传声器相频特性校准规范（静电激励器法)编制说明.docx

传声器相频特性校准规范（静电激励器法）编制说明规范起草组2024年7月1任务来源根据国家市场监督管理总局文件要求，全国声学计量技术委员会于2023年9月向中国测试技术研究院下达了传声器相频特性校准规范（静电激励器法的制定任务，由中国测试技术研究院负责起草工作。本规范的起草单位为：中国测试技术研究院、中国计量科学研究院、杭州爱华仪器有限公司。2目的和意义传声器阵列测量技术用于声定位、声成像中已有近60年历史，目前已经成为一种重要的声源识别、定位和声场可视化工具。采用阵列测量技术能够通过一次测量完成声阵面上复声压数据（包括声压幅值和相位信息）的采集，不受声场状况的限制，在工程上具有很高的应用价值。近年来，行业内相关业务出现了爆发式的增长，各种便携式声成像设备层出不穷。国际上，丹麦B&K、德国米勒贝姆（BBM日本RION,美国F1.UKE等均有相关产品。国内杭州爱华仪器有限公司、北京声望声电技术有限公司、上海其高电子科技有限公司、昆山祺迈测控设备有限公司、杭州兆华电子有限公司、上海睿深电子科技有限公司等均有成熟的商业化产品。随着行业的蓬勃发展，配套传声器的计量需求逐渐上升。除传声器的灵敏度与幅频响应外，传声器的相频特性同样十分重要。由于相位参数极易受到测量系统的影响，所以想要测得传声器的绝对相位十分困难。但是，在实际应用中通常不需要测得绝对相位，而是只需评估配套传声器间的相位差，以及利用传声器相位的非线性误差评估传声器好坏。这使得用静电激励器法校准传声器的相频特性成为现实。由于静电激励器法测得的相频特性与自由场互易法存在偏差，故本规范所述相频响应，特指由静电激励器法测得的相频响应。有鉴于以往工作相关实验经历，存在以下问题：第一，拟使用于阵列测量系统中的传声器在计量过程中往往需要进行筛选，筛选时一般需要更换部分传声器，若使用参考传声器计算相位一致性，则计量机构需常备参考传声器。而不同参考传声器之间可能存在较大的相位差，最终可能导致不同次测量结果前后不一致；第二，部分传声器外观可见损伤,但幅频响应符合检定规程要求，相频响应存在较大问题。按以往测量幅频响应的方法来判断传声器是否合格，无法保证传声器正常工作。为解决以上问题，开展了相关研究工作，通过以下技术手段，满足声阵列等测量装置对传声器相位校准的需求，制定了本规范。1 .通过静电激励器测量得到不同传声器的相频响应，在得到配套使用的传声器相位差的同时，保持较好的测量重复性，避免更换传声器带来的测量结果不一致。2 .通过相频非线性误差的校准，保证阵列系统传声器的正常使用。3编制过程根据任务要求，在大量调研和征求意见基础上，起草小组针对测量传声器相位参数的技术特点，参考国内外有关技术依据和标准，进行了针对性的实验工作，积累大量实验数据，在此基础上编写制定本规范，大致编写工作过程如下：2023年9月2()23年IO月起草组对目前可用于声阵列的测量传声器生产状况，产品性能指标，用户使用情况进行调研和分析工作，就技术指标和校准需求进行沟通和汇总。2023年I1.月起草小组召开校准规范起草启动会，根据任务书进行讨论，提出制定意见，并进行工作安排。2023年I1.月2024年3月起草小组根据规范内容制定实验技术方案，并完成自由场传声器、压力场传声器、扩散场传声器的实验和方法验证、短期稳定性等多项实验内容和实验结果分析，为规范起草内容提供技术数据支撑。2024年3月2024年6月，完成规范初稿内容。2024年7月11日，在中国测试技术研究院召开预审会。规范主要起草人介绍了规范制定的任务来源及目的意义，评审专家就规范测量范围、引用文件、计量特性、校准条件、校准项目、校准方法及不确定度评定进行了逐条审查，并提出宝贵意见。规范起草小组就专家的提问进行了详细作答。与会专家经过认真研讨，认为初稿、编制说明及验证报告基本完整，一致同意通过预审。但初稿须修改处较多，建议起草组按照审查意见进行修改，经审查组确认后，再提报秘书处按规定程序组织征求意见。2024年7月18日，起草小组根据预审意见进行完善，形成征求意见稿。4规范主要制定内容本规范为首次制定，内容编制将遵循技术法规的科学性、先进性和可操作性原则。主要制定内容如下：4.1 范围规范适用于采用静电激励器法对压力场测量传声器20Hz20kHz、自由场及扩散场测量传声器20Hz500Hz范围内相位特性进行的校准，适用范围明确。4.2 概述规范描述了静电激励器法校准测量传声器相位特性的原理、设备组成、相关仪器的结构及功能，并给出设备连接示意图。4.3 计量特性根据静电激励器法校准测量传声器相频特性的原理及工作过程，结合测量传声器实际应用场景，本规范给出常用测量传声器相频特性的技术要求包括相位一致性、相频非线性误差，并分列表述。4.4 校准条件规范根据被测仪表的技术特点和测试要求对环境温度、湿度及电源电压条件进行规定。对于校准设备结合JJFIo71-2010要求对测量标准与配套设备进行了规定。因校准装置与工作标准传声器(静电激励器法)检定规程(JJG1.75-2015)相同，因此校准条件与采用静电激励器法校准测量传声器声压灵敏度保持一致，并明确给出测量设备和其技术要求。45校准项目规范给出的校准项目为外观及功能性检查项目，相频非线性误差项目、校准传声器对（组）时还包括相位一致性项目。4.6 校准方法本规范所述相频非线性误差、相位一致性均为测量传声器相频响应后通过计算得到的，因此规范中对传声器相频响应的测量方法及相频非线性误差、相位一致性的计算方法均做出说明。为确保规范校准过程实施的可靠性和可行性，规范校准前准备的内容中包括传声器机械性损伤或变形检查、接触不良检查的相关条款。参数设置是测量放大器按照传声器供电要求等设置。本规范采用静电激励器法进行校准，内容明确，清晰，具备科学性和可操作性，便于校准活动的实施。另一方面，由于可整套采用原有设备，在计量机构中已有较强基础，校准规范实施后可迅速开展相关工作。4.6.1 相频非线性误差校准测得传声器相频响应后，采用最小二乘法将频率响应曲线拟合为一条直线，求得误差。因自由场传声器、扩散场传声器与压力场传声器工作原理不同，规范针对不同类型传声器分别提出了不同频率段的相频非线性误差要求。并在规范中详细阐述相频非线性误差的校准方法，校准步骤及数据处理方法。4.6.2 相位一致性校准若有两只或两只以上配套使用的传声器对（组），测量其中每一只传声器被检频率内的相频响应后，计算得到相位一致性。4.7 复校时间间隔测量传声器是一种随着使用频次增多、时间变长将发生一定的变化，因此应定期对其进行校准，本规范建议其复校时间间隔不超过12个月。由于影响测量传声器相频特性的因素很多，因此按照JJF1071-2010规定，本规范对复校时间间隔的规定中强调了“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、使用频率人使用者、仪器本身质量等诸多因素，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4.8 附录附录给出了校准证书内页参考格式。附录给出的不确定度评定示例，评定了丹麦B&K公司4192型传声器相频响应的不确定度，供参考使用。上述内容为规范校准方法内容的完整性和可操作性提供技术支撑。