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消聲室儀器計量校準方法的探討
消聲室是一種聲學實驗室，是用人工的方法模擬自由聲場。隨著社會經濟水平和生產力的發展，人們對電子設備的聲學品質的要求也日益提高，作為能提供模擬自由聲場環境的聲學實驗室，其應用也越來越廣泛，其聲學性能指標直接影響聲學測試的精度，因此，對消聲室進行定期校準就顯得越來越重要。JJF1147—2006《消聲室和半消聲室聲學特性校準規范》規定了消聲室和半消聲室的校準項目和校準方法，目前國內僅有少量檢測機構具備消聲室的校準和檢測能力，本文根據自身的校準經驗對消聲室的校準方法做一個探討。
1、消聲室校準項目
1.1本底噪聲的校準
本底噪聲是消聲室的一項重要性能指標，一些聲學測試規范根據其測試精度的要求各自規定了背景噪聲級的修正方法，如GB/T6882—2008《聲學聲壓法測定噪聲源聲功率級消聲室和半消聲室精密法》規定了當背景噪聲級比聲源運行時測得的聲壓級低10～20dB時，需要進行背景噪聲修正，因此消聲室用戶需要了解本底噪聲的大小，方能更加準確地進行聲學測試。
由于消聲室本底噪聲一般都比較低，因此本底噪聲的測量需要選用低噪聲傳聲器，使得傳聲器內部電噪聲不會影響儀器校準結果。在消聲室內選擇3～5個測點，這些測點一般位于房間幾何中心及常規工作位置，采用倍頻程濾波器測量其A計權總聲壓級。測量結果如圖1所示。
由圖1可以看到，此消聲室的A計權總聲壓級低于20dB。
1.2頻率范圍和空間范圍的校準
1.2.1基本原理
消聲室的自由場頻率范圍和空間范圍是根據測量位置上的聲壓級與滿足反平方律的聲壓級之間的偏差來確定的。JJF1147—2006提供的計算方法引入了一個中間變量q，“強行”將聲壓級Lp與測量點距離聲源聲中心距離r的非線性關系轉化為線性關系，并擬合q與r之間的線性關系得到理論的反平方律聲壓級。該方法經試驗驗證存在“遠端對齊”的現象，即遠離聲源處的測量值與理論值偏差的值更小，自由場特性更好，這與理論和*觀點不符。針對該不合理現象，蒲志強團隊提出了直接擬合聲壓級與測點到聲源聲中心的距離之間非線性函數關系的方法，鐘靜團隊提出采用只依
據一個實測值來計算聲壓級理論值的方法。本文的做法摒棄了JJF1147—2006中的做法，即在測量前確定各點的理論值。
理論上，自由聲場內滿足:pr=A(p為測點的聲壓;r為測點到聲中心的距離;A為與聲源聲功率有關的常量)。將上式帶入聲壓級公式，得出:
Lp=－20lgr+20lgA+93.8
即自由聲場的理論聲壓級應為一條形狀與－20lgr相同的對數曲線，該對數曲線隨聲源的聲功率不同在坐標軸上上下移動。如用于電聲儀器校準的消聲室，允許有±1.0dB的偏離，做出測量理論聲壓級及其上下限邊界如圖2所示。因此測得的聲壓-距離曲線包含于上下限曲線之內就認為在此頻率范圍和空間范圍該消聲室滿足自由聲場的條件。
1.2.2校準實例
以下是一家音響公司的半消聲室進行校準的實例。該半消聲室大小為:2.5m×5.0m×4.2m，測量其中之一條路徑為半消聲室地面幾何中心到消聲室頂面一角的路徑，記為OA，O點和A點坐標分別為(0，0，0)和(－1.25，2.5，4.2)。
采用傳聲器自動步進牽引裝置，使得傳聲器自動沿OA路徑進行步進測量的方法，設置參數如下:步進距離:0.1m;每個步進點采集時間:30s;采樣起始點:聲源外0.5m處;采樣終止點:距離消聲室頂角0.3m;濾波器選擇:1/3倍頻程濾波器。
實際測得的數據如表1所示，這里只列出了其中的倍頻程測點。
從表1可以看到，該條路徑在以聲源為中心的遠場范圍0.5～1.9m，頻率范圍160～20000Hz以內，其聲壓幅值和距離的關系滿足反平方律規律。
同理可以測得其余四條路徑的曲線也滿足反平方律規律，因此可以判定該消聲室的自由空間半徑為1.9m，頻率范圍為160～20000Hz。
2.5驗證
為驗證配制的空氣中一氧化碳氣體標準物質濃度的可靠性，對國家標準物質空氣中一氧化碳氣體標準物質［GBW08120，10.2×10－6mol/mol(Urel=1%，k=2);GBW(E)061046，(50～500)×10－6mol/mol(Urel=2%，k=2)和(500～10000)×10－6mol/mol(Urel=1.5%，k=2)］進行了測定，其相對偏差均小于標準物質的不確定度(見表9)，結果表明配制的空氣中一氧化碳氣體標準物質準確可靠。
3結論
本研究運用稱重法制備了空氣中一氧化碳氣體標準物質，具有很好的壓力穩定性，在6個月以上考察期內，其濃度穩定，具有較好的長期穩定性。研制的空氣中一氧化碳氣體標準物質的標準值和不確定度結果表達為:標準值(10.0～10.0×102)×10－6mol/mol，Urel=2%，k=2。