以用作参考传声器。c)监测传声器声压型工作标准传声器(WS P)。d)传声器前置放大器传声器前置放大器(以下简称前置放大器)的总谐波失真不大于0.1%,A计权本机噪声不大于1 0V。e)声分析仪 至少具有两个声压级测量通道和一个声频正弦信号输出通道;声压级测量通道的总
12、谐波失真不大于0.1%,5 0d B范围内的级线性误差不超过0.0 5d B;声频正弦输出信号的总谐波失真不大于0.0 5%,输出信号电压不低于5V;F F T分析的谱线数不低于32 0 0,频率分辨力优于8H z;给出的总谐波失真宜计算至6次谐波。f)高声压单元高声压单元的标称工作频率应在1 6 0H z 10 0 0H z之间,工作声压级的范围不小于1 2 4d B1 7 1d B。声压级小于1 6 4d B时,包括参考传声器在内的总谐波失真不大于0.5%;声压级为1 6 4d B1 7 1d B时,包括参考传声器在内的总谐波失真不大于0.8%。g)声频功率放大器声频功率放大器的总谐波失真
13、不大于0.1%,输出功率不小于5 0W。7 校准项目和校准方法7.1 校准项目高声压传声器的校准项目如下:a)动态范围上限;b)总谐波失真;c)级线性误差。7.2 测量装置高声压传声器动态范围上限的测量装置如图1所示,它主要由参考传声器、监测传声器、声分析仪(含声频信号发生器)、声频功率放大器、高声压单元和计算机系统所组成。声分析仪中的声频信号发生器产生校准所需的正弦电信号,经声频功率放大器驱动高声压单元中的电动式扬声器以在其耦合腔中产生所需的声压级。测量通道1替换用作参考传声器通道和被校的高声压传声器通道,而测量通道2用作监测传声器通道。3J J F1 7 3 82 0 1 9市场监管总局市
14、场监管总局 说明:M 1 参考传声器和被校的高声压传声器(替换);M 2 监测传声器;P 1 前置放大器;P 2 前置放大器;P C 个人计算机系统。注:传声器电源用于提供参考传声器和高声压传声器所需的极化电压和测量通道的信号增益。如声分析仪能提供传声器所需的极化电压,且其线性工作范围能覆盖所有测量要求,可不配置传声器电源。有些前置放大器也可提供所需的增益。图1 测量装置示意图7.3 校准方法7.3.1 校准前检查目视检查高声压传声器:a)应无机械性损伤或变形;b)膜片应清洁,无污染、锈蚀现象。高声压传声器如不符合上述要求,则不宜进行校准。7.3.2 测量通道灵敏度的校准7.3.2.1 在进行
15、动态范围上限的校准之前,应使用声校准器校准参考传声器通道和监测传声器通道的灵敏度。7.3.2.2 将参考传声器和监测传声器通过前置放大器分别连接到声分析仪的测量通道1和测量通道2,用声校准器校准参考传声器通道和监测传声器通道的灵敏度。必要时应按声校准器使用说明书规定的方法进行静压修正。记录参考传声器通道和监测传声器测量通道的灵敏度级。7.3.3 测量装置的验证7.3.3.1 测量装置是通过参考传声器来验证的,监测传声器在各声压级的步级上通过与参考传声器的比较而校准。在声级测量时,用参考传声器和监测传声器同时测量高声压单元耦合腔中的声压级,计算两个测量通道的差值以备用于对被校的高声压传声器测量结
16、果的修正。注:实验室可根据测量装置的稳定性,自主决定测量装置的验证时间间隔。7.3.3.2 将参考传声器和监测传声器分别安装到高声压单元的顶部的和侧面的端口之4J J F1 7 3 82 0 1 9市场监管总局市场监管总局中,并妥善地固定好。建议使用弹簧机构或其他类似结构对传声器与腔体的耦合施加一定的压力加载,以防由于声泄漏而对总谐波失真等产生明显影响。7.3.3.3 根据参考传声器的极化电压和灵敏度,正确设置声分析仪(或选择传声器电源的通道)。7.3.3.4 将声频信号发生器的输出信号频率设置为高声压单元的工作频率,调节其输出信号的幅值,使高声压单元中的规定声压级为1 2 4d B(以参考传
17、声器测量通道的示值为准),记录参考传声器通道的声压级LR E F和总谐波失真dR E F的示值以及监测传声器通道的声压级LMON,v和总谐波失真dMON的示值。以不超过1 0d B的步级增加高声压单元中的规定声压级,但在距被校的高声压传声器动态范围上限标称值不足1 0d B时,改用1d B的步级增加声压级直至1 7 1d B,记录各步级时参考传声器通道的声压级LR E F和总谐波失真dR E F的示值以及监测传声器通道的声压级LMON,v和总谐波失真dMON的示值。7.3.3.5 按公式(1)计算监测传声器通道与参考传声器通道声压级的示值误差:eL,v=LMON,v-LR E F(1)式中:e
18、L,v 监测传声器通道与参考传声器通道声压级的示值误差,d B;LMON,v 在验证过程中监测传声器通道的声压级示值,d B;LR E F 参考传声器通道的声压级示值,d B。7.3.4 校准程序7.3.4.1 用被校的高声压传声器替代参考传声器,妥善地安装在高声压单元的顶部端口中。建议使用弹簧机构或其他类似结构对传声器与腔体的耦合施加一定的压力加载,以防由于声泄漏而对总谐波失真等产生明显影响。7.3.4.2 根据高声压传声器的极化电压和灵敏度的标称值,正确设置声分析仪(或选择传声器电源的通道)。7.3.4.3 将声频信号发生器的输出信号频率设置为高声压单元的工作频率,调节其输出信号的幅值,使
19、高声压单元耦合腔中的声压级为1 2 4d B(以监测传声器通道的示值为准),记录监测传声器通道的声压级LMON,m的示值和被校的高声压传声器通道的声压级LDU C的示值;声分析仪应按公式(2)计算高声压传声器通道的总谐波失真。d=U22+U23+U24+U25+U26U0(2)式中:d 高声压传声器通道的总谐波失真,%;U0 高声压传声器通道输出电压基波分量的方均根值,V;U2,U6 高声压传声器通道输出电压中二次谐波至六次谐波分量的方均根值,V。5J J F1 7 3 82 0 1 9市场监管总局市场监管总局记录总谐波失真d的示值。以不超过1 0d B的步级增加高声压单元中的规定声压级,但在
20、距高声压传声器动态范围上限标称值不足1 0d B时,改用1d B的步级增加声压级,直至高声压传声器的总谐波失真大于或等于规定值(例如3%)时为止。记录各步级时监测传声器测量通道的声压级LMON,m的示值和被校的高声压传声器通道的声压级LDU C的示值以及高声压传声器通道的总谐波失真d的示值。7.3.4.4 按公式(3)计算高声压单元中的校准声压级。Lc=LMON,m-eL,v(3)式中:Lc 高声压传声器的校准声压级,d B;LMON,m 在测量过程中监测传声器测量通道的声压级示值,d B;eL,v 监测传声器通道与参考传声器通道声压级的示值误差,d B。7.3.4.5 按公式(4)计算高声压
21、传声器的级线性误差。eL=LDU C-Lc(4)式中:eL 高声压传声器的级线性误差,d B;LDU C 被校的高声压传声器测量通道的声压级示值,d B;Lc 高声压传声器的校准声压级,d B。7.3.4.6 在7.3.4.4计算出的各步级校准声压级的数据中,找出对应于总谐波失真最接近且不大于规定值(例如3%)的校准声压级,该声压级的值即确定为高声压传声器的动态范围上限LpU。8 校准结果表达8.1 校准记录校准记录应尽可能详尽地记载测量数据和计算结果。推荐的校准记录的格式见附录A。8.2 校准数据处理所有的数值应先计算,后修约。出具的校准数据应按如下方法修约:a)级线性误差的修约间隔为0.1
22、d B;b)总谐波失真的修约间隔为0.1%;c)动态范围上限的修约间隔为1d B。8.3 校准证书应为校准的高声压传声器出具校准证书。校准证书应包括的信息及推荐的校准证书的内页格式见附录B。8.4 校准结果的测量不确定度应按J J F1 0 5 9.12 0 1 2的方法评定高声压传声器的动态范围上限、级线性误差和总谐波失真的测量不确定度。测量不确定度评定的示例见附录C。6J J F1 7 3 82 0 1 9市场监管总局市场监管总局9 复校时间间隔建议高声压传声器的复校时间间隔为1年。然而,复校时间间隔的长短取决于仪器的使用情况(使用部位的重要性、环境条件、使用频率)、使用者和仪器本身质量等
23、诸多因素,因此,送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。7J J F1 7 3 82 0 1 9市场监管总局市场监管总局附录A校准记录的内容和格式 高声压传声器动态范围上限校准记录的内容及推荐的格式见图A.1。高声压测量传声器动态范围上限校准记录 共 页 第 页委托方:校准日期:年 月 日制造商:产品型号:出厂编号:性能等级:类型标识:极化电压:V1 校准前检查 2 测量通道的灵敏度校准 校准频率:H z 参考传声器通道的校准值:d B 监测传声器通道的校准值:d B3 测量装置的验证 频率:H z规定声压级d B参考传声器通道监测传声器通道声压级LR E Fd B总谐波失真dR E
24、F%声压级LMON,vd B总谐波失真dMON%两通道间的示值误差eL,v/d B测量不确定度的描述:图A.1 校准记录的格式8J J F1 7 3 82 0 1 9市场监管总局市场监管总局 高声压测量传声器动态范围上限校准记录 共 页 第 页4 测量数据 频率:H z规定声压级d B监测传声器通道声压级LMON,m/d B校准声压级Lcd B高声压传声器通道声压级LD U Cd B总谐波失真dD U C%级线性误差eL/d B测量不确定度的描述:动态范围上限LpU:d B,测量不确定度:d B(k=2)校准的技术依据:J J F1 7 3 82 0 1 9 高声压测量传声器动态范围上限校准规
25、范校准所使用的标准装置的名称、溯源性及有效性的说明:校准条件:空气温度:相对湿度:%静 压:k P a校准员:核验员:图A.1 校准记录的格式(续)9J J F1 7 3 82 0 1 9市场监管总局市场监管总局附录B校准证书的内容和格式B.1 高声压传声器的校准证书至少应包括以下信息:a)标题,如“校准证书”;b)校准实验室的名称和地址;c)进行校准的地点(如果与校准实验室的地址不同);d)证书的唯一性标识(如编号),页码及总页数的标识;e)客户的名称和地址;f)被校对象的描述和明确标识(如型号、性能等级、类型标识及出厂编号等);g)进行校准的日期;h)本技术规范的标识,包括名称及编号;i)
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