路径: 主页 > GB/T > 第664页 > GB/T 20441.2-2018 | 标准编号 | GB/T 20441.2-2018 (GB/T20441.2-2018) | | 中文名称 | 电声学 测量传声器 第2部分：采用互易技术对实验室标准传声器声压校准的原级方法 | | 英文名称 | Electroacoustics -- Measurement microphones -- Part 2: Primary method for pressure calibration of laboratory standard microphones by the reciprocity technique | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | A59 | | 国际标准分类 | 17.140.50 | | 字数估计 | 34,329 | | 发布日期 | 2018-06-07 | | 实施日期 | 2019-01-01 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/T 20441.2-2018
电声学 测量传声器 第2部分：采用互易技术对实验室标准传声器声压校准的原级方法
Electroacoustics -- Measurement microphones -- Part 2: Primary method for pressure calibration of laboratory standard microphones by the reciprocity technique
1 范围
GB/T 20441的本部分规定了确定实验室标准传声器复数声压灵敏度的原级方法,为声压测量建
立一个具有可复现性的准确依据。
本部分适用于满足GB/T 20441.1-2010要求的实验室标准传声器和具有相同尺寸的其他类型电
容传声器。
本部分中所有的量均以国际单位制单位表示。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 20441.1-2010 电声学 测量传声器 第1部分:实验室标准传声器规范(IEC 61094-1:
2000,IDT)
ISO/IEC Guide98-3 测量不确定度 第3部分:测量中不确定度的表述指南
3 术语和定义
GB/T 20441.1-2010、ISO/IEC Guide98-3界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
互易传声器
线性无源的传声器,其开路的正向和逆向转移阻抗的幅值相等。
3.2
传声器声压灵敏度的相位角
给定频率下传声器开路电压与均匀作用在膜片上的声压之间的相位角。
注:相位角以度或弧度[(°)或rad]表示。
4 参考环境条件
参考环境条件为:
---气温:23.0℃;
---静压:101.325kPa;
---相对湿度:50%。
5 互易法声压校准的原理
5.1 原理概述
5.1.1 概述
传声器的互易校准可用三只传声器来完成,其中两只应为互易传声器,或者用一个辅助声源和两只
传声器完成,其中一只应是互易的。
注:非互易传声器只能用作声接收器。
5.1.2 三传声器法的原理概述
将两只传声器用耦合腔进行声学耦合,一只作为声源,另一只作为声接收器,测量其电转移阻抗。
当系统的声转移阻抗已知时,两只耦合的传声器的声压灵敏度乘积便可确定。将传声器(1)、传声器
(2)、传声器(3)两两配对,可得出3个互相独立的乘积,可导出每只传声器的声压灵敏度表达式。
5.1.3 两传声器和一个辅助声源法的原理概述
首先,将两个传声器用耦合腔进行声学耦合,确定两传声器的声压灵敏度乘积,见5.1.2。然后,辅
助声源对两只传声器辐射相同的声压,则其输出电压之比等于声压灵敏度之比。根据两只传声器的灵
敏度乘积和声压灵敏度之比,可导出每只传声器的声压灵敏度表达式。
注:为了获得声压灵敏度的比值,可采用直接比较法。辅助声源可以是第三只传声器,其力学和声学特性与被校传声器可以不同。
5.2 基本表达式
实验室标准传声器及相似的传声器具有互易性,因此传声器的二端口方程可写为式(1):
5.3 插入电压技术
插入电压技术用于测定具有电负载的传声器的开路电压。
将一负载阻抗连接到具有测定开路电压和内阻抗的传声器上。为了测量开路电压,将一个远小于
负载阻抗的阻抗与传声器串接,并在其上施加一个校准电压。
交替施加声压和同频率的校准电压,调节校准电压,使其在负载上产生的电压降与作用于传声器的
声压所产生的电压降相等。此时,校准电压的大小即为开路电压。
5.4 声转移阻抗的计算
声转移阻抗Za,12=p2/(Mp,1,i1)可通过图1所示的等效电路计算,图中Za,1和Za,2分别为传声器
(1)和传声器(2)的声阻抗。
5.5 热传导修正
5.4中计算Z'a,12时假设耦合腔中为绝热条件,实际上腔壁的热传导会使其偏离理想的绝热过程,特
别是在小耦合腔和低频情况下。
低频时,可认为腔内声压处处相等,满足腔壁温度保持不变的假设,热传导损耗可以用相对于式(3)
中几何体积V 的复修正因子ΔH 表示,ΔH 的表达式在附录A中给出。
高频时,腔内将产生波动,声压不再处处相等。对直角圆柱体耦合腔,可以采用5.4中的传输线理论,
圆柱腔体表面的热传导和粘滞损耗所产生的总体影响,可以通过复传播系数和平面波传播的声阻抗表示。
腔体端面,即传声器膜片部分,所产生的热传导可通过在传声器声阻抗上附加其他分量进行修正。
5.6 毛细管修正
耦合腔通常配有毛细管以均衡腔内外的静压,也可以通过两只毛细管排出空气,充入其他气体。
5.7 声压灵敏度的最终表达式
5.7.1 三传声器法
用Ze,12表示电转移阻抗U2/i1(见5.2),其余传声器组合类似。
6 影响声压灵敏度的因素
6.1 概述
电容传声器的声压灵敏度取决于极化电压和环境条件。
电容传声器在极化后,其基本工作模式认为传声器上的电荷在所有频率下均保持不变。而频率很
低时,传声器上的电荷不再保持不变,传声器的极化阻抗决定了其电荷充电的时间常数。频率较低时,
与传声器相连的前置放大器,其绝对输出将与该时间常数保持一致,随着频率降低而降低,因此,利用插
入电压技术得到的传声器开路电压依旧正确。
同时,声压灵敏度的定义要求测量中满足一定条件。校准期间,这些条件应当很好地加以控制,测
量结果的不确定度分量才会较小。
6.2 极化电压
电容传声器的灵敏度近似的正比于极化电压。因此,校准时实际使用的极化电压应当予以说明。
为了满足 GB/T 20441.1-2010的要求,推荐使用200.0V的极化电压。
6.3 接地屏蔽参考结构
按照GB/T 20441.1-2010中3.3,传声器应与规定的接地屏蔽结构相连,其开路电压应在传声器
的电端用5.3所述的插入电压技术测量。实验室标准传声器接地屏蔽结构详见GB/T 20441.1-2010。
校准期间,发送传声器和接收传声器都应连接合适的接地屏蔽结构,且屏蔽结构应与地电位相连。
若采用其他装置,则校准结果应以参考接地屏蔽结构为参照。
如制造商规定了施加于传声器中心电接触点上的最大机械力,则使用时不应超过该限值。
6.4 膜片表面的声压分布
声压灵敏度的定义中,假设声压均匀作用于传声器膜片上。通常传声器膜片中央部分对声压作用
更为灵敏,因此,在平均声压相同的条件下,膜片表面声压非均匀分布时,传声器输出电压与膜片表面声
压均匀分布时的输出电压并不相同。该差异随着传声器膜片张力分布均匀性的不同而改变。
对于附录C中描述的圆柱形耦合腔,纵向和横向波动均存在,包括对称的和非对称的。当声源并
不是覆盖在耦合腔端面的理想活塞源,或传声器-耦合腔组合的几何形状并非理想的直角圆柱体时,会
存在径向波动。径向波动会导致膜片表面声压的非均匀分布。
在校准期间,膜片表面声压分布的均匀性应优于±0.1dB。在实际校准装置中,由于传声器的几何
缺陷,这一条件很难控制。发射传声器的速度分布不同于真正的活塞声源,无法避免径向波动。当耦合
腔与传声器膜片的直径相同时,径向波动最小,且比大直径耦合腔对几何缺陷的敏感程度要低。
当高频校准要求有较高的准确度时,最好使用不同尺寸的多个耦合腔来评定传声器的灵敏度,同时
需要考虑基于理论模型的波动修正。
6.5 与环境条件的关系
6.5.1 静压
传声器膜片与后极板之间气体的声阻和声质量,膜片后空腔的声顺均与静压有关,因此,传声器的
灵敏度与静压有关,且为频率的函数。其函数关系可通过对被测传声器在不同的静压下进行互易校准
确定。
附录D给出了静压对实验室标准电容传声器声压灵敏度的影响。
6.5.2 温度
传声器膜片与后极板之间气体的声阻和声质量,膜片后空腔的声顺均与温度有关,因此,传声器的
灵敏度与温度有关。此外,传声器的机械尺寸与温度相关,传声器的灵敏度取决于膜片的张紧程度、膜
片与后极板之间的间隙。上述影响,使得温度对传声器灵敏度的影响同样是频率的函数。其函数关系
可通过对被测传声器在不同的温度下进行互易校准确定。
附录D给出了温度对实验室标准电容传声器声压灵敏度的影响。
注:如果传声器经受的温度变化过大,其灵敏度可能会产生永久性变化。
7 校准的不确定度分量
7.1 概述
除第6章中提到的影响声压灵敏度的因素外,另外还有由方法、设备和完成校准的细致程度引入的
不确定度分量。为了最大限度的减小这些因素对结果不确定......
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