实验室标准传声器(自由场互易法)

1实验室标准传声器(自由场互易法)检定规程本规程适用于满足GB/T20441.1—2010规定的LS1型和LS2型实验室标准传声器的首次检定、后续检定和使用中检查。JJG175—2015工作标准传声器(静电激励器法)JJG449—2014倍频程和分数倍频程滤波器GB/T3102.7声学的量和GB/T3947声学名词术语GB/T20441.1—2010电声学测量传声器第1部分：实验室标准传声器规范GB/T20441.3—2010电声学测量传声器第3部分：采用互易技术对实验室凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规程；凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规程。本规程采用GB/T3102.7中规定的量和单位。JJF1001—2011、JJF1034—2005和GB/T3947界3.1实验室标准传声器laboratorystandardmicrophone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。[GB/T20441.1—2010,定义3.2]3.2互易传声器reciprocalmicrophone线性无源的传声器，其开路的正向和逆向转移阻抗在幅值上是相等的。[GB/T20441.3—2010,定义3.1]3.3传声器声中心acousticcentreofamicrop对于发送传声器，给定频率的正弦信号和规定的方向和距离上的一个点，围绕这个点在小范围内观察，从这个点呈现一个发射的近似的球形波阵面。[GB/T20441.3—2010,定义3.3]23.4电转移阻抗electricaltransfer对于2只声耦合传声器的系统，用作接收的传声器的开路电压与用作发送的传声器注：单位为欧姆(Ω)。[GB/T20441.3—2010,定义3.5]3.5声转移阻抗acousti对于2只声耦合传声器的系统，作用于接收传声器膜片上的声压与用作发送的传声注：单位为帕秒每立方米(Pa·s/m³)[GB/T20441.3—2010,定义3.6]实验室标准传声器(以下简称传声器)是一种基于电容量变化实现声电转换的换能器，是声学计量中重要的标准器。传声器的自由场互易校准是指在自由声场中利用三只传声器，其中至少两只为互易传声器，通过对它们两两配对的接收灵敏度与发射灵敏度之比的测量，实现传声器自由场灵敏度的校准，非互易传声器只能用作声接收器。5.1自由场灵敏度级的频率响应对于LS1P型传声器(在1000Hz～8000Hz频率范围)和LS2P型传声器(在3150Hz～20000Hz频率范围),自由场灵敏度级与相应频率点处修正因子(见表1)之差的不均匀度(最大和最小灵敏度级的差值)不大于2dB。LS2F型传声器(在3150Hz～20000Hz频率范围内)的不均匀度不大于2dB。表1传声器0°入射自由场与压力场灵敏度级修正因子3表1(续)频率/Hz1)制造商的名称或商标；2)产品的型号；3)产品的序列号。每只传声器应附有单独的出厂校准资料。出厂校准资料应包括该传声器的灵敏度级、正常工作需要的极化电压、参考频率。如需做气压、温度和相对湿度的修正，则应计量器具控制包括首次检定、后续检定和使用中检查。7.1.1参考环境条件空气温度：(18～28)℃;相对湿度：(25～85)%;静压：(90～105)kPa。7.1.3计量标准及主要配套设备在本规程规定的工作频率内，计量标准及主要配套设备的功能、性能要求如下：1)参考传声器：作为检定中的参考传声器，应符合GB/T20441.1—2010对实验42)声频信号发生器：在测量频率范围内，频率示值误差不超过±0.1%,谐波失真小于0.5%,相对于参考频率(通常选取4000Hz)的幅频特性优于±0.1dB。3)声校准器：能产生参考频率(通常选取250Hz)的正弦声压信号，准确度等级为LS级。4)互易校准仪：在检定的频率范围内，频率响应应优于±0.1dB,总谐波失真小于0.01%,极化电压为(200±0.05)V,检定期间极化电压的稳定度优于±10mV。5)前置放大器：具有插入电压校准功能，频率响应在所需要的频率范围内优于±0.2dB,输入端短路噪声低于3μV(A计权)。6)测量放大器：频率响应在所需要的频率范围内优于±0.2dB。7)数字电压表：最大允许误差不应超过土0.1%,输入阻抗不应小于1MΩ;8)带通滤波器：在检定的频率范围内，满足JJG449—2014对1级1/3倍频程滤波9)自由声场：在1kHz～20kHz频率范围内，工作区内自由声场偏离应小于0.1dB。10)气压表：在检定环境条件内，最大允许误差不应超过±0.2kPa。11)温度计：在检定环境条件内，最大允许误差不应超过±0.2℃。12)湿度计：在检定环境条件内，最大允许误差不应超过±4%。13)游标卡尺：在(0～500)mm测量范围内的最大允许误差为±0.2mm。7.2检定项目传声器的首次检定、后续检定和使用中检查项目见表2。检定项目首次检定后续检定外观检查十十十自由场灵敏度级的频率响应十十注：“十”表示需检定项目，“—”表示不需检定项目。7.3.1外观检查目视检查传声器的标志，应符合6.1的要求。7.3.2校准资料校准资料应符合6.2的要求。在自由场灵敏度级的检定之前，依据JJG175—2015中7.3.2规定的方法对传声器5I₂31本方法将三只互易传声器(其中至少有一只自由场灵敏度已知的实验室标准传声器用作参考传声器)按图1所示两两交替置于自由声场中进行声耦合，根据互易原理和公式推导，传声器的平面自由场灵敏度为：为电转移阻抗。为电转移阻抗。p——空气密度，kg/m³;d₂,dz,d₃——两传声器声中心间距，I₁、I₂、I₃——传声器1、2、3作发送时的电流，A;U₁、U₂、U₃——传声器1、2、3作接收时的开路输出电压，V。传声器的自由场灵敏度可通过测量以上公式中的参量后计算得到。利用电压比和插入电压技术，测量其电转移阻抗，或直接测量电压电流比等参数后，计算出传声器的自由场灵敏度级。7.3.3.2电转移阻抗的测量JJG482—20176图2自由场灵敏度级检定装置框图检定装置按规定时间预热，以保证极化电压充分稳定。调节支架系统在水平和垂直方向的偏离，使其小于3mm。具体测量步骤如下：接收传声器的开路电压采用插入电压技术进行测量。a.三只传声器记为：1、2、3,将作发送和接收的传声器1和2分别连接发射部分和接收部分的前置放大器后安装在支架上，精确测量两传声器的声中心距离，传声器的声中心值可以查阅图表(见附录A)。b.将开关k₁、k₂置于图中所示位置，在待校准频率由声频信号发生器供给发送传声器一定电压(使传声器发送信号的失真度小于1%)时，读取发射端取样电容两端的电压U:,i₂(已知取样电容的阻值，即可得到发送电流i)和接收传声器在数字电压表上的示值U。c.将开关k₁、k₂置于图中所示相反位置，由声频信号发生器在接收端插入电阻上施加一个插入电压Ug,12,调节插入电压UR,12,使得接收端数字电压表的示值等于U,此时，插入电压即为接收传声器的开路电压。得到电转移阻抗Z,12为：Ug,i₂——声频信号发生器施加的插入电压，V;Ue,12——发射端取样电容两端的电压，V;Z.——发射端取样电容的阻抗，Ω。交换传声器，重复以上步骤可得：77.3.3.3自由场灵敏度级的计算测出三个电转移阻抗后，在dz=d₁=d₂=d传声器在频率为f时的自由场开路灵敏度级：的条件下，可按下面公式计算三只△A=8.686a是空气衰减系数，可直接查表得出(见附录B)。查验引入的参考传声器灵敏度级的计算结果与标准值之差应小于等于其测量结果不确定度0.2dB,若满足，测量数据有效；否则测量数据无效，需重新测量。同时应考虑被检传声器是否完全具备互易特性。7.3.3.4自由场灵敏度级频率响应改变频率，按7.3.3.2和7.3.3.3依次测量并计算：场灵敏度级，由此得到传声器的自由场灵敏度级频率响应。自由场灵敏度级频率响应符合5.1的规定。16kHz、20kHz频率点的自由场灵敏度级，由此得到传声器的自由场灵敏度级频率响应。自由场灵敏度级频率响应符合5.1的规定。7.4检定结果的处理7.4.1所有数据应先计算，后修约，出具检定结果的数据应修约至小数点后两位。7.4.2应对被检传声器作出合格与否的结论。经检定合格的传声器发给检定证书；检定不合格的传声器发给检定结果通知书，并注明不合格的项目。7.4.3检定证书和检定结果通知书的内页应包括检定条件、检定项目、检定结果等内容，格式见附录C中的C.1、C.2。传声器的检定周期一般不超过2年。8传声器的声中心位置的数据根据定义，传声器声中心位置取决于取向、频率以及观测点到换能器的距离。对于足够远的观测点，声中心位置对校准不确定度的影响将减小，膜片的中心可以取作为声中心。一般互易校准在150mm～600mm的距离范围进行，可以应用表A.1中数据。这些声中心位置的数据是参照主轴并且是相对于膜片的表面给出的，它是频率的函数，适用于LS1P和LS2P传声器。正的数据表明声中心是在膜片的前方。在表中的数据的不确定度在传声器共振频率以下时小于2mm。频率 频率9空气衰减系数GB/T20441.3—2010附录B提供了作为频率、温度、气压和相对湿度的函数的空表B.1给出了计算所得的实验室一般环境条件下自由场互易校准的声压空气衰减表中数据为△A,用dB/m表示，即为8.686C.1检定证书内页格式频率自由场灵敏度级测量不确定度