JJF-傳聲器相頻特性校準(zhǔn)規(guī)范靜電激勵(lì)器法編制說(shuō)明

PAGEPAGE4 《傳聲器相頻特性校準(zhǔn)規(guī)范（靜電激勵(lì)器法）》編制說(shuō)明規(guī)范起草組2024年7月

1任務(wù)來(lái)源根據(jù)國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局文件要求，全國(guó)聲學(xué)計(jì)量技術(shù)委員會(huì)于2023年9月向中國(guó)測(cè)試技術(shù)研究院下達(dá)了《傳聲器相頻特性校準(zhǔn)規(guī)范（靜電激勵(lì)器法）》的制定任務(wù)，由中國(guó)測(cè)試技術(shù)研究院負(fù)責(zé)起草工作。本規(guī)范的起草單位為：中國(guó)測(cè)試技術(shù)研究院、中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院、杭州愛(ài)華儀器有限公司。2目的和意義傳聲器陣列測(cè)量技術(shù)用于聲定位、聲成像中已有近60年歷史，目前已經(jīng)成為一種重要的聲源識(shí)別、定位和聲場(chǎng)可視化工具。采用陣列測(cè)量技術(shù)能夠通過(guò)一次測(cè)量完成聲陣面上復(fù)聲壓數(shù)據(jù)（包括聲壓幅值和相位信息）的采集，不受聲場(chǎng)狀況的限制，在工程上具有很高的應(yīng)用價(jià)值。近年來(lái)，行業(yè)內(nèi)相關(guān)業(yè)務(wù)出現(xiàn)了爆發(fā)式的增長(zhǎng)，各種便攜式聲成像設(shè)備層出不窮。國(guó)際上，丹麥B&K、德國(guó)米勒貝姆（BBM）、日本RION、美國(guó)FLUKE等均有相關(guān)產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)杭州愛(ài)華儀器有限公司、北京聲望聲電技術(shù)有限公司、上海其高電子科技有限公司、昆山祺邁測(cè)控設(shè)備有限公司、杭州兆華電子有限公司、上海睿深電子科技有限公司等均有成熟的商業(yè)化產(chǎn)品。隨著行業(yè)的蓬勃發(fā)展，配套傳聲器的計(jì)量需求逐漸上升。除傳聲器的靈敏度與幅頻響應(yīng)外，傳聲器的相頻特性同樣十分重要。由于相位參數(shù)極易受到測(cè)量系統(tǒng)的影響，所以想要測(cè)得傳聲器的絕對(duì)相位十分困難。但是，在實(shí)際應(yīng)用中通常不需要測(cè)得絕對(duì)相位，而是只需評(píng)估配套傳聲器間的相位差，以及利用傳聲器相位的非線性誤差評(píng)估傳聲器好壞。這使得用靜電激勵(lì)器法校準(zhǔn)傳聲器的相頻特性成為現(xiàn)實(shí)。由于靜電激勵(lì)器法測(cè)得的相頻特性與自由場(chǎng)互易法存在偏差，故本規(guī)范所述相頻響應(yīng)，特指由靜電激勵(lì)器法測(cè)得的相頻響應(yīng)。有鑒于以往工作相關(guān)實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷，存在以下問(wèn)題：第一，擬使用于陣列測(cè)量系統(tǒng)中的傳聲器在計(jì)量過(guò)程中往往需要進(jìn)行篩選，篩選時(shí)一般需要更換部分傳聲器，若使用參考傳聲器計(jì)算相位一致性，則計(jì)量機(jī)構(gòu)需常備參考傳聲器。而不同參考傳聲器之間可能存在較大的相位差，最終可能導(dǎo)致不同次測(cè)量結(jié)果前后不一致；第二，部分傳聲器外觀可見(jiàn)損傷，但幅頻響應(yīng)符合檢定規(guī)程要求，相頻響應(yīng)存在較大問(wèn)題。按以往測(cè)量幅頻響應(yīng)的方法來(lái)判斷傳聲器是否合格，無(wú)法保證傳聲器正常工作。為解決以上問(wèn)題，開(kāi)展了相關(guān)研究工作，通過(guò)以下技術(shù)手段，滿足聲陣列等測(cè)量裝置對(duì)傳聲器相位校準(zhǔn)的需求，制定了本規(guī)范。1.通過(guò)靜電激勵(lì)器測(cè)量得到不同傳聲器的相頻響應(yīng)，在得到配套使用的傳聲器相位差的同時(shí)，保持較好的測(cè)量重復(fù)性，避免更換傳聲器帶來(lái)的測(cè)量結(jié)果不一致。2.通過(guò)相頻非線性誤差的校準(zhǔn)，保證陣列系統(tǒng)傳聲器的正常使用。3編制過(guò)程根據(jù)任務(wù)要求，在大量調(diào)研和征求意見(jiàn)基礎(chǔ)上，起草小組針對(duì)測(cè)量傳聲器相位參數(shù)的技術(shù)特點(diǎn)，參考國(guó)內(nèi)外有關(guān)技術(shù)依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行了針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)工作，積累大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上編寫(xiě)制定本規(guī)范，大致編寫(xiě)工作過(guò)程如下：2023年9月～2023年10月起草組對(duì)目前可用于聲陣列的測(cè)量傳聲器生產(chǎn)狀況，產(chǎn)品性能指標(biāo)，用戶使用情況進(jìn)行調(diào)研和分析工作，就技術(shù)指標(biāo)和校準(zhǔn)需求進(jìn)行溝通和匯總。2023年11月起草小組召開(kāi)校準(zhǔn)規(guī)范起草啟動(dòng)會(huì)，根據(jù)任務(wù)書(shū)進(jìn)行討論，提出制定意見(jiàn)，并進(jìn)行工作安排。2023年11月～2024年3月起草小組根據(jù)規(guī)范內(nèi)容制定實(shí)驗(yàn)技術(shù)方案，并完成自由場(chǎng)傳聲器、壓力場(chǎng)傳聲器、擴(kuò)散場(chǎng)傳聲器的實(shí)驗(yàn)和方法驗(yàn)證、短期穩(wěn)定性等多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，為規(guī)范起草內(nèi)容提供技術(shù)數(shù)據(jù)支撐。2024年3月~2024年6月，完成規(guī)范初稿內(nèi)容。2024年7月11日，在中國(guó)測(cè)試技術(shù)研究院召開(kāi)預(yù)審會(huì)。規(guī)范主要起草人介紹了規(guī)范制定的任務(wù)來(lái)源及目的意義，評(píng)審專家就規(guī)范測(cè)量范圍、引用文件、計(jì)量特性、校準(zhǔn)條件、校準(zhǔn)項(xiàng)目、校準(zhǔn)方法及不確定度評(píng)定進(jìn)行了逐條審查，并提出寶貴意見(jiàn)。規(guī)范起草小組就專家的提問(wèn)進(jìn)行了詳細(xì)作答。與會(huì)專家經(jīng)過(guò)認(rèn)真研討，認(rèn)為初稿、編制說(shuō)明及驗(yàn)證報(bào)告基本完整，一致同意通過(guò)預(yù)審。但初稿須修改處較多，建議起草組按照審查意見(jiàn)進(jìn)行修改，經(jīng)審查組確認(rèn)后，再提報(bào)秘書(shū)處按規(guī)定程序組織征求意見(jiàn)。2024年7月18日，起草小組根據(jù)預(yù)審意見(jiàn)進(jìn)行完善，形成征求意見(jiàn)稿。4規(guī)范主要制定內(nèi)容本規(guī)范為首次制定，內(nèi)容編制將遵循技術(shù)法規(guī)的科學(xué)性、先進(jìn)性和可操作性原則。主要制定內(nèi)容如下：4.1范圍規(guī)范適用于采用靜電激勵(lì)器法對(duì)壓力場(chǎng)測(cè)量傳聲器20Hz~20kHz、自由場(chǎng)及擴(kuò)散場(chǎng)測(cè)量傳聲器20Hz~500Hz范圍內(nèi)相位特性進(jìn)行的校準(zhǔn)，適用范圍明確。4.2概述規(guī)范描述了靜電激勵(lì)器法校準(zhǔn)測(cè)量傳聲器相位特性的原理、設(shè)備組成、相關(guān)儀器的結(jié)構(gòu)及功能，并給出設(shè)備連接示意圖。4.3計(jì)量特性根據(jù)靜電激勵(lì)器法校準(zhǔn)測(cè)量傳聲器相頻特性的原理及工作過(guò)程，結(jié)合測(cè)量傳聲器實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，本規(guī)范給出常用測(cè)量傳聲器相頻特性的技術(shù)要求包括相位一致性、相頻非線性誤差，并分列表述。4.4校準(zhǔn)條件規(guī)范根據(jù)被測(cè)儀表的技術(shù)特點(diǎn)和測(cè)試要求對(duì)環(huán)境溫度、濕度及電源電壓條件進(jìn)行規(guī)定。對(duì)于校準(zhǔn)設(shè)備結(jié)合JJF1071-2010要求對(duì)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)與配套設(shè)備進(jìn)行了規(guī)定。因校準(zhǔn)裝置與《工作標(biāo)準(zhǔn)傳聲器（靜電激勵(lì)器法）檢定規(guī)程》（JJG175-2015）相同，因此校準(zhǔn)條件與采用靜電激勵(lì)器法校準(zhǔn)測(cè)量傳聲器聲壓靈敏度保持一致，并明確給出測(cè)量設(shè)備和其技術(shù)要求。4.5.校準(zhǔn)項(xiàng)目規(guī)范給出的校準(zhǔn)項(xiàng)目為外觀及功能性檢查項(xiàng)目，相頻非線性誤差項(xiàng)目、校準(zhǔn)傳聲器對(duì)（組）時(shí)還包括相位一致性項(xiàng)目。4.6校準(zhǔn)方法本規(guī)范所述相頻非線性誤差、相位一致性均為測(cè)量傳聲器相頻響應(yīng)后通過(guò)計(jì)算得到的，因此規(guī)范中對(duì)傳聲器相頻響應(yīng)的測(cè)量方法及相頻非線性誤差、相位一致性的計(jì)算方法均做出說(shuō)明。為確保規(guī)范校準(zhǔn)過(guò)程實(shí)施的可靠性和可行性，規(guī)范校準(zhǔn)前準(zhǔn)備的內(nèi)容中包括傳聲器機(jī)械性損傷或變形檢查、接觸不良檢查的相關(guān)條款。參數(shù)設(shè)置是測(cè)量放大器按照傳聲器供電要求等設(shè)置。本規(guī)范采用靜電激勵(lì)器法進(jìn)行校準(zhǔn)，內(nèi)容明確，清晰，具備科學(xué)性和可操作性，便于校準(zhǔn)活動(dòng)的實(shí)施。另一方面，由于可整套采用原有設(shè)備，在計(jì)量機(jī)構(gòu)中已有較強(qiáng)基礎(chǔ)，校準(zhǔn)規(guī)范實(shí)施后可迅速開(kāi)展相關(guān)工作。4.6.1相頻非線性誤差校準(zhǔn)測(cè)得傳聲器相頻響應(yīng)后，采用最小二乘法將頻率響應(yīng)曲線擬合為一條直線，求得誤差。因自由場(chǎng)傳聲器、擴(kuò)散場(chǎng)傳聲器與壓力場(chǎng)傳聲器工作原理不同，規(guī)范針對(duì)不同類型傳聲器分別提出了不同頻率段的相頻非線性誤差要求。并在規(guī)范中詳細(xì)闡述相頻非線性誤差的校準(zhǔn)方法，校準(zhǔn)步驟及數(shù)據(jù)處理方法。4.6.2相位一致性校準(zhǔn)若有兩只或兩只以上配套使用的傳聲器對(duì)（組），測(cè)量其中每一只傳聲器被檢頻率內(nèi)的相頻響應(yīng)后，計(jì)算得到相位一致性。4.7復(fù)校時(shí)間間隔測(cè)量傳聲器是一種隨著使用頻次增多、時(shí)間變長(zhǎng)將發(fā)生一定的變化，因此應(yīng)定期對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)，本規(guī)范建議其復(fù)校時(shí)間間隔不超過(guò)12個(gè)月。由于影響測(cè)量傳聲器相頻特性的因素很多，因此按照J(rèn)JF1071-2010規(guī)定，本規(guī)范對(duì)復(fù)校時(shí)間間隔的規(guī)定中強(qiáng)調(diào)了“復(fù)校時(shí)間間隔的長(zhǎng)短取決于儀器的使用情況（使用部位的重要性、環(huán)境條