声级计比对实验中的一点心得

陈婉霞（安徽省计量科学研究院，安徽　合肥　230051）



声级计比对实验中的一点心得

陈婉霞（安徽省计量科学研究院，安徽合肥230051）

对声级计校准能力验证的实验过程进行了详细描述，具有可操作性，重点关注了实验中可能影响测量结果的因素，按照能力验证计划要求，参照《声级计》（JJG188-2002）检定规程7.1.3.2和7.1.3.3条规定的校准方法，获得在31.5Hz～4kHz频率范围内声级计的Z计权测量结果和测量不确定度。

声级计；能力验证

近期，笔者实验室参加了一次有关声级计的校准能力验证。样品为1台2级声级计。能力验证的主要内容为校准声级计的Z计权。

就实验室而言，一般能力验证的目的大概有以下几点：满足认可机构的要求；实验室对自身进行质量控制的手段；向客户证实其具备的技术能力。定期参加能力验证，对保证实验室的检测能力、加强同类实验室横向交流、提高检测水平有着重要的意义。

此次能力验证为CNAS校准能力验证，按照能力验证计划要求，参照 《声级计》（JJG188-2002）检定规程7.1.3.2和7.1.3.3条规定的校准方法，获得在31.5Hz～4kHz频率范围内声级计的Z计权测量结果。能力验证计划实验过程大致如下：

1　样品接收

计划每组1个样品，关注要点大致有以下几点：

（1）当接收到样品时，首先检查样品运输箱是否完好，有异常情况及时上报主导实验室；

（2）打开样品运输箱，按作业指导书所列清单清点查收；

（3）填写《样品交接确认单》，并第一时间传真至主导实验室。原件留存，最后汇总上交。

2　样品测量

此次能力验证计划要求实验室参照 《声级计》（JJG188-2002）检定规程7.1.3.2和7.1.3.3条规定的方法，按照日常校准程序和实验室的CMC（校准和测量能力）校准声级计的Z计权。Z计权采用声信号直接测量得到，给出Z计权的测量结果和相应的测量结果不确定度。测量的频率范围是 31.5～4000Hz，Z计权测量的频率点为：31.5Hz、63Hz、125Hz和250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz和4000Hz。

要注意的是，如果用于测量的标准传声器未做自由场校准，其自由场灵敏度可依据其压力场灵敏度和IEC61094-7提供的修正因子进行修正而获取；其二，声级计样品校准菜单中的自由场修正量在1000Hz已由厂家设置为0.2dB，实验前后要进行核实后并不要更改。

实验采用的方法是，分别在低频声耦合腔和消声箱中用声信号进行替代法测量。在400Hz以下频率范围内，声级计的传声器和实验室标准传声器插人封闭的低频声耦合腔中测量。500Hz和500Hz以上的每个检定频率上，测量在消声箱中进行，调节声源的输出，使实验室标准传声器上产生一个参考声压级，然后用声级计替代实验室标准传声器。声级计置于参考级量程和F时间计权上，在每个检定频率上，频率计权是从声级计的指示声级减去用实验室标准传声器测试到的没有频率计权的声压级进行计算。测量直接给出Z计权的测量结果。

测量时所用的主要标准器和设备有：

（1）低频声耦合腔；

（2）消声箱；

（3）声源；

（4）实验室标准电容传声器；

（5）声校准器。

实验时需记录当时的环境温湿度以及大气压。规程要求的温度20～26℃，湿度30～90%，气压97～103kPa，本次实验时温度为20℃，湿度为58%，大气压为100.5kPa，均在规定范围内。

进行实验时，考虑到声场本身的偏差，替代时传声器位置变化的影响以及声源（包括信号源）的稳定度，对各频率点进行了多次重复测量，以测量值的算术平均数作为本次实验的测量结果。

为了增加实验结果的可靠性，在实验过程中以下几点应多加关注：

（1）考虑环境噪声对测量结果的影响。例如，实验室恒温空调机组低频噪声大，其他实验设备、实验员工作产生的噪声，都会干扰测量的结果，尽量选择环境安静时测量。

（2）每次测量实验前都应先用声校准器校准系统，保证示值的一致性。

（3）标准传声器的自由场修正。

（4）在低频段上，耦合腔内压力场响应可假定为等效自由场响应，但应考虑耦合腔中声场于传声器插口的位置。

（5）特别是在消声箱中实验时，由于采用替代法，当声级计替代标准传声器时，声级计上传声器的参考点应于标准传声器参考点位置相同，声源发出的声音应从规定的参考方向上到达传声器。

（6）如实验天数较多，实验次数、环境变化大，应考虑温湿度的影响，尽量在相同条件下实验。

3　样品发送

完成样品实验后，实验室填写《样品交接确认单》，交接单一式两份，一份随样品发至下一个实验室，另一份传真至主导实验室。

将样品装入样品运输箱后并加以固定，确保运输途中不发生移动。按作业指导书所列清单确认箱内物品单据齐全。当样品发出后，立即将发运单和相关运送票据复印件传真给主导实验室，以表明遵照计划时间安排完成全部实验工作。

4　实验结果报告

校准工作按计划在5日内完成。验证实验完成后，根据实验的实际情况填写 《声级计校准能力验证实验结果报告》，校准结果保留到小数点后一位。

客观地评定8个频率测量点的测量结果不确定度，给出评定结果和测量结果不确定度评定分析。测量不确定度保留到小数点后一位，包含概率为95%，包含因子k取2。

《声级计校准能力验证实验结果报告》备份留存，原件最后汇总上交。

声级计频率计权的测量不确定度评定方法如下：

（1）数学模型：频率计权（声性能）

式中：A——频率计权值，dB；

LA——声级计的示值，dB；

LS——标准装置的声压级值，dB；

（2）方差与灵敏系数

由（1）可知，以上分量独立互不相关，则方差为：

灵敏度系数

式（2）中灵敏系数为：

（3）A类标准不确定度评定。

由被校声级计频率计权重复性引入的标准不确定度，以10次测量为例，对声级计频率Z计权在重复性条件下测量10次，由于使用的是替代法，可不考虑声场本身的偏差，替代时传声器位置变化的影响以及声源（包括信号源）的稳定度均包含在测量结果的标准偏差中。

其算术平均值：

单次测量的实验标准偏差：

测量值的算术平均数作为测量结果，通过贝塞尔公式算得单次测量的实验标准偏差s作为A类测量不确定度的分量。

（4）B类标准不确定度的评定。

对于B类测量不确定度分量，则可以考虑以下几个分量：

①实验室标准传声器自由场灵敏度级，由上一级校准时的扩展测量不确定度；

②声学分析仪频率响应的准确度（实验用PULSE系统其分辨力为0.001dB，故读数误差可以忽略不计）；

③前置放大器插入损失测量误差；

④频率计权测量前，用于对样机进行校准的声校准器的扩展测量不确定度；

⑤用作样品的声级计示值分辨率；

⑥计算过程中的数据修约误差；

等等。

（5）合成标准不确定度

由于各分量独立无关，合成标准不确定度为：

（6）测量结果的扩展不确定度

取包含因子k=2，各频率扩展不确定度U＝kuc值如下：

本次实验最终的测量值都接近 0.0dB，在《声级计》（JJG188－2002）检定规程要求的2级声级计允差范围内；31.5Hz、63Hz、125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz各频率点测量结果的不确定度均为0.4dB，2kHz和4kHz频率点测量结果的不确定度为0.5dB，均在规程要求的测量不确定度范围内（见表1）。

表1　检定规程规定的2级声级计频率计权、允差和测量不确定度

5　实验文件提交

完成验证实验后2周内，整理如下实验文件寄送主导实验室：

（1）能力验证计划报名表原件；

（2）样品交接确认单之接收和发送各一份，原件；

（3）测量不确定度评定报告；

（4）实验原始记录（复印件）；

（5）声级计校准能力验证实验结果报告。

6　验证结果的评价

式中：x——参加实验室的校准结果；

X——参考值；

Ulab——参加实验室校准结果的测量不确定度；

Uref——参考值的测量不确定度。

判断依据：|En|≤1时测量结果符合要求。

本实验室上报的测量值均符合要求，顺利通过该次校准能力验证。

7　结束语

通过实验可见，测量设备、环境影响、操作人员、合适的检测方法等等都是我们提高实验结果可靠性的关注重点。

［1］《声级计》检定规程（JJG188-2002）.

［2］《测量不确定度评定与表示》（JJF1059-1999）.

［3］《利用实验室间比对的能力验证》（GB/T15483-1999）.

2016-4-7

TB51

A

2095-2066（2016）12-0225-02