声级计测定电动自行车车速提示音的不确定度评定

朱嘉 金婉婧 肖 立 李晓晶

（威凯检测技术有限公司 广州 510663）

引言

测量的目的不仅要给出测量结果的量值，还应该给出测量结果的不确定度。不确定度的概念和体系，是在误差理论的基础上逐步建立和完善起来的。在分析计算测量不确定度之前需要做好必要的误差分析。测量误差是测量不确定度评定的理论基础[1]。

测量误差被定义为测量结果与被测量的真值之差。在实际测量中，由于各种误差源的存在，我们的测量结果仅仅是被测量真值的估计值。测量误差是无法确切知道的，我们仅能通过数学统计分析的方法，评定出真值以较大概率存在的范围，或者说评定测量结果或测量误差不能确定的程度，也就是测量不确定度[2]。在报告测量结果时，必须给出被测量的量值及测量结果的可信程度。可信程度取决于测量不确定度的大小，数值越大，说明测量结果越不可信；反之亦然。所以，测量不确定度的引入既便于人们评定测量结果的可靠性，又增强了测量结果直接的可比性[3-5]。

本文分析和评定了电动自行车车速提示音测试过程中存在的各个不确定度因子，由此给出测量不确定度的大小和表示方法。

1 测量不确定度的评定步骤

被测量的测量不确定度由多个分量组成，在进行测量不确定度评定时，首先确定分量并评定各分量的标准不确定度，然后合成产生合成标准不确定度，再评定扩展不确定度。

2 基本方法原理和数学模型

2.1 方法原理

GB 17761-2018《电动自行车安全技术规范》对于测试环境和试验方法进行了规定。

测试环境要求测试场地应为平坦地面，场地材料为表面干燥的混凝土、沥青或具有高反射能力的硬材料。场地内应当规划出四边距试验车外廓（不包括车把）至少3 m的长方形测试区域，且场地范围内不得有影响声级计读数的障碍物存在。声级计距离道路边缘距离不小于1 m；测试范围内除测试人员和骑行者外不得有其他人员存在，且测试人员和骑行者的位置不得干扰仪器读数；测试进行时天气要求无雨、无雪、风速不大于3 m/s，测试进行时应当排除阵风对仪器读数的影响；背景噪声（A计权声级计）应当比受试车辆的车速提示音低10 dB（A）以上。

试验方法中规定使用一级精度的声级计，在试验场地驱动试验车离地，在左右两侧垂直于车身中心距离2 m，高度为1.2 m处放置声级计。车速提示音响后，分别读取两侧声级计的最大读数，并计算出两侧读数的平均值[6]。

本文在满足上述测试环境的前提下，使用一级精度声级计仅放置在车身一侧，评定单侧测定结果的测量不确定度。

2.2 建立数学模型

测量不确定度评定的数学模型是指确定被测量与影响其测量不确定度的其他量之间的关系的函数表达式。建立数学模型要明确所使用的测量方法是直接测量法还是间接测量法。直接测量法可以直接得到被测量值，不必测量与被测量有函数关系的其他量。凡是由一组操作即可获得结果的测量方法都属直接测量法，与这组操作的复杂程度，或确定影响量的影响需要作的其他补充计算均无关。直接测量法的特点是测量结果可以从测量仪器中直接得出[5]。

本文使用声级计直接读数，测量方法属于直接测量法，测量函数可表示为y=x，测量不确定度的计算公式u(y)=u(x)。

3 测量不确定度的来源及各分量的关系

在进行测量不确定度评定时，首先应当分析其来源。如果没有正确的辨别来源，或忽略了影响显著的来源，则评定结果可能不合理。通常情况下，影响不确定的因素来源于人员操作、测量设备、被测对象、测量方法和测量环境等。

测定车速提示音的测量不确定度来源于：测量仪器不准引入的不确定度、传声器校准器的不确定度、重复性测量引入的不确定度、人员操作的影响、环境条件对测试的影响等。声级计级量程线性允许误差可以从相应设备的计量证书中查到；校准器设备的不确定度可以从其说明书中查到；人员操作对结果的影响根据经验值获得；由于车速提示音声压级比背景噪声大15 dB（A）以上，本文忽略背景噪声引入的不确定度。

4 测量不确定度分量的评定

4.1 重复性引入的不确定度u(x1)

采用A类评定方法。A类评定方法是指对规定测量条件下测得的量值，用统计分析的方法进行的测量不确定度分量的评定。上述的规定测量条件是指重复性测量条件、期间精密度测量条件或复现性测量条件。贝塞尔法是A类评定最常用的方法[7]。

连续10次做重复测量，算出其算数平均值和实验室标准偏差。测试结果见表1。

由表1可知，10次测量数据的平均值：

表1 重复测量结果

采用贝塞尔公式算出实验标准偏差S(xi)：

算术平均值所对应的标准不确定度u(x1)为：

4.2 测量仪器不准引入的不确定度u(x2)

采用B类评定方法。测量不确定度B类评定的信息来源，可以包括实验室经验数据、仪器的使用说明书、仪器校准或其他鉴定活动提供的不确定度信息等[7]。

根据仪器的检定证书，仪器量程范围为35～125 dB，级量程线性允许误差为±0.8 dB，均匀分布。所以由级量程线性允许误差引起的不确定度为：

4.3 传声器校准器引入的标准不确定度u(x3)

查看校准器的检定证书，传声器校准器的允许误差为±0.2 dB，服从均匀分布。传声器校准器引入的标准不确定度为：

4.4 传声器指向误差引入的不确定度u(x4)

测量时要求测量仪器对准声源，以0 °角入射。根据测量经验，操作人员实际测试会存在约±10 °的偏差，对结果造成±0.5 dB的影响，服从均匀分布。因此由于指向声源不准确引入误差引入的不确定度：

4.5 测量距离误差引入的不确定度u(x5)

根据经验，在实际操作过程中，试验人员会偏离标准规定距离约±1 cm，对结果产生约±0.5 dB的影响，服从均匀分布。测量距离误差引入误差引出的不确定度为：

4.6 测量高度误差引入的不确定度u(x6)

在实际测量高度时，试验人员会出现约±1 cm的偏差，对测量结果产生约±0.5 dB的影响，服从均匀分布。测量高度误差引入的不确定度为：

4.7 不确定度分量汇总

不确定度分量汇总如表2所示。

表2 不确定度分量汇总表

5 合成标准不确定度的评定

5.1 灵敏系数c

根据数学模型可知，u(y)与u(x)之间属于线性关系，则灵敏系数c为：

5.2 合成标准不确定度uc(y)

6 扩展不确定度U

通常情况下，取置信概率p=95 %时，相应的k=2，扩展不确定度U=2×uc(y)=1.4(dB)（k=2），相对扩展不确定度。

7 不确定度的表达

假设某次测量结果为55 dB( A) ，测量结果及不确定度可表示为：

8 结语

本文根据GB 17761-2018《电动自行车安全技术规范》的测试方法，分析评定了测量电动自行车车速提示音的测量不确定度，扩展不确定度U为1.4 dB（k=2）。