资料介绍
中华人民共和国国家计量技术规范
JJF 1142—2006
建筑声学分析仪校准规范
2006-05-23发布 2006-08-23实施
国家 质量 监督 检验 检疫 总局 发布
建筑声学分析仪校准规范Calibration Specification for
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本规 范经 国家 质量 监督 检验 检疫 总局 2006年 5 月 23 日批 准 , 并自2006年 8月 23 日起施行。
归口 单位 : 全国声学计量技术委员会
起草 单位 : 湖北省计量测试技术研究院
本规范委托全国声学计量技术委员会负责解释
本规范主要起草人 :
姚秋平 (湖北省计量测试技术研究院)
参加起草人 :
时根火 (湖北省计量测试技术研究院)
罗亚清 (湖北省计量测试技术研究院)
陶丽君 (湖北省计量测试技术研究院)
目录
1 范围
本规范适用于建筑声学分析仪的校准。
2 引用文献
本规范引用下列文献 :
GB/T 3102.7—1993 《声学的量和单位》
GB/T 3241—1998 《倍频程和分数倍频程滤波器》
GB/T 3947—1996 《声学名词术语》
GB/T 4129—2003 《标准声源》
JJF 1001—1998 《通用计量术语及定义》
JJF 1059—1999 《测量不确定度评定和表示》
JJG 188—2002 《声级计》
JJG 277—1998 《标准声源》
JJG 449—2001 《倍频程和 1/3倍频程滤波器》
JJG 607—2003 《声频信号发生器》
使用本规范时 , 应注意使用上述引用文献的现行有效版本。
3 术语和计量单位
本规范采用 JJF 1001—1998中有关的术语和定义以及 GB/T 3102.7—1993 中规定的量和单位。
4 概述
建筑声学分析仪是测量混响时间、频带声压级等建筑声学的基本参数的仪器。建筑声学分析仪广泛用于房间混响时间的测量和材料吸声及隔声等声学特性的测量。建筑声学分析仪通常由频谱分析、频带声压级测量、混响时间测量、声源等部分组成 ; 也有建筑声学分析仪不带声源部分 , 激励声由外部脉冲声 (如发令枪 , 电火花等) , 宽带噪声(如噪声发生器) 等声源完成。
5 计量特性
5.1 频谱分析特性
建筑声学分析仪应具有 1/3倍频程频谱分析功能 , 其 1/3倍频程滤波器一般应满足JJG 449—2001 《倍频程和 1/3倍频程滤波器》 2级要求。
5.2 混响时间
测量频率范围一般为 (100~8000) Hz, 最小混响时间测量一般应大于 0.3s;
混响时间的相对测量误差一般应优于 ±5% , 或绝对误差一般应优于 ±0.05s。
5.3 声压级测量部分
5.3.1 有效值特性
建筑声学分析仪对于不同峰值因数的信号 , 其有效值检波指示器响应误差一般应满足表 1要求。
表 1 有效值检波指示器响应误差要求
5.3.2 级线性
工作频率范围内 , 建筑声学分析仪相隔 10dB级线性误差一般应优于 ±0.6dB。
5.3.3 时间平均声级
使用从 4kHz连续信号提取的重复猝发音对建筑声学分析仪进行测试 ; 对于连续信号和重复猝发音信号 , 建筑声学分析仪所指示的时间平均声级之差值 , 与理论差值的误差一般应小于 ±1.3dB。
5.4 信号源特性
5.4.1 噪声频谱的均匀性
在建筑声学分析仪声源输出噪声信号的有效频率范围内 , 所有 1/3倍频程频带谱级之间的差值一般应在 5dB范围内。
5.4.2 频带谱级的幅值稳定性
在噪声信号持续激励时间内 , 每个 1/3倍频程频带的瞬时频带谱级变化一般不大于2dB。
注 : 以上技术要求仅供参考。
6 校准条件
6.1 环境条件
环境温度 : (15~35)℃ ;
相对湿度 : (20~90)% ;
气压 : (80~103) kPa。
6.2 标准器及其他设备
a) 可编程信号源
应能产生动态范围大于 60dB的线性衰减信号用以模拟混响衰变信号 ; 可以输出伪随机宽带噪声信号 , 多频及单频信号 ; 60dB衰减时间控制范围为 (0.3~ 20) s, 衰减时间最大允许误差不超过 ±0.1% ; 模拟信号线性误差不超过 ±0.2dB。
b) 倍频程和 1/3倍频程滤波器
应满足 JJG 449—2001 《倍频程和 1/3倍频程滤波器》 1级要求。
c) 声频信号发生器
应满足 JJG 607—2003 《声频信号发生器》 要求。
d) 测量放大器
测量频率范围 (80~10000) Hz, 校准期间灵敏度的改变不超过 ±0.02dB。
e) 数字电压表
在 (20~10000) Hz的频率范围内 , 交流电压的最大误差优于 ±0.2%。
f) 猝发音信号发生器
持续时间和重复周期误差应优于 ±1%。
7 校准项目和校准方法
7.1 校准项目
建筑声学分析仪的校准项目见表 2。
表 2 建筑声学分析仪的校准项目一览表
7.2 校准方法
7.2.1 外观及标识
建筑声学分析仪应具有包括名称、型号、 出厂编号和制造商等的明确标识。外观不应有影响性能的机械损伤 , 所有配件齐全 , 输入/输出端口不应有接触不良现象。
7.2.2 频谱分析特性
参照 JJG 449—2001 《倍频 程和 1/3倍频 程滤 波器》 方法 校准 , 一般 应满 足 2 级要求。
7.2.3 混响时间
7.2.3.1 带有信号源的建筑声学分析仪的连接如图 1。
图 1 带有信号源的建筑声学分析仪混响时间测量框图
7.2.3.2 将可编程数字信号源连接到被校建筑声学分析仪 , 根据被校建筑声学分析仪测量方式及测量频率范围 , 将可编程数字信号源设置为伪随机宽带噪声信号或多频信号或单频信号 (按 1/3倍频程中心频率) ; 设置衰减控制为外部中断方式 ; 设定 60dB的衰减速率来模拟混响衰变信号 , 每衰减 60dB所需时间分别设置为 0.30s, 0.50s, 1.00s, 1.50s, 2.00s, 5.00s, 10.0s, 15.0s, 20.0s, 用来模拟相应混响时间值作为校准的标准混响时间值。
7.2.3.3 建筑声学分析仪信号输出接至可编程数字信号源同步端 , 取被校建筑声学分析仪信号源的中断信号作为模拟混响衰变信号开始衰变的起始信号。
7.2.3.4 起动可编程数字信号源信号输出 , 随后起动被校建筑声学分析仪进行混响时间测量 , 记录测量值 , 并计算出相对百分比误差。
7.2.3.5 不带信号源的建筑声学分析仪的连接如图 2。
图 2 不带信号源的建筑声学分析仪混响时间测量框图
7.2.3.6 可编程 数字 信号 源调 节如 7.2.3.2, 只是 衰减 控制 为定 时方 式 , 定时 时间为 1s。
7.2.3.7 被校建筑声学分析仪开始进行混响时间测量后 , 起动可编程数字信号源信号输出 , 信号持续 1s后便以设定速率衰减。记录被校建筑声学分析仪混响时间测量值 ,
并计算出相对百分比误差。
7.2.4 有效值特性
7.2.4.1 仪器的连接如图 3。
图 3 有效值检波器特性测量框图
7.2.4.2 用频率为 2kHz的正弦信号作参考 , 分别输入交流数字电压表及被校建筑声学分析仪。先调节正弦信号幅度使被校建筑声学分析仪显示声级总值为 100dB, 然后将正弦信号幅值依据峰值因数按表 2替代猝发音幅值的增加量调节 , 用交流数字电压表监测增加量 ; 用幅值调节后的正弦信号按 7.2.4.4条提取重复猝发音序列信号施加给被校建筑声学分析仪 , 此刻建筑声学分析仪测量声级的总值 , 与 100dB差值即为有效值检波指示器响应误差。
7.2.4.3 没有声级总值测量的建筑声学分析仪 , 用各 1/3倍频程测量后计算声级总值 ,这样的测量至少应在中心频率 (100~8000) Hz范围进行。
7.2.4.4 校准时猝发音序列信号的重复频率为 40Hz, 正弦波列的持续时间 (t) 数值如表 3。
表 3 峰值因数对应的猝发音持续时间和猝发音幅值的增加量
7.2.5 级线性
7.2.5.1 级线性误差是所有输入信号的指示声级偏离相应预期声级的偏差 , 预期声级可以通过参考级程上规定的起始点加上输入信号的变化量进行计算。
7.2.5.2 级线性校准用 1kHz稳态正弦信号。建筑声学分析仪测量用中心频率为 1kHz的 1/3倍频程声级或 A计权总声级。
7.2.5.3 调节 1kHz输入 信号 使建 筑声 学分 析仪 显示 声级 为 90dB, 然后 输入 信号 以10dB步进向上至 120dB和向下至 40dB, 分别读出声学分析仪的级线性响应 , 并计算级线性误差。
7.2.6 时间平均声级
7.2.6.1 对于能测量时间平均声级的建筑声学分析仪 , 应考察其重复猝发音序列响应能力。
7.2.6.2 用 4kHz的稳态连续信号施加给建筑声学分析仪 , 调节信号使建筑声学分析仪指示总声级为 100dB。
7.2.6.3 从 4kHz连续信号中提取猝发音序列信号 , 测量时单个猝发音的持续时间分别为 50ms和 10ms。一个序列中单个猝发音之间时间间隔是单个猝发音的持续时间的 4倍。
7.2.6.4 读取建筑声学分析仪重复猝发音响应 , 并与重复猝发音理论响应值比较 , 得出时间平均声级的重复猝发音序列响应误差。
7.2.7 噪声频谱的均匀性
7.2.7.1 仪器的连接如图 4。
图 4 噪声频谱的均匀性测量框图
7.2.7.2 测量放大器频率计权置于 “线性 ”, 建筑声学分析仪输出噪声置于 “宽带噪声 ”, 用测量放大器和 1/3倍频程滤波器测量 “宽带噪声 ” 标称频率范围内的每个 1/3倍频程的频带谱级。
7.2.7.3 没有 “宽带噪声” 的建筑声学分析仪可由低频到高频逐一输出 “窄带噪声 ”,用测量放大器和 1/3倍频程滤波器测量每个相应 1/3倍频程的频带谱级。
7.2.7.4 上述方法测的频带谱级最大值与最小值之差值即为噪声频谱的均匀性。
7.2.8 频带谱级的幅值稳定性
7.2.8.1 仪器的连接如图 5。
图 5 噪声频谱的幅值稳定性测量框图
7.2.8.2 测量放大器频率计权置于 “线性 ”, 建筑声学分析仪输出噪声置于 “宽带噪声” 或 “窄带噪声”, 用测量放大器和 1/3倍频程滤波器测量标称频率范围内的每个 1/3倍频程的瞬时频带谱级。测量放大器时间计权应置于 “快挡 ”, 在噪声信号持续激励时间内 , 均匀读取至少读取六个瞬时频带谱级 , 这些瞬时频带谱级的数值变化范围即为频带谱级的幅值稳定性。
8 校准结果表达
8.1 校准数据处理
所有的数据先计算 , 后修约 , 出具校准数据的有效位数按如下方法修约 :
a) 混响时间校准项目修约到三位有效位数。
b) 有效值特性 , 级线性 , 时间平均声级 , 噪声频谱均匀性 , 频带声压级的幅值稳定性 , 修约到十分之一分贝。
8.2 校准证书
经校准的建筑声学分析仪出具校准证书。校准证书应包括的信息及推荐的校准证书内页格式见附录 A。
8.3 校准结果不确定度评定
建筑声学分析仪混响时间校准结果的不确定度按 JJF 1059—1999 的要求评定 , 混响时间测量结果不确定度分析详见附录 B。
9 复校时间间隔
建筑声学分析仪复校时间间隔建议为一年。但由于复校时间的长短取决于其使用情况 , 如环境条件、使用频率及测量对象等 , 因此 , 使用单位可以根据实际使用情况自主决定复校的时间间隔。
附录 A
校准证书内容
A.1 校准证书至少应包括以下信息 :
a) 标题 : 校准证书 ;
b) 证书的编号、页码及总页数 ;
c) 校准实验室的名称和地址 ;
d) 进行校准的日期 ;
e) 进行校准的地点 (如果不在实验室内进行校准) ;
f) 送检单位的名称及地址 ;
g) 被校建筑声学分析仪的型号、规格及出厂编号 ;
h) 校准所依据的技术规范的名称和代号 ;
i) 校准所使用计量标准的名称、技术参数及有效期 ;
j) 校准时的环境条件 ;
k) 校准结果 ;
l) 校准结果的测量不确定度 ;
m) 复校时间间隔的建议 ;
n) 校准人签名、核验人签名、批准人签名 ;
o) 校准结果仅对被校对象有效的声明 ;
p) 未经校准实验室书面批准 , 不得部分复制校准证书的声明。 A.2 推荐的建筑声学分析仪校准证书的内页格式见表 A.1。
表 A1 校准证书内页格式
表 A1 (续)
附录 B
建筑声学分析仪混响时间测量不确定度分析实例
B.1 测量方法
对建筑声学分析仪混响时间进行校准 , 主要是施加给建筑声学分析仪一个标准线性衰减信号来模拟混响时间的衰变过程 , 建筑声学分析仪直接测量此线性衰减信号并指示出混响时间 , 建筑声学分析仪测量值与标准线性衰减信号设定值之差值即为建筑声学分析仪混响时间测量误差。现以 2s校准点为例分析建筑声学分析仪混响时间校准结果的不确定度。
B.2 数学模型
建筑声学分析仪混响时间误差测量结果的数学模型
ΔT=T2 -T1
式中 : ΔT— 被校建筑声学分析仪混响时间测量误差 , s;
T2— 被校建筑声学分析仪混响时间测量值 , s;
T1— 标准线性衰减信号设定的混响时间值 , s。
B.3 方差及灵敏系数
由于 f (T1 , T2) 中的 T1、T2 互不相关 , 故其合成估计方差为
u(ΔT) =c2 (T1)u2 (T1) + c2 (T2)u2 (T2)
式中灵敏度系数为
B.4 A类标准不确定度的评定
B.4.1 混响时间模拟信号线性误差引入的标准不确定度分量 u1
混响时间模拟信号线性误差为 ±0.2dB, k= 2, 混响时间由模拟信号衰减的时间计算而得 , 信号线性误差引起混响时间的相对误差可以用信号线性极差除以衰减幅值计算。建筑声学分析仪测量混响时间一般只测量 20dB~ 40dB 的声衰减 , 再推算 60dB 的混响时间 ; 显然 20dB方式推算的模拟信号线性误差引入的不确定度分量最大 , 测量值为 2s。
极限误差= (0.2/20) ×2(s)
所以建筑声学分析仪 20dB计算方式由标准线性衰减信号的线性误差引入的标准不确定
度分量 u1 为
u1 = (0.2/20) ×2/2=0.01(s)
B.4.2 混响时间模拟信号时间误差引入的标准不确定度分量 u2
混响时间模拟信号时间误差 ±0.1% , k= 2, 所以由混响时间模拟信号时间误差引入的标准不确定度分量 u2 :
u2 =0.1%×2/2=0.001 (s)
B.4.3 建筑声学分析仪分辨力引入的标准不确定度分量 u3
建筑声学分析仪分辨力为 0.01s, 按均匀分布估计 , 取 k= 3 , 则建筑声学分析仪分辨力引入的标准不确定度分量 u2 (T) :
u3 =0.01/ 3=0.0058 (s)
B.5 A类标准不确定度的评定
在相同的测量条件下 , 对同一建筑声学分析仪独立测量 9次 , 计算标准差得到测量数据见表 B.1。
表 B.1
标准差 : s1 =0.0044s 标准不确定度差 : u4 =s1 =0.0044s
B.6 合成标准不确定度
以上分量独立无关 , 且数值相差不是太大 , 可以直接进行合成。
B.7 扩展不确定度
取包含因子 k= 2, 则扩展不确定度 :
U=kuc= 2× 0.01241≈0.025 (s)
B.8 相对扩展不确定度
