阻抗管吸声标准试样校准规范

JJF1883—20201阻抗管吸声标准试样校准规范1范围本规范适用于阻抗管吸声标准试样的校准。2引用文件本规范引用了下列文件:JJF1001—2011通用计量术语及定义JJF1034—2005声学计量名词术语及定义JJF1059.1—2012测量不确定度评定与表示JJF1223—2009驻波管校准规范(驻波比法)JJF1446—2014阻抗管校准规范(传递函数法)GB/T3102.5—1993电学和磁学的量和单位GB/T3102.7—1993声学的量和单位GB/T18696.1—2004声学阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量第1部分:驻波比法GB/T18696.2—2002声学阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量第2部分:传递函数法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术语和计量单位本规范采用GB/T3102.5和GB/T3102.7中规定的量和单位。JJF1001—2011、JJF1034—2005和JJF1059.1—2012界定的及以下术语和定义适用于本规范。3.1法向入射吸声系数normalincidence[sound]absorptioncoefficient法向入射平面波进入试件表面的声功率与入射声功率的比值。注:本规范中的吸声系数均为法向入射吸声系数。3.2基准面referenceplane用来测定声压反射因数r或表面声阻抗率Zs或表面声导纳率Gs的阻抗管横断面,如果试件表面是平面,则通常就取它为基准面。3.3驻波图standingwavepattern以阻抗管测量试件表面为基准面,阻抗管探管传声器距基准面移动的距离为横坐标,探管传声器输出声压为纵坐标,画出距基准面的距离声压图。[JJF1223—2009,定义3.1]3.4驻波比standingwaveratio无衰减的驻波图上,声压极大值的振幅pmax与声压极小值的振幅pmin之比:JJF1883—20202s=pmax/pmin[GB/T18696.1—2004,定义3.10]。注:基准面假设在x=0处。3.5传递函数transferfunctionS11)1位置2的传递函数定义为H12=S12/S11,或S22/S21,或[(S12/其中:S12—两个传声器位置1处和2处的复声压p1与p2所确定的乘积p1·p2*,*表示复数共轭。S11—传声器位置1处的复声压p1所确定的乘积p1·p1*,*表示复数共轭。类似的,S22=p2·p2*,S21=p2·p1*。4概述阻抗管吸声标准试样用于阻抗管的校准,也可作为阻抗管吸声测量系统使用中的核查校验。吸声标准试样应由吸声特性能保持长时间稳定的穿孔或多孔材料制成,吸声标准试样应采用基准面比较平的平板多孔结构。目前阻抗管吸声测量方法有驻波比法和传递函数法两种,因此阻抗管吸声标准试样也分驻波比法和传递函数法标准试样。5计量特性5.1吸声系数在(100~5000)Hz频率范围内的吸声系数一般为0.3~0.7。5.2稳定性吸声标准试样吸声系数的年变化量一般不超过±15%。注:由于校准无需做出合格与否的判定,因此,上面给出的技术要求仅供参考。6校准条件6.1环境条件空气温度:(23±5)℃;相对湿度:30%~80%;气压:(86~106)kPa。6.2标准器及其他设备6.2.1阻抗管未装试件的阻抗管中,驻波图中的驻波比一般应不小于45dB。阻抗管声衰减,第1个极小值和第2个极小值之间的级差小于1dB。样品基准面位置最大允许误差±0.5mm。双管传声器位置最大允许误差±0.1mm。6.2.2阻抗管声源在阻抗管工作的频率范围内,声源声压稳定性一般应优于0.1dB/h,在声源声压的上限,声信号总谐波失真一般应优于2%。6.2.3探管传声器测量系统JJF1883—20203JJF1223—2009中6.2的要求。6.2.4双传声器测量系统传递函数法测量装置、双管传声器、传递函数测量系统、信号发生器、声源应满足JJF1446—2014中6.2的要求。6.2.5温度计在检定环境条件内,最大允许误差应优于±0.2℃。6.2.6湿度计在检定环境条件内,最大允许误差应优于±4%RH。6.2.7气压计在检定环境条件内,最大允许误差应优于±0.2kPa。7校准项目和校准方法7.1校准项目阻抗管吸声标准试样校准项目见表1。表1阻抗管吸声标准试样校准项目一览表序号项目名称技术要求的章条号校准方法的章条号1吸声系数5.17.2.12稳定性5.27.2.27.2校准方法校准前应检查阻抗管吸声标准试样的外观,应无影响声学性能的机械损伤、变形、吸声孔堵塞等现象。7.2.1吸声系数(驻波比法)图1驻波比法标准试样吸声系数的测量图驻波比法标准试样吸声系数的校准装置如图1所示,将试样放置好,调节驻波比法吸声测试系统的正弦发生器频率于被测频率上,打开阻抗管的声源,声压调至正常工作JJF1883—20204范围合适大小,使所测得的极小值至少比背景噪声高12dB;将移动探管传声器深入到阻抗管内合适的位置,测量阻抗管内声压级。测量此频率点基准面前端第1个极小值的声压振幅|p(xmin,1)|和位置xmin,1,再测量位置xmin,1后的第1个极大值的声压振幅|p(xmax,1)|,以及第二个极小值|p(xmin,2)|。由式(1)和式(2)计算其驻波比。s1=|p(xmax,1)|/|p(xmin,1)|s2=|p(xmax,1)|/|p(xmin,2)|测量管中空气的温度T,由式(3)计算声波频率f的波长λ0。λ0=(343.30)/f根据GB/T18696.1—2004中公式根据GB/T18696.1—2004中公式=+(-=+由下式计算吸声系数α:α=(1)(2)(3)(4)(5)驻波比法一次只能测量一个频率点吸声系数。改变正弦信号频率重复上述测量,得到多频率点吸声系数。画出频率吸声曲线。7.2.2吸声系数(传递函数法)双传声器法的2个传声器位置和距离见图2,其校准原理如图3所示。将标准试样的基准面与阻抗管基准面对齐,测量管中空气的温度T,将其输入传递函数法测量系统软件中,调节传递函数法吸声系数测试系统信号发生器,在感兴趣的频率范围内输出平直谱密度的平稳信号,可以是无规噪声、伪随机噪声、周期伪随机噪声、线性调频信号中的一个或几个,所有感兴趣的频率的信号幅度都应至少比背景噪声高10dB。对样品测量时,采用交换通道的办法进行。传声器按布置方式装好,将测得的传递函数H2存储起来,而后交换两个传声器A和B,测量传递函数H。H12=(H2×H)1/2=|H12|ejφ(6)其中传递函数H12为复数。图2传声器位置和距离1—传声器1;2—传声器2;3—基准面(标准试样)JJF1883—20205图3校准原理示意图测量测试面(基准面)到远的传声器间距,记为X1。测量管中空气的温度T(℃),声速c[(m/s)]由式(7)计算:c=343.2T/293用式(7)计算得到的声速c代入式(8)计算波数K0:K0==测量传声器之间的距离s,由式(9)、式(10)计算得HI,HR:HI=e-jk0sHR=ejk0s反射因数计算公式如下:r=--e2jk0x1法向入射吸声系数α按式(12)计算:α=1-|r|2(7)(8)(9)(10)(11)(12)传递函数法采用连续谱信号,单次测量可得到相应频段所有频率吸声特性,频率分辨率应等于或高于样品标称的频率分辨率。7.2.3稳定性吸声标准试样稳定性以y表示,计算公式如下:y=×100%(13)式中:αi—本次校准吸声系数值;αi-1—上一次校准吸声系数值。8校准结果表达8.1校准数据处理所有的数据应先计算,后修约。出具校准数据时的有效位数按如下方法确定:a)声压级保留小数点后一位,极小值的位置单位为毫米;b)吸声系数的计算保留小数点后两位。8.2校准证书JJF1883—20206经校准的标准试样应出具校准证书。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A。校准证书至少应包括以下信息:a)标题,如“校准证书”;b)证书的编号、页码及总页数;c)校准实验室的名称和地址;d)进行校准的日期;e)进行校准的地点(如果不在实验室内进行校准);f)客户的名称和地址;g)被校阻抗管标准试样的型号、规格及出厂编号;h)本技术规范的名称及代号;i)本次校准所用测量标准溯源性及有效性的说明;j)校准环境的描述;k)校准结果及其测量不确定度的说明;l)校准证书签发人的签名、职务或等效标识,以及签发日期;m)校准结果仅对被校对象有效的声明;n)未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。8.3校准结果的测量不确定度阻抗管校准结果的测量不确定度按JJF1059.1—2012的要求评定,不确定度评定的示例见附录B。9复校时间间隔阻抗管标准试样的复校时间间隔建议为1年。然而,复校时间间隔的长短取决于阻抗管标准试样的使用情况(环境条件、使用频率)、使用人员、标准试样本身质量等诸多因素,因此,标准试样使用者可根据实际使用情况并综合考虑测量质量的要求自主决定复校时间间隔。JJF1883—20207附录A阻抗管标准试样校准证书的内页格式推荐的阻抗管标准试样校准证书的内页格式见图A.1。共页第页一、外观检查:二、驻波比法吸声及频率特性:频率/Hz1252505001000200040008000吸声系数三、传递函数法吸声及频率特性:频率/Hz1252505001000200040008000吸声系数测量结果不确定度的描述:校准的技术依据:校准所使用的标准装置名称:校准的环境条件:空气温度:℃;相对湿度:%校准员:核验员:图A.1校准证书内页的格式注:图A.1中频率特性频率点也可以根据标准试样给定的频率特性变化。JJF1883—20208附录B吸声系数校准结果的不确定度评定示例吸声系数是标准试样的重要参数,本附录给出了驻波比法函数法吸声系数测量误差的不确定度评定示例。B.1驻波比法吸声系数校准结果的不确定度评定示例B.1.1测量模型吸声系数的校准是在多个频率下的,下面分析在500Hz频率下吸声系数的测量不确定度。吸声系数计算见式(B.1):α=(B.1)pmaxpmin实际测量的是声压极大值和极小值,对s0=两边同时取对数后化简,则pmaxpmin可近似用10ΔL/20代替,ΔL为第一个极大值和第一个极小值的声压级的差值。α=式中灵敏系数为:c==c=合成不确定度表达式如下:u=u+(cu2)2B.1.2测量不确定度的A类评定(B.2)(B.3)(B.4)A类标准不确定度主要来源于测量的重复性,本示例在相同的测量条件下对某吸声样板同一频率吸声系数重复测量7次,得到的结果如表B.1所示。表B.1吸声系数的重复测量数据测量次数/i1234567吸声系数0.820.800.790.830.760.770.79平均值/dB0.79测量重复性引入的不确定度分量为: (B.5)u1=xix)2=0.025(B.5)式中:xi—第i次测量吸声系数值;x—7次测量结果的平均吸声系数值。B.1.3测量不确定度的B类评定JJF1883—20209极大声压级与极小声压级的极值测量误差,根据探管传声器的测量不确定度极限误差为0.3dB,声压级的极值差引起的标准不确定度u21=0.3dB/2=0.15dB。阻抗管声衰减引起极大声压级与极小声压级的极差ΔL误差,一般规定通过第一、衰减,u22=0.5dB。表B.2驻波比法吸声系数校准结果测量不确定度分量一览表序号标准不确定度不确定度来源符号灵敏系数数值1重复性u110.0252声压级差u21-0.04dB-10.15dB3阻抗管声衰减u22-0.04dB-10.5dBB.1.5合成标准不确定度uc=u+(cu21)2+(cu22)2=0.0252+0.0062+0.022=0.033ucrel=0.033/0.79=4.2%B.1.6扩展不确定度取包含因子k=2,扩展不确定度为:Urel=kucrelUrel=kucrel=2×4.2%=8.4%B.2.1数学模型吸声系数测量误差数学模型为α=1-r2=1-r-r(B.6)r=rr+jri=--e2jk0x1(B.6)HI=e-jk0sHR=ejk0s式中:α—吸声系数;r—反射因数;rr—反射因数的实部;ri—反射因数的虚部;H12—双传声器法传递函数;HI—入射波的传递函数;HR—反射波的传递函数;k0—复波数;x1—样品到远的传声器的距离;s—传声器位置1与2之间的距离。灵敏度系数:JJF1883—202010将式(B.6)表示的反射系数表示为下述形式:(B.7)r=H12e2j1s--se2jk0x1=e-Hjke-jk0ee-j01(B.7)其中d=x1-s,即基准面至近端传声器的距离。由式(B.7)可知,r=r(d,x1,k0,其中d=x1-s,即基准面至近端传声器的距离。导函数为:θd==2jk0θx1==2jk0Hcse[k-jkx1kxθH==2j(injk0(j2∂r(d+x1)Hcos[k0(x1-d)]-x1H2-dθk0∂r(d+x1)Hcos[k0(x1-d)]-x1H2-d又a=1-|r|2,所以各分量对吸声系数的灵敏系数分别为:cd==cx1==ck0==cH==B.2.2测量不确定度的A类评定×=2|r|θd×=2|r|θx1×=2|r|θk0×=2|r|θH对标准试件在频率1000Hz上连续测量7次吸声系数,用实验标准偏差作为A类测量不确定度分量。测量结果记录如下:0.627,0.586,0.629,0.624,0.610,0.614,0.619。 s=n(x-ix)2=0.015u1=s/x=2.4%B.2.3测量不确定度的B类评定B类测量不确定度主要来源于传递函数测量系统,包括样品放置引起的样品距传声器距离的误差、波数和传递函数H的测量误差。B.2.3.1传声器位置误差引起的不确定度分量U21近场传声器位置误差的范围±0.0005m,其标准不确定度为:ud=cd(0.0005/3)=0.0014远场传声器位置误差的范围±0.0005m,其标准不确定度为:ux1=cx1(0.