CN104344886A - 一种声强测量仪高声强特性的评测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种声强测量仪高声强特性的评测方法，其用于声强测量仪的声强级动态范围上限的评测，也用于声强级偏差校准，被校声强测量仪的声强探头有两只声强探头传声器，两只声强探头传声器均连接声强分析仪；声强测量仪的声强探头传声器与高声压标准传声器轴对称安装在声强级校准装置上。本发明方法基于双谐振声波幅相控制原理，采用驻波管声波发生技术模拟标准声强级，实现测量范围为(100～150)dB声强测量仪校准的评价。

Description

一种声强测量仪高声强特性的评测方法

技术领域

本发明属于声学计量技术领域，具体涉及一种声强测量仪高声强特性的评测方法。

背景技术

根据《JJG 992-2004声强测量仪检定规程》中的要求，被检声强测量仪应按照规程中第7.3.6条中描述的方法进行“声压频率响应和声强频率响应校准”，该方法的实验装置如图1所示。

在消声室中，壁面附着吸声材料，形成声反射几乎为零的自由声场，将声强探头置于自由声场中，标准传声器放置于距离声强探头40～50mm处，用于监测声场中的声信号。

开启声源，将滤波器中心频率调整到500Hz。记录标准传声器测得的声压级L_PS，声强探头测得的总声压级L_P和总声强级L_I。顺序向上改变滤波器的中心频率，做同样的测量。声压级频率响应偏差为ΔL_p＝L_p-L_PS，声强级频率响应偏差为ΔL_I＝L_I-[L_PS+10lg(k/ρc)]。

上述校准方法需要具有消声室的实验条件，声源的声强级小于110dB，无法完成对动态范围上限达到150dB声强级的声强测量仪进行校准。

目前国内外声强计量主要在大行波管和消声室中进行，侧重声强级的频率响应校准，一般声强级小于110dB，对声强级在宽动态范围的动态范围上限和声强级偏差校准的评价方法始终是一个缺项。

发明内容

本发明的目的在于提供一种声强测量仪高声强特性的评测方法，其能够对声强级在宽动态范围的动态范围上限和声强级偏差校准进行评测。

实现本发明目的的技术方案：

本发明所述的一种声强测量仪高声强特性的评测方法，其用于声强测量仪的声强级动态范围上限的评测，被校声强测量仪的声强探头有两只声强探头传声器，两只声强探头传声器均连接声强分析仪；声强测量仪的一只声强探头传声器与高声压标准传声器轴对称安装在声强级校准装置上；该方法包括如下步骤：

(a)一只声强探头传声器的信号输出到声强分析仪，声强分析仪将测得的声压级输出到数据采集分析仪；

(b)将声压频率设定为500Hz，起始声压级设定为100dB，数据采集分析仪控制正弦信号发生器输出正弦波，使功率放大器驱动声强级校准装置；此时，高声压标准传声器的输出信号经测量放大器输送至数据采集分析仪测量得到当前声压级；

(c)当步骤(b)当前声压级达到设定值，待声压级稳定后，由声强分析仪计算得到总谐波失真度THD，总谐波失真度按公式(1)计算；

$\mathrm{THD}=\frac{\sqrt{A_1^2+A_2^2+---+A_{10}^2}}{A_0}\×100\%---\left(1\right)$

式中：

A_n(n＝1,2,…,10)——声压信号的第n次谐波幅值，Pa；

A₀——声压信号的基波幅值，Pa；

(d)逐步提高声压级设定值，直至达到被校声强测量仪的动态范围上限标称值，当失真度达到3％时，记录此时的声压级L_pA；

(e)声强测量仪的另一只声强探头传声器(2B)重复上述步骤(a)至步骤(d)，得到另一声压级L_pB；

(f)取L_pA和L_pB两个声压级的较小值为L_pmin按照公式(2)计算对应的声强级，即为声强测量仪的声强级动态范围上限值L_Imax；

$L_{I\max }=L_{p\min }+10\log \left(\frac{k}{\mathrm{\ρc}}\right)---\left(2\right)$

式中：k为400kg/(m²·s)；

ρ为空气密度，kg/m³；

c为声速，m/s。

本发明所述的另一种声强测量仪高声强特性的评测方法，其用于声强级偏差校准，被校声强测量仪的声强探头有两只声强探头传声器，两只声强探头传声器均连接声强分析仪；声强测量仪的两只声强探头传声器与两个高声压标准传声器轴对称安装在声强级校准装置上；其特征在于，该方法包括如下步骤：

(a)设置声强测量仪的两只声强探头传声器的标称间距为50mm；声强分析仪将测得的声压级输出到数据采集分析仪；

(b)校准频率为500Hz，声强级校准点在100dB至声强测量仪的声强级动态范围上限值范围内选取，以2dB声强级为间隔，进行声强级偏差的校准；

(c)将声强频率设定为500Hz，声强级设定为100dB，数据采集分析仪控制正弦信号发生器输出正弦波，使功率放大器驱动声强级校准装置；此时，两个高声压标准传声器的输出信号经测量放大器输送至数据采集分析仪由公式(3)计算得到参考声强L_I0；

$I_0=\frac{P_A\·P_B\sin \left(\mathrm{\θ}\right)}{2\mathrm{\πf\ρd}}---\left(3\right)$

式中：

P_A和P_B分别为两只高声压标准传声器测得的声压有效值，Pa；

θ为两只高声压标准传声器测得声信号之间的相位差，°；

f为声信号频率，Hz；

ρ为空气密度，kg/m³；

d为标称间距，m；

(d)声强级稳定并达到设定值后，记录声强测量仪测得的声强级示值L_I与参考声强级L_I，声强级偏差△L_I如式(4)所示计算；

△L_I＝L_I-L_I0         (4)

(e)逐步提高声强级设定值，重复步骤(a)至步骤(d)做同样的测量并记录实验数据，直至达到声强测量仪的声强级动态范围上限。

本发明的效果在于：本发明所述的一种声强测量仪高声强特性的评测方法，其能够对声强级在宽动态范围的动态范围上限和声强级偏差校准进行评测。本发明基于双谐振声波幅相控制原理，采用驻波管声波发生技术模拟标准声强级，实现测量范围为(100～150)dB声强测量仪校准的评价。丹麦B&K公司、丹麦GRAS公司等国外仪器生产企业允许向我国出口的测量仪器，可以涵盖在这一范围内。

附图说明

图1为声强测量仪频率响应自由场校准方法及装置示意图；

图2为实施例1所述的一种声强级动态范围校准方法示意图；

图3为实施例2所述的一种声强级偏差校准方法示意图。

图中：1.高声压标准传声器；2.声强探头传声器；3.声强级校准装置；4.正弦信号发生器；5.数据采集分析仪；6.测量放大器；7.功率放大器；8.声强分析仪。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种声强测量仪高声强特性的评测方法作进一步描述。

实施例1

如图2所示，本发明所述的一种声强测量仪高声强特性的评测方法，其用于声强测量仪的声强级动态范围上限的评测，被校声强测量仪的声强探头有两只声强探头传声器2，两只声强探头传声器2均连接声强分析仪8；声强测量仪的一只声强探头传声器2A与高声压标准传声器1轴对称安装在声强级校准装置3上；该方法包括如下步骤：

(a)一只声强探头传声器2A的信号输出到声强分析仪8，声强分析仪8将测得的声压级输出到数据采集分析仪5；

(b)将声压频率设定为500Hz，起始声压级设定为100dB，数据采集分析仪5控制正弦信号发生器4输出正弦波，使功率放大器7驱动声强级校准装置3；此时，高声压标准传声器1的输出信号经测量放大器6输送至数据采集分析仪5测量得到当前声压级；

(c)当步骤b当前声压级达到设定值，待声压级稳定后，由声强分析仪8计算得到总谐波失真度THD，总谐波失真度按公式(1)计算；

$\mathrm{THD}=\frac{\sqrt{A_1^2+A_2^2+---+A_{10}^2}}{A_0}\×100\%---\left(1\right)$

式中：

A_n(n＝1,2,…,10)——声压信号的第n次谐波幅值，Pa；

A₀——声压信号的基波幅值，Pa；

(d)逐步提高声压级设定值，直至达到被校声强测量仪的动态范围上限标称值，当失真度达到3％时，记录此时的声压级L_pA；

(e)声强测量仪的另一只声强探头传声器2B重复上述步骤(a)至步骤(d)，得到另一声压级L_pB；

(f)取L_pA和L_pB两个声压级的较小值为L_pmin按照公式(2)计算对应的声强级，即为声强测量仪的声强级动态范围上限值L_Imax；

$L_{I\max }=L_{p\min }+10\log \left(\frac{k}{\mathrm{\ρc}}\right)---\left(2\right)$

式中：k为400kg/(m²·s)；

ρ为空气密度，kg/m³；

c为声速，m/s。

本评测方法规定的计量特性与指标如表1所示。

表1

序号	校准项目	指标
			1	声强级动态范围上限	不超过±2.0dB

本评测方法所用设备见表2。

表2

实施例2

如图3所示，本发明所述的一种声强测量仪高声强特性的评测方法，其用于声强级偏差校准，被校声强测量仪的声强探头有两只声强探头传声器2，两只声强探头传声器2均连接声强分析仪8；声强测量仪的两只声强探头传声器2A、2B与两个高声压标准传声器1轴对称安装在声强级校准装置3上；该方法包括如下步骤：

(a)设置声强测量仪的两只声强探头传声器2A、2B的标称间距为50mm；声强分析仪8将测得的声压级输出到数据采集分析仪5；

(b)校准频率为500Hz，声强级校准点在100dB至声强测量仪的声强级动态范围上限值范围内选取，以2dB声强级为间隔，进行声强级偏差的校准；

(c)将声强频率设定为500Hz，声强级设定为100dB，数据采集分析仪5控制正弦信号发生器4输出正弦波，使功率放大器7驱动声强级校准装置3；此时，两个高声压标准传声器1的输出信号经测量放大器6输送至数据采集分析仪5由公式(3)计算得到参考声强L_I0；

$I_0=\frac{P_A\·P_B\sin \left(\mathrm{\θ}\right)}{2\mathrm{\πf\ρd}}---\left(3\right)$

式中：

P_A和P_B分别为两只高声压标准传声器测得的声压有效值，Pa；

θ为两只高声压标准传声器测得声信号之间的相位差，°；

f为声信号频率，Hz；

ρ为空气密度，kg/m³；

d为标称间距，m；

(d)声强级稳定并达到设定值后，记录声强测量仪测得的声强级示值L_I与参考声强级L_I，声强级偏差△L_I如式(4)所示计算；

△L_I＝L_I-L_I0      (4)

(e)逐步提高声强级设定值，重复步骤(a)至步骤(d)做同样的测量并记录实验数据，直至达到声强测量仪的声强级动态范围上限。

本评测方法规定的计量特性与指标如表3所示。

序号	校准项目	指标
			1	声强级偏差	不超过±1.5dB

评测方法所用设备见表4。

表4

上述的声强级动态范围上限采用如下方法获得；

(a)两只声强探头传声器的信号输出到声强分析仪8，声强分析仪8将测得的声压级输出到数据采集分析仪5；

(b)将声压频率设定为500Hz，起始声压级设定为100dB，数据采集分析仪5控制正弦信号发生器4输出正弦波，使功率放大器7驱动声强级校准装置3；此时，高声压标准传声器1的输出信号经测量放大器6输送至数据采集分析仪5测量得到当前声压级；

(c)当步骤(b)当前声压级达到设定值，待声压级稳定后，由声强分析仪(8)计算得到总谐波失真度THD，总谐波失真度按公式(1)计算；

$\mathrm{THD}=\frac{\sqrt{A_1^2+A_2^2+---+A_{10}^2}}{A_0}\×100\%---\left(1\right)$

式中：

A_n(n＝1,2,…,10)——声压信号的第n次谐波幅值，Pa；

A₀——声压信号的基波幅值，Pa；

(d)逐步提高声压级设定值，直至达到被校声强测量仪的动态范围上限标称值，当失真度达到3％时，记录此时的声压级L_pA和L_pB；

(e)取L_pA和L_pB两个声压级的较小值为L_pmin按照公式(2)计算对应的声强级，即为声强测量仪的声强级动态范围上限值L_Imax；

$L_{I\max }=L_{p\min }+10\log \left(\frac{k}{\mathrm{\ρc}}\right)---\left(2\right)$

式中：k为400kg/(m²·s)；

ρ为空气密度，kg/m³；

c为声速，m/s。

Claims (3)

1.一种声强测量仪高声强特性的评测方法，其用于声强测量仪的声强级动态范围上限的评测，被校声强测量仪的声强探头有两只声强探头传声器(2)，两只声强探头传声器(2)均连接声强分析仪(8)；声强测量仪的一只声强探头传声器(2A)与高声压标准传声器(1)轴对称安装在声强级校准装置(3)上；其特征在于，该方法包括如下步骤：

(a)一只声强探头传声器(2A)的信号输出到声强分析仪(8)，声强分析仪(8)将测得的声压级输出到数据采集分析仪(5)；

(b)将声压频率设定为500Hz，起始声压级设定为100dB，数据采集分析仪(5)控制正弦信号发生器(4)输出正弦波，使功率放大器(7)驱动声强级校准装置(3)；此时，高声压标准传声器(1)的输出信号经测量放大器(6)输送至数据采集分析仪(5)测量得到当前声压级；

(c)当步骤(b)当前声压级达到设定值，待声压级稳定后，由声强分析仪(8)计算得到总谐波失真度THD，总谐波失真度按公式(1)计算；

$\mathrm{THD}=\frac{\sqrt{A_1^2+A_2^2+...+A_{10}^2}}{A_0}\×100\%---\left(1\right)$

式中：

A_n(n＝1,2,…,10)——声压信号的第n次谐波幅值，Pa；

A₀——声压信号的基波幅值，Pa；

(d)逐步提高声压级设定值，直至达到被校声强测量仪的动态范围上限标称值，当失真度达到3％时，记录此时的声压级L_pA；

(e)声强测量仪的另一只声强探头传声器(2B)重复上述步骤(a)至步骤(d)，得到另一声压级L_pB；

(f)取L_pA和L_pB两个声压级的较小值为L_pmin按照公式(2)计算对应的声强级，即为声强测量仪的声强级动态范围上限值L_Imax；

$L_{I\max }=L_{p\min }+10\log \left(\frac{k}{\mathrm{\ρc}}\right)---\left(2\right)$

式中：k为400kg/(m²·s)；

ρ为空气密度，kg/m³；

c为声速，m/s。

2.一种声强测量仪高声强特性的评测方法，其用于声强级偏差校准，被校声强测量仪的声强探头有两只声强探头传声器(2)，两只声强探头传声器(2)均连接声强分析仪(8)；声强测量仪的两只声强探头传声器(2A、2B)与两个高声压标准传声器(1)轴对称安装在声强级校准装置(3)上；其特征在于，该方法包括如下步骤：

(a)设置声强测量仪的两只声强探头传声器(2A、2B)的标称间距为50mm；声强分析仪(8)将测得的声压级输出到数据采集分析仪(5)；

(b)校准频率为500Hz，声强级校准点在100dB至声强测量仪的声强级动态范围上限值范围内选取，以2dB声强级为间隔，进行声强级偏差的校准；

(c)将声强频率设定为500Hz，声强级设定为100dB，数据采集分析仪(5)控制正弦信号发生器(4)输出正弦波，使功率放大器(7)驱动声强级校准装置(3)；此时，两个高声压标准传声器(1)的输出信号经测量放大器(6)输送至数据采集分析仪(5)由公式(3)计算得到参考声强L_I0；

$I_0=\frac{P_A\·P_B\sin \left(\mathrm{\θ}\right)}{2\mathrm{\πf\ρd}}---\left(3\right)$

式中：

P_A和P_B分别为两只高声压标准传声器测得的声压有效值，Pa；

θ为两只高声压标准传声器测得声信号之间的相位差，°；

f为声信号频率，Hz；

ρ为空气密度，kg/m³；

d为标称间距，m；

(d)声强级稳定并达到设定值后，记录声强测量仪测得的声强级示值L_I与参考声强级L_I，声强级偏差△L_I如式(4)所示计算；

△L_I＝L_I-L_I0          (4)

(e)逐步提高声强级设定值，重复步骤(a)至步骤(d)做同样的测量并记录实验数据，直至达到声强测量仪的声强级动态范围上限。

3.根据权利要求2所述的一种声强测量仪高声强特性的评测方法，其特种在于：所述的声强级动态范围上限采用如下方法获得；

(a)两只声强探头传声器的信号输出到声强分析仪(8)，声强分析仪(8)将测得的声压级输出到数据采集分析仪(5)；

(b)将声压频率设定为500Hz，起始声压级设定为100dB，数据采集分析仪(5)控制正弦信号发生器(4)输出正弦波，使功率放大器(7)驱动声强级校准装置(3)；此时，高声压标准传声器(1)的输出信号经测量放大器(6)输送至数据采集分析仪(5)测量得到当前声压级；

(c)当步骤(b)当前声压级达到设定值，待声压级稳定后，由声强分析仪(8)计算得到总谐波失真度THD，总谐波失真度按公式(1)计算；

$\mathrm{THD}=\frac{\sqrt{A_1^2+A_2^2+...+A_{10}^2}}{A_0}\×100\%---\left(1\right)$

式中：

A_n(n＝1,2,…,10)——声压信号的第n次谐波幅值，Pa；

A₀——声压信号的基波幅值，Pa；

(d)逐步提高声压级设定值，直至达到被校声强测量仪的动态范围上限标称值，当失真度达到3％时，记录此时的声压级L_pA和L_pB；

(e)取L_pA和L_pB两个声压级的较小值为L_pmin按照公式(2)计算对应的声强级，即为声强测量仪的声强级动态范围上限值L_Imax；

$L_{I\max }=L_{p\min }+10\log \left(\frac{k}{\mathrm{\ρc}}\right)---\left(2\right)$

式中：k为400kg/(m²·s)；

ρ为空气密度，kg/m³；

c为声速，m/s。