陳婉霞（安徽省計(jì)量科學(xué)研究院，安徽　合肥　230051）

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聲級計(jì)比對實(shí)驗(yàn)中的一點(diǎn)心得

陳婉霞（安徽省計(jì)量科學(xué)研究院，安徽合肥230051）

對聲級計(jì)校準(zhǔn)能力驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行了詳細(xì)描述，具有可操作性，重點(diǎn)關(guān)注了實(shí)驗(yàn)中可能影響測量結(jié)果的因素，按照能力驗(yàn)證計(jì)劃要求，參照《聲級計(jì)》（JJG188-2002）檢定規(guī)程7.1.3.2和7.1.3.3條規(guī)定的校準(zhǔn)方法，獲得在31.5Hz～4kHz頻率范圍內(nèi)聲級計(jì)的Z計(jì)權(quán)測量結(jié)果和測量不確定度。

聲級計(jì)；能力驗(yàn)證

近期，筆者實(shí)驗(yàn)室參加了一次有關(guān)聲級計(jì)的校準(zhǔn)能力驗(yàn)證。樣品為1臺2級聲級計(jì)。能力驗(yàn)證的主要內(nèi)容為校準(zhǔn)聲級計(jì)的Z計(jì)權(quán)。

就實(shí)驗(yàn)室而言，一般能力驗(yàn)證的目的大概有以下幾點(diǎn)：滿足認(rèn)可機(jī)構(gòu)的要求；實(shí)驗(yàn)室對自身進(jìn)行質(zhì)量控制的手段；向客戶證實(shí)其具備的技術(shù)能力。定期參加能力驗(yàn)證，對保證實(shí)驗(yàn)室的檢測能力、加強(qiáng)同類實(shí)驗(yàn)室橫向交流、提高檢測水平有著重要的意義。

此次能力驗(yàn)證為CNAS校準(zhǔn)能力驗(yàn)證，按照能力驗(yàn)證計(jì)劃要求，參照 《聲級計(jì)》（JJG188-2002）檢定規(guī)程7.1.3.2和7.1.3.3條規(guī)定的校準(zhǔn)方法，獲得在31.5Hz～4kHz頻率范圍內(nèi)聲級計(jì)的Z計(jì)權(quán)測量結(jié)果。能力驗(yàn)證計(jì)劃實(shí)驗(yàn)過程大致如下：

1　樣品接收

計(jì)劃每組1個樣品，關(guān)注要點(diǎn)大致有以下幾點(diǎn)：

（1）當(dāng)接收到樣品時，首先檢查樣品運(yùn)輸箱是否完好，有異常情況及時上報(bào)主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室；

（2）打開樣品運(yùn)輸箱，按作業(yè)指導(dǎo)書所列清單清點(diǎn)查收；

（3）填寫《樣品交接確認(rèn)單》，并第一時間傳真至主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室。原件留存，最后匯總上交。

2　樣品測量

此次能力驗(yàn)證計(jì)劃要求實(shí)驗(yàn)室參照 《聲級計(jì)》（JJG188-2002）檢定規(guī)程7.1.3.2和7.1.3.3條規(guī)定的方法，按照日常校準(zhǔn)程序和實(shí)驗(yàn)室的CMC（校準(zhǔn)和測量能力）校準(zhǔn)聲級計(jì)的Z計(jì)權(quán)。Z計(jì)權(quán)采用聲信號直接測量得到，給出Z計(jì)權(quán)的測量結(jié)果和相應(yīng)的測量結(jié)果不確定度。測量的頻率范圍是 31.5～4000Hz，Z計(jì)權(quán)測量的頻率點(diǎn)為：31.5Hz、63Hz、125Hz和250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz和4000Hz。

要注意的是，如果用于測量的標(biāo)準(zhǔn)傳聲器未做自由場校準(zhǔn)，其自由場靈敏度可依據(jù)其壓力場靈敏度和IEC61094-7提供的修正因子進(jìn)行修正而獲?。黄涠?，聲級計(jì)樣品校準(zhǔn)菜單中的自由場修正量在1000Hz已由廠家設(shè)置為0.2dB，實(shí)驗(yàn)前后要進(jìn)行核實(shí)后并不要更改。

實(shí)驗(yàn)采用的方法是，分別在低頻聲耦合腔和消聲箱中用聲信號進(jìn)行替代法測量。在400Hz以下頻率范圍內(nèi)，聲級計(jì)的傳聲器和實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)傳聲器插人封閉的低頻聲耦合腔中測量。500Hz和500Hz以上的每個檢定頻率上，測量在消聲箱中進(jìn)行，調(diào)節(jié)聲源的輸出，使實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)傳聲器上產(chǎn)生一個參考聲壓級，然后用聲級計(jì)替代實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)傳聲器。聲級計(jì)置于參考級量程和F時間計(jì)權(quán)上，在每個檢定頻率上，頻率計(jì)權(quán)是從聲級計(jì)的指示聲級減去用實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)傳聲器測試到的沒有頻率計(jì)權(quán)的聲壓級進(jìn)行計(jì)算。測量直接給出Z計(jì)權(quán)的測量結(jié)果。

測量時所用的主要標(biāo)準(zhǔn)器和設(shè)備有：

（1）低頻聲耦合腔；

（2）消聲箱；

（3）聲源；

（4）實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)電容傳聲器；

（5）聲校準(zhǔn)器。

實(shí)驗(yàn)時需記錄當(dāng)時的環(huán)境溫濕度以及大氣壓。規(guī)程要求的溫度20～26℃，濕度30～90%，氣壓97～103kPa，本次實(shí)驗(yàn)時溫度為20℃，濕度為58%，大氣壓為100.5kPa，均在規(guī)定范圍內(nèi)。

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時，考慮到聲場本身的偏差，替代時傳聲器位置變化的影響以及聲源（包括信號源）的穩(wěn)定度，對各頻率點(diǎn)進(jìn)行了多次重復(fù)測量，以測量值的算術(shù)平均數(shù)作為本次實(shí)驗(yàn)的測量結(jié)果。

為了增加實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，在實(shí)驗(yàn)過程中以下幾點(diǎn)應(yīng)多加關(guān)注：

（1）考慮環(huán)境噪聲對測量結(jié)果的影響。例如，實(shí)驗(yàn)室恒溫空調(diào)機(jī)組低頻噪聲大，其他實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)員工作產(chǎn)生的噪聲，都會干擾測量的結(jié)果，盡量選擇環(huán)境安靜時測量。

（2）每次測量實(shí)驗(yàn)前都應(yīng)先用聲校準(zhǔn)器校準(zhǔn)系統(tǒng)，保證示值的一致性。

（3）標(biāo)準(zhǔn)傳聲器的自由場修正。

（4）在低頻段上，耦合腔內(nèi)壓力場響應(yīng)可假定為等效自由場響應(yīng)，但應(yīng)考慮耦合腔中聲場于傳聲器插口的位置。

（5）特別是在消聲箱中實(shí)驗(yàn)時，由于采用替代法，當(dāng)聲級計(jì)替代標(biāo)準(zhǔn)傳聲器時，聲級計(jì)上傳聲器的參考點(diǎn)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)傳聲器參考點(diǎn)位置相同，聲源發(fā)出的聲音應(yīng)從規(guī)定的參考方向上到達(dá)傳聲器。

（6）如實(shí)驗(yàn)天數(shù)較多，實(shí)驗(yàn)次數(shù)、環(huán)境變化大，應(yīng)考慮溫濕度的影響，盡量在相同條件下實(shí)驗(yàn)。

3　樣品發(fā)送

完成樣品實(shí)驗(yàn)后，實(shí)驗(yàn)室填寫《樣品交接確認(rèn)單》，交接單一式兩份，一份隨樣品發(fā)至下一個實(shí)驗(yàn)室，另一份傳真至主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室。

將樣品裝入樣品運(yùn)輸箱后并加以固定，確保運(yùn)輸途中不發(fā)生移動。按作業(yè)指導(dǎo)書所列清單確認(rèn)箱內(nèi)物品單據(jù)齊全。當(dāng)樣品發(fā)出后，立即將發(fā)運(yùn)單和相關(guān)運(yùn)送票據(jù)復(fù)印件傳真給主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室，以表明遵照計(jì)劃時間安排完成全部實(shí)驗(yàn)工作。

4　實(shí)驗(yàn)結(jié)果報(bào)告

校準(zhǔn)工作按計(jì)劃在5日內(nèi)完成。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)完成后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的實(shí)際情況填寫 《聲級計(jì)校準(zhǔn)能力驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果報(bào)告》，校準(zhǔn)結(jié)果保留到小數(shù)點(diǎn)后一位。

客觀地評定8個頻率測量點(diǎn)的測量結(jié)果不確定度，給出評定結(jié)果和測量結(jié)果不確定度評定分析。測量不確定度保留到小數(shù)點(diǎn)后一位，包含概率為95%，包含因子k取2。

《聲級計(jì)校準(zhǔn)能力驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果報(bào)告》備份留存，原件最后匯總上交。

聲級計(jì)頻率計(jì)權(quán)的測量不確定度評定方法如下：

（1）數(shù)學(xué)模型：頻率計(jì)權(quán)（聲性能）

式中：A——頻率計(jì)權(quán)值，dB；

LA——聲級計(jì)的示值，dB；

LS——標(biāo)準(zhǔn)裝置的聲壓級值，dB；

（2）方差與靈敏系數(shù)

由（1）可知，以上分量獨(dú)立互不相關(guān)，則方差為：

靈敏度系數(shù)

式（2）中靈敏系數(shù)為：

（3）A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定。

由被校聲級計(jì)頻率計(jì)權(quán)重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，以10次測量為例，對聲級計(jì)頻率Z計(jì)權(quán)在重復(fù)性條件下測量10次，由于使用的是替代法，可不考慮聲場本身的偏差，替代時傳聲器位置變化的影響以及聲源（包括信號源）的穩(wěn)定度均包含在測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差中。

其算術(shù)平均值：

單次測量的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差：

測量值的算術(shù)平均數(shù)作為測量結(jié)果，通過貝塞爾公式算得單次測量的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差s作為A類測量不確定度的分量。

（4）B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定。

對于B類測量不確定度分量，則可以考慮以下幾個分量：

①實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)傳聲器自由場靈敏度級，由上一級校準(zhǔn)時的擴(kuò)展測量不確定度；

②聲學(xué)分析儀頻率響應(yīng)的準(zhǔn)確度（實(shí)驗(yàn)用PULSE系統(tǒng)其分辨力為0.001dB，故讀數(shù)誤差可以忽略不計(jì)）；

③前置放大器插入損失測量誤差；

④頻率計(jì)權(quán)測量前，用于對樣機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)的聲校準(zhǔn)器的擴(kuò)展測量不確定度；

⑤用作樣品的聲級計(jì)示值分辨率；

⑥計(jì)算過程中的數(shù)據(jù)修約誤差；

等等。

（5）合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

由于各分量獨(dú)立無關(guān)，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

（6）測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度

取包含因子k=2，各頻率擴(kuò)展不確定度U＝kuc值如下：

本次實(shí)驗(yàn)最終的測量值都接近 0.0dB，在《聲級計(jì)》（JJG188－2002）檢定規(guī)程要求的2級聲級計(jì)允差范圍內(nèi)；31.5Hz、63Hz、125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz各頻率點(diǎn)測量結(jié)果的不確定度均為0.4dB，2kHz和4kHz頻率點(diǎn)測量結(jié)果的不確定度為0.5dB，均在規(guī)程要求的測量不確定度范圍內(nèi)（見表1）。

表1　檢定規(guī)程規(guī)定的2級聲級計(jì)頻率計(jì)權(quán)、允差和測量不確定度

5　實(shí)驗(yàn)文件提交

完成驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)后2周內(nèi)，整理如下實(shí)驗(yàn)文件寄送主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室：

（1）能力驗(yàn)證計(jì)劃報(bào)名表原件；

（2）樣品交接確認(rèn)單之接收和發(fā)送各一份，原件；

（3）測量不確定度評定報(bào)告；

（4）實(shí)驗(yàn)原始記錄（復(fù)印件）；

（5）聲級計(jì)校準(zhǔn)能力驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果報(bào)告。

6　驗(yàn)證結(jié)果的評價

式中：x——參加實(shí)驗(yàn)室的校準(zhǔn)結(jié)果；

X——參考值；

Ulab——參加實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)結(jié)果的測量不確定度；

Uref——參考值的測量不確定度。

判斷依據(jù)：|En|≤1時測量結(jié)果符合要求。

本實(shí)驗(yàn)室上報(bào)的測量值均符合要求，順利通過該次校準(zhǔn)能力驗(yàn)證。

7　結(jié)束語

通過實(shí)驗(yàn)可見，測量設(shè)備、環(huán)境影響、操作人員、合適的檢測方法等等都是我們提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果可靠性的關(guān)注重點(diǎn)。

［1］《聲級計(jì)》檢定規(guī)程（JJG188-2002）.

［2］《測量不確定度評定與表示》（JJF1059-1999）.

［3］《利用實(shí)驗(yàn)室間比對的能力驗(yàn)證》（GB/T15483-1999）.

2016-4-7

TB51

A

2095-2066（2016）12-0225-02