聲級計比對實驗中的一點心得

陳婉霞（安徽省計量科學研究院，安徽　合肥　230051）

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聲級計比對實驗中的一點心得

陳婉霞（安徽省計量科學研究院，安徽合肥230051）

對聲級計校準能力驗證的實驗過程進行了詳細描述，具有可操作性，重點關注了實驗中可能影響測量結果的因素，按照能力驗證計劃要求，參照《聲級計》（JJG188-2002）檢定規程7.1.3.2和7.1.3.3條規定的校準方法，獲得在31.5Hz～4kHz頻率范圍內聲級計的Z計權測量結果和測量不確定度。

聲級計；能力驗證

近期，筆者實驗室參加了一次有關聲級計的校準能力驗證。樣品為1臺2級聲級計。能力驗證的主要內容為校準聲級計的Z計權。

就實驗室而言，一般能力驗證的目的大概有以下幾點：滿足認可機構的要求；實驗室對自身進行質量控制的手段；向客戶證實其具備的技術能力。定期參加能力驗證，對保證實驗室的檢測能力、加強同類實驗室橫向交流、提高檢測水平有著重要的意義。

此次能力驗證為CNAS校準能力驗證，按照能力驗證計劃要求，參照 《聲級計》（JJG188-2002）檢定規程7.1.3.2和7.1.3.3條規定的校準方法，獲得在31.5Hz～4kHz頻率范圍內聲級計的Z計權測量結果。能力驗證計劃實驗過程大致如下：

1　樣品接收

計劃每組1個樣品，關注要點大致有以下幾點：

（1）當接收到樣品時，首先檢查樣品運輸箱是否完好，有異常情況及時上報主導實驗室；

（2）打開樣品運輸箱，按作業指導書所列清單清點查收；

（3）填寫《樣品交接確認單》，并第一時間傳真至主導實驗室。原件留存，最后匯總上交。

2　樣品測量

此次能力驗證計劃要求實驗室參照 《聲級計》（JJG188-2002）檢定規程7.1.3.2和7.1.3.3條規定的方法，按照日常校準程序和實驗室的CMC（校準和測量能力）校準聲級計的Z計權。Z計權采用聲信號直接測量得到，給出Z計權的測量結果和相應的測量結果不確定度。測量的頻率范圍是 31.5～4000Hz，Z計權測量的頻率點為：31.5Hz、63Hz、125Hz和250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz和4000Hz。

要注意的是，如果用于測量的標準傳聲器未做自由場校準，其自由場靈敏度可依據其壓力場靈敏度和IEC61094-7提供的修正因子進行修正而獲??；其二，聲級計樣品校準菜單中的自由場修正量在1000Hz已由廠家設置為0.2dB，實驗前后要進行核實后并不要更改。

實驗采用的方法是，分別在低頻聲耦合腔和消聲箱中用聲信號進行替代法測量。在400Hz以下頻率范圍內，聲級計的傳聲器和實驗室標準傳聲器插人封閉的低頻聲耦合腔中測量。500Hz和500Hz以上的每個檢定頻率上，測量在消聲箱中進行，調節聲源的輸出，使實驗室標準傳聲器上產生一個參考聲壓級，然后用聲級計替代實驗室標準傳聲器。聲級計置于參考級量程和F時間計權上，在每個檢定頻率上，頻率計權是從聲級計的指示聲級減去用實驗室標準傳聲器測試到的沒有頻率計權的聲壓級進行計算。測量直接給出Z計權的測量結果。

測量時所用的主要標準器和設備有：

（1）低頻聲耦合腔；

（2）消聲箱；

（3）聲源；

（4）實驗室標準電容傳聲器；

（5）聲校準器。

實驗時需記錄當時的環境溫濕度以及大氣壓。規程要求的溫度20～26℃，濕度30～90%，氣壓97～103kPa，本次實驗時溫度為20℃，濕度為58%，大氣壓為100.5kPa，均在規定范圍內。

進行實驗時，考慮到聲場本身的偏差，替代時傳聲器位置變化的影響以及聲源（包括信號源）的穩定度，對各頻率點進行了多次重復測量，以測量值的算術平均數作為本次實驗的測量結果。

為了增加實驗結果的可靠性，在實驗過程中以下幾點應多加關注：

（1）考慮環境噪聲對測量結果的影響。例如，實驗室恒溫空調機組低頻噪聲大，其他實驗設備、實驗員工作產生的噪聲，都會干擾測量的結果，盡量選擇環境安靜時測量。

（2）每次測量實驗前都應先用聲校準器校準系統，保證示值的一致性。

（3）標準傳聲器的自由場修正。

（4）在低頻段上，耦合腔內壓力場響應可假定為等效自由場響應，但應考慮耦合腔中聲場于傳聲器插口的位置。

（5）特別是在消聲箱中實驗時，由于采用替代法，當聲級計替代標準傳聲器時，聲級計上傳聲器的參考點應于標準傳聲器參考點位置相同，聲源發出的聲音應從規定的參考方向上到達傳聲器。

（6）如實驗天數較多，實驗次數、環境變化大，應考慮溫濕度的影響，盡量在相同條件下實驗。

3　樣品發送

完成樣品實驗后，實驗室填寫《樣品交接確認單》，交接單一式兩份，一份隨樣品發至下一個實驗室，另一份傳真至主導實驗室。

將樣品裝入樣品運輸箱后并加以固定，確保運輸途中不發生移動。按作業指導書所列清單確認箱內物品單據齊全。當樣品發出后，立即將發運單和相關運送票據復印件傳真給主導實驗室，以表明遵照計劃時間安排完成全部實驗工作。

4　實驗結果報告

校準工作按計劃在5日內完成。驗證實驗完成后，根據實驗的實際情況填寫 《聲級計校準能力驗證實驗結果報告》，校準結果保留到小數點后一位。

客觀地評定8個頻率測量點的測量結果不確定度，給出評定結果和測量結果不確定度評定分析。測量不確定度保留到小數點后一位，包含概率為95%，包含因子k取2。

《聲級計校準能力驗證實驗結果報告》備份留存，原件最后匯總上交。

聲級計頻率計權的測量不確定度評定方法如下：

（1）數學模型：頻率計權（聲性能）

式中：A——頻率計權值，dB；

LA——聲級計的示值，dB；

LS——標準裝置的聲壓級值，dB；

（2）方差與靈敏系數

由（1）可知，以上分量獨立互不相關，則方差為：

靈敏度系數

式（2）中靈敏系數為：

（3）A類標準不確定度評定。

由被校聲級計頻率計權重復性引入的標準不確定度，以10次測量為例，對聲級計頻率Z計權在重復性條件下測量10次，由于使用的是替代法，可不考慮聲場本身的偏差，替代時傳聲器位置變化的影響以及聲源（包括信號源）的穩定度均包含在測量結果的標準偏差中。

其算術平均值：

單次測量的實驗標準偏差：

測量值的算術平均數作為測量結果，通過貝塞爾公式算得單次測量的實驗標準偏差s作為A類測量不確定度的分量。

（4）B類標準不確定度的評定。

對于B類測量不確定度分量，則可以考慮以下幾個分量：

①實驗室標準傳聲器自由場靈敏度級，由上一級校準時的擴展測量不確定度；

②聲學分析儀頻率響應的準確度（實驗用PULSE系統其分辨力為0.001dB，故讀數誤差可以忽略不計）；

③前置放大器插入損失測量誤差；

④頻率計權測量前，用于對樣機進行校準的聲校準器的擴展測量不確定度；

⑤用作樣品的聲級計示值分辨率；

⑥計算過程中的數據修約誤差；

等等。

（5）合成標準不確定度

由于各分量獨立無關，合成標準不確定度為：

（6）測量結果的擴展不確定度

取包含因子k=2，各頻率擴展不確定度U＝kuc值如下：

本次實驗最終的測量值都接近 0.0dB，在《聲級計》（JJG188－2002）檢定規程要求的2級聲級計允差范圍內；31.5Hz、63Hz、125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz各頻率點測量結果的不確定度均為0.4dB，2kHz和4kHz頻率點測量結果的不確定度為0.5dB，均在規程要求的測量不確定度范圍內（見表1）。

表1　檢定規程規定的2級聲級計頻率計權、允差和測量不確定度

5　實驗文件提交

完成驗證實驗后2周內，整理如下實驗文件寄送主導實驗室：

（1）能力驗證計劃報名表原件；

（2）樣品交接確認單之接收和發送各一份，原件；

（3）測量不確定度評定報告；

（4）實驗原始記錄（復印件）；

（5）聲級計校準能力驗證實驗結果報告。

6　驗證結果的評價

式中：x——參加實驗室的校準結果；

X——參考值；

Ulab——參加實驗室校準結果的測量不確定度；

Uref——參考值的測量不確定度。

判斷依據：|En|≤1時測量結果符合要求。

本實驗室上報的測量值均符合要求，順利通過該次校準能力驗證。

7　結束語

通過實驗可見，測量設備、環境影響、操作人員、合適的檢測方法等等都是我們提高實驗結果可靠性的關注重點。

［1］《聲級計》檢定規程（JJG188-2002）.

［2］《測量不確定度評定與表示》（JJF1059-1999）.

［3］《利用實驗室間比對的能力驗證》（GB/T15483-1999）.

2016-4-7

TB51

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2095-2066（2016）12-0225-02