按新規程 JJG188-2002《聲級計》檢定聲級計心得 2005-10-9 | 作者：任 強 | 單位：南京市計量測試所
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【摘要】本文主要介紹了按照新規程檢定聲級計中發現的問題和部分注意事項，并提出了一些解決辦法。
【關鍵詞】聲級計 頻率計權 猝發音
聲級計是聲學領域廣泛使用的測量儀器，也是主要的強制檢定的計量器具之一。我國在70年代中旬開始制定第一個聲級計檢定規程，先后經過三次修訂，上次修訂的時間為1990年，但隨著科學技術的發展及計算機技術的廣泛應用，聲級計的功能、性能和操作方式都有了很大變化，同時聲級計的國際標準IEC61672系列的公布，都使得新的檢定規程出臺勢在必行，JJG188-2002《聲級計》檢定規程修訂正是結合國際標準修訂的動向進行的，因而在技術指標、檢定方法上都有了重大變化，從JJG188-2002代替JJG188-1990和JJG699-1990以后，全國聲學計量技術委員會先后組織了兩次對新規程的宣貫會，在此基礎上，又由全國聲學計量技術委員在2004年組織了一次空氣聲聲壓量值的全國比對工作。我所在按照JJG188-2002建立聲級計標準后，先后參加了杭州規程宣貫會和空氣聲聲壓值的全國比對，并順利通過該次全國比對，在檢定過程和與同行交流中積累了部分經驗和心得，在此粗略談談，以供大家參考。
JJG188-2002相對與JJG188-1990有了較大的改變，新規程中提出了使用聲信號檢定頻率計權和頻率響應的要求，這使得消聲室（箱）和低頻耦合腔成為檢定必備的條件之一，這在90規程中是沒有的，也是規程修訂中改變最大的一點，這樣使得檢定的結果更能夠反映聲級計實際的使用情況，更好的檢驗聲級計的整機性能。在頻率響應和頻率計權的檢定中，規程中要求在聲級計提供的頻率計權和頻率響應上，至少一個計權或響應應用聲信號和電信號進行檢定，其它的頻率計權和頻率響應可使用聲信號或電信號中的一種進行檢定。用聲信號檢定時，500Hz和500Hz以上頻率在自由聲場中進行，500Hz以下在耦合腔中進行。在實際檢定中，用聲信號檢定時，使用標準傳聲器與聲級計替代法進行檢定，由于儀器擺放位置對測量結果會有很大影響，要使標準傳聲器和聲級計測量的是同一聲場，必須保證標準傳聲器與聲級計傳聲器在同一位置，特別是在自由場中檢定高頻聲壓的時候，由于消聲室（箱）空間較大，擺放時必須使用一些輔助措施來確定傳聲器的位置，最簡單的方法就是在消聲室（箱）合適的位置用重錘吊一根細線，每次檢定的時候在放好傳聲器后，在細線上做好標記，替代時使儀器傳聲器對準這一點，即可保證替代時位置不會偏移，而且使用較細的線對聲場的散射較小，經反復試驗發現其影響基本可以忽略，若想完全消除其影響，可以在擺放好儀器之后，將重錘線掛起即可，但這種方法只能保證標準傳聲器和聲級計傳聲器在同一點上，傳聲器指向卻只能通過目測確定，無法保證指向的準確性，因此作為補充可以在縱向拉一條直線，作為方向參考，考慮到要盡量減少對聲場的影響，也可以使用激光指示，將常用的激光筆固定在一端壁上，需要時打開開關對好方向作為參考，可以很好的解決指向問題，同時也不會對聲場產生影響。
在消聲室（箱）中檢定時，由于聲級計殼體對聲場有散射，且不同型號的聲級計由于體積大小傳聲器伸出的長度不同等原因，散射影響也不相同，而使用聲信號檢定時，每個檢定頻率上，頻率計權都是從聲級計的指示聲級減去實驗室標準傳聲器測試到的沒有頻率計權的聲壓級進行計算的，這樣在聲場中測量1000Hz時，頻率計權就不太可能完全相同，所以1000Hz時的頻率計權就不一定是0dB了，這一點同電信號檢定是有區別的，因此，在對計權結果進行處理時，這一點是特別需要引起注意的。另外，在耦合腔中檢定低頻時，由于耦合腔空間較小，被檢聲級計和標準傳聲器位置擺放就比較容易，但檢定很低頻特別是20Hz及其以下頻率，由于A計權衰減較多，此時為提高信噪比，可以將檢定聲壓級提高10到20dB，使衰減后聲壓級也得到提高，減少環境噪音對測量的影響，而且在較低頻率時，微弱的震動都會對檢定結果有很大影響，這時最好能夠將耦合腔置于減震較好的材料上，然后再進行檢測，以消除震動影響，但是有些檢測機構周邊環境的原因，在檢測10Hz點時盡管采取這些措施，可能仍然很難得到較理想的效果，在去年全國比對時，江浙滬三地在10Hz點測得的數值，都應與檢定環境有一定關系。
還有幾點想要提及的都是自己在檢定中遇到過的問題，一個關于重復猝發音響應的問題，重復猝發音的采用的是從4kHz連續信號中提取猝發音序列信號，序列中的單個猝發音之間的時間間隔應至少是持續時間的3倍，規程中建議的是4倍，總的測量時間為10s，由于實際檢定時習慣或方法都不盡相同，猝發音間隔時間及總測量時間的選取可能會有差異，參考值也將隨之改變，因此規程沒有給出具體猝發音響應的參考值，只是給出了參考值的計算公式（公式詳見JJG188-2002《聲級計》5.8.2條），根據此公式，按照規程建議的間隔時間和總測量時間計算的猝發音參考值約為-7.0dB。另外一個就是快慢響應的問題，衰減速率的計算很容易使人迷惑，其實對于數字式聲級計這個問題很簡單，因為數字聲級計顯示采樣時間正好為1s（這點與部分聲級計生產廠家交流過，實際檢定時也用秒表測量過，基本都屬于這種情況），所以衰減速率只要讀取突然終止信號后聲級計上兩次讀數，差值就是衰減速率，只是檢定時，讀數最好不要選取前兩個讀數，這兩個數值差值可能誤差較大，對于快計權一般來說選取第二第三兩個讀數較好，慢計權衰減較慢，選擇余地也相對較大，讀數也就容易一些。
最后介紹一下我所標準器的一些情況，供部分欲購置同型號儀器的單位參考。我所使用的聲級計檢定儀器是B&K公司的新產品3560C型PULSE系統，儀器信號輸出輸入全通過電腦控制，檢定時可以將同一類型的聲級計相關信息單獨保存，下次檢定時直接調用，可以節省不少時間，所有的量值改變均是數字化操作，完全避免了傳統機械開關調節過程中給檢定帶來的誤差。唯一不足的就是儀器輸出信號調節不提供直接的聲壓衰減功能，改變聲壓值只能夠通過改變輸出電壓值來實現，以下提出兩個方法以供參考，第一種方法可根據公式 用計算法實現，將聲壓的衰減換算成電壓值衰減，計算可知每衰減10dB也相當于輸出電壓值縮小
倍，第二種方法比較簡單，可以外配精密衰減器，直接對輸出信號進行衰減，經過反復測量實踐發現，兩種方法測得結果基本一致，誤差均是可以接受的。
以上是個人的一點心得體會，因水平有限，難免會有謬誤，不當之處敬請各位專家批評指正，多提寶貴意見。
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