声学计量
分贝计量单位
分贝计量单位分贝是一种用来度量声音强度的单位。
它是根据人类听觉的特性而设计的，能够准确地反映声音对人耳的刺激程度。
在我们日常生活中，分贝的使用非常广泛。
当我们听到某种声音时，可以通过分贝来判断其强度大小。
例如，当我们在室外散步时，听到鸟儿的歌声，通常能够感受到它们的声音非常柔和，这时的分贝数一般在30-40之间。
而当我们走近一家咖啡馆，听到咖啡机的轰鸣声时，分贝数可能会达到70-80左右。
更极端的情况下，当我们站在舞台前面，听到音乐的震撼力时，分贝数可能会超过100，甚至达到120以上。
分贝的使用不仅限于声音强度的测量，它还可以用来描述其他类型的波动。
例如，当我们使用仪器检测地震的震级时，也可以通过分贝来表示。
同样，当我们检测到某个地方的光照强度时，也可以使用分贝作为单位。
分贝的计量单位为dB，它是基于对数的。
对数单位使得分贝的数值范围非常广泛，能够覆盖从非常微弱的声音到极高的声音。
同时，对数单位还使得分贝的计算更加简便。
通过对声音的压力进行对数转换，我们可以得到相对于某个参考值的分贝数。
例如，当我们测量某个声音的分贝数时，通常会将其与人类可以听到的最弱声音进行比较。
分贝的使用不仅限于科学研究，它也在日常生活中发挥着重要的作用。
例如，当我们购买耳机时，会关注它的分贝数。
较高的分贝数意味着耳机可以输出更大的声音，但同时也会增加对听力的损害风险。
因此，我们需要根据自己的需求和健康状况来选择适合的耳机。
分贝是一种非常重要的计量单位，它在声学、地震学、光学等领域都有广泛的应用。
正确理解和使用分贝可以帮助我们更好地了解和保护我们的听觉健康。
计量领域的“十大计量”
一二三四五计量领域的“十大计量”简介 计量是指实现单位统一、量值准确可靠的活动，是当代经济发展必须支撑的条件，是信息化的基础。
根据被测物理量的分类，可以分为长度计量、热工计量、力学计量、电磁计量、无线电计量、时间频率计量、声学计量、光学计量、化学计量、电磁辐射计量十大计量。
十大计量之长度计量 长度计量是对物体几何量的测量技术，包括：线纹、端度、平面度、角度、粗糙度、渐开线样板等。
生活中常用到直尺、钢卷尺，在军事和交通中广泛应用的卫星定位系统等，都是长度计量的研究成果。
十大计量之热工计量(温度计量) 热工计量利用各种物质的热效应来测量温度的计量技术。
包括：热电偶、热电阻、水银温度计、红外温度计、温度灯、温度仪表及自动测控装置、温度巡检仪、热象仪等。
十大计量之力学计量 力学计量是涉及质量、力值、密度、容量、力矩、机械功率、压力、真空、流量以及位移、速度、加速度、硬度等量的测量。
包括：质量、容量、流量、粘度、密度、真空、力值、硬度、重力、力矩、压力、转速、振动、冲击等。
如市场上的公平秤、电子计价秤、水表、燃气表、出租车计价器等准确与否都是由力学计量来保证的。
十大计量之电磁计量 电磁计量是根据电磁基本原理，应用各种电磁标准器和电磁仪表，对各种电磁物理量进行测量。
包括直流和交流的阻抗和电量、精密交直流测量仪器仪表、模数/数模转换技术、磁通量、磁性材料和磁记录材料、磁测量仪器仪表以及量子计量等。
近年来，变频调速技术的快速发展，变频测量仪器仪表的计量达到新的要求，变频测量仪器仪表的计量法规以及法定单位滞后于变频调速技术的发展，导致变频计量混乱的局面。
随着《JJF 1559-2016变频电量分析仪校准规范》、《JJF 1558-2016测量用变频电量变送器校准规范》的发布以及国家变频电量计量站正式挂牌成立，变频测量仪器仪表的计量得以规范。
十大计量之无线电计量 无线电计量指无线电技术所用全部频率范围及电气特性的测量。
计量基础知识
计量技术概述计量：是计量学的简称，是研究测量、保证测量统一和准确的科学,实现单位统一和量值准确可靠的全部活动。
计量的被测对象：主要是测量仪器和测量标准。
计量的主体行为对象是量：量是：一切现象、物体或物质的量可以定性区别与定量确定的一种属性。
既要分清量的性质、又要确定量的值，是计量的最终目的。
一切可以测量的计量测试都是计量的范围。
十大计量专业包括：1、几何量计量2、热学计量3、力学计量4、电磁学计量5、无线电电子学计量6、时间频率计量7、光学计量8、化学计量9、声学计量10、电离辐射计量计量的目的和基本任务：保证测量单位统一和量值准确一致。
计量的发展，大体可分为三个阶段：1、古典计量阶段：2、经典计量阶段：1875年米制公约的签订。
以宏观实物量具（米原器、千克原器）为计量基基准。
3、现代计量阶段：基本标志是由原子、分子理论专项量子理论、由宏观实物基准转向微观量子基准。
长度、时间、电压、电阻等已被国际上确定，质量、电流等基准也在过度之中。
计量的基本特点1、准确性：是计量的重要任务，目的。
2、一致性：量值和单位的统一。
3、溯源性：是保证准确性和一致性的手段。
4、法制性：是遵守的准则。
量和单位的术语 1.量现象、物体或物质可以定性区别和定量确定的一种属性。
现象、物体或物质的特性，其大小可用一个数和一个参照对象表示。
1）一般概念的量：长度、电阻、物质的量；2）特定量：某量块的长度、某电阻的电阻；3）参照对象：可以是测量单位、测量程序、标准物质或其组合；4）量的符号：用斜体表示。
量值：数值乘以参照对象所表示的特定量的大小。
例如:某棒的长度为5.34m，5.34是数值。
注：同类量、特性相同的两只组合在一起。
他们之间不能相互比较。
同种量，特性相同他们之间可以相互比较大小。
量制：彼此间由非矛盾方程联系起来的一组量。
基本量：在给定量制中约定选取的一组不能用其他量表示的量。
（一组量是指国际单位制中的7个基本量。
基本量可认为是相互独立的量）导出量：量制中由基本量定义的量。
声音的计量单位
声音的计量单位一、分贝声音的计量单位之一是分贝，它用于衡量声音的强度或者音量。
分贝是一个非常常见的概念，我们经常听到的音乐、交通噪音、谈话声音等都可以用分贝来描述它们的响度。
分贝的范围非常广泛，从极其微弱的声音到极其强烈的声音都可以用分贝来表示。
在日常生活中，我们可能会遇到各种不同分贝级别的声音，比如安静的图书馆里的30分贝，或者热闹的酒吧里的90分贝。
二、赫兹另一个声音的计量单位是赫兹，它用于描述声音的频率。
赫兹通常用来衡量声音波的振动次数，它和我们所听到的声音的音调密切相关。
比如，高音的声音通常有较高的赫兹数，而低音的声音则有较低的赫兹数。
在音乐中，不同乐器发出的声音有着不同的赫兹数，这也是造成各种声音音质和音色差异的原因之一。
三、秒声音在空气中传播的速度是一个常数，通常被称为声速。
声速的大小约为每秒343米，也就是说声音在空气中传播的速度大约为每秒343米。
这个速度是相对稳定的，无论声音的频率、强度如何，声音都会以这一速度在空气中传播。
因此，我们可以根据声音传播的时间和距离来计算声音的速度和位置。
四、瓦特除了声音的强度和频率，声音的功率也是一个重要的参数。
声音的功率通常以瓦特来衡量，它反映了声音产生的能量大小。
比如，喇叭输出的声音功率可以用来衡量它的音量和音质。
瓦特是一个衡量声音能量的单位，它可以帮助我们评估声音在传播过程中的能量损失和效率。
五、欧姆在声学中，电阻通常用欧姆来衡量，它是电流通过电路时所遇到的阻力。
在声音传播的过程中，也会存在一些阻力，比如声音在空气中传播时会受到空气的阻力。
因此，欧姆可以用来描述声音在传播过程中所受到的阻力和损耗。
欧姆的大小和声音传播的距离、介质等因素密切相关，它可以帮助我们理解声音在传播过程中的衰减和衰减规律。
六、千赫千赫是一个用于描述声音频率的单位，它等于每秒1000赫兹。
千赫通常用于较高频率的声音，比如一些高音乐器发出的声音。
千赫的大小和声音的音调相关，它可以帮助我们识别和区分不同频率的声音。
声学测量指导书
声学测量实验指导书陈洪娟哈尔滨工程大学水声工程学院2005.4.16第1部分必做实验实验1 声学测量仪器设备认知实验一、实验目的通过本实验掌握声学常用测量仪器的使用方法，并了解声学测量实验应该满足的条件要求和实验室进行实验时的注意事项。
二、实验内容与要求：1、内容单台演示各测量仪器的功能，并连接成测量系统演示水声信号。
2、要求教师操作并讲解，学生提问并试操作。
实验2 水听器自由场电压灵敏度校准一、实验目的通过本实验掌握水听器灵敏度的比较校准方法，并熟悉有关测量仪器的使用。
二、实验原理与方法1．水听器的灵敏度水听器就是水声接收换能器，它是把水下声信号转换为电信号的换能器。
水听器的灵敏度就是水听器的接收灵敏度，通常是指开路电压灵敏度，可分为自由场灵敏度和声压灵敏度。
（1）自由场[电压]灵敏度M在平面波自由声场中，水听器输出端的开路电压oc e 与在声场中引入水听器前存在于水听器声中心位置处的自由场声压f p 的比值，称为水听器的自由场电压灵敏度。
符号为M ，单位是伏每帕V/Pa ，以数学式表示为：f ocp e M = （1）自由场电压灵敏度是相对于平面行波而言的。
如果水听器是无指向性的，则不论平面波从哪个方向传来，灵敏度都是相等的。
如果水听器是有指向性的，则灵敏度随平面波入射方向而变。
因此，在水听器上必须标明正对平面波的入射方向、频率和输出端。
自由场灵敏度M 与其基准值r M 之比值的以10为底的对数乘以20，称为自由场[电压]灵敏度级，符号为M 、单位是分贝，以数学式表示为：M )/lg(20r M M = （2）自由场灵敏度级的基准值r M 为1V/μPa 。
（2）声压灵敏度水听器输出端的开路电压与作用于水听器接收面上的实际声压的比值称为水听器的声压灵敏度，符号为p M 。
当用分贝表示时，称声压灵敏度级，符号为p M 。
如果水听器的最大线性尺寸远小于水中波长，且水听器的机械阻抗远大于水听器在水中的辐射阻抗，则其声压灵敏度[级]等于自由场电压灵敏度[级]。
1中国计量院及声学研究室简介
LDA法复现声压量值(完成)
高速流场条件下的传声器校准(完成)
31
近期科研进展-中国计量院
新的质点速度测量方法？
直接复现 声压量值的校准器？
间接复现声压量值
声压量值复现的新方法研究
32
近期科研进展-中国计量院
测量声场粒子速度方法
LDA（激光多普勒测速）
激光多普勒 0.1％ 点(微小区域)测量
6
1 声学研究室简介-电声
频率范围：1 kHz ～ 70 kHz
自由场互易校准装置
7
1 声学研究室简介-电声
0.24
0.40
0.22 0.20 0.18 0.16 0.14 0.12 0.10 0.08 5
LS1 microphone expanded uncertainty(k=2)
expanded uncertainty/dB
11
1 声学研究室简介
水听器校准
水听器校准系统和声场扫描装置
传感器声场扫描
高频水听器校准装置
12
1 声学研究室简介
水听器校准的频率范围和不确定度
频率范围
0.5 MHz ～ 5 MHz 5 MHz ～ 10 MHz 10 MHz ～ 15 MHz
U （k=2）
7% 10% 16%
高频水听器校准装置
中国计量院及声学研究室简介
牛锋
niufeng@
目录
1 中国计量院及声学研究室简介 2 声级计、声校准器计量简介 3 环境噪声自动监测仪校准规范简介 4 传声器电声性能测试介绍
2
1、中国计量科学研究院简介
中国计量科学研究院成立于1955年，隶属国家质检总局， 是社会公益型科研单位、国家最高的计量科学研究中心和 国家级法定计量技术机构。 位于昌平十三陵镇的实验基地于2008年竣工，现已投入使 用。
质监局所有工种
新儒艺教育质检行业工种签约培训取证按照中华人民共和国职业分类大典，质检行业国家职业资格主要包括：计量、检验人员职业19个，职业等级分为：初级（国家五级）、中级（国家四级）、高级（国家三级）、技师（国家二级）、高级技师（国家一级）。
（一）计量人员国家职业资格包括从事计量器具的检定、检查、检测、电测、测量、校准、校验、维修、修理及检斤、计斤、司磅的人员。
本类包括下列职业：1．长度计量（员）：从事长度量具、光学测量仪器等长度计量器具的计量检定、检查、校准、调整、修理及测量的人员。
2．热工计量（员）：从事热工仪表、计量泵、温度计、流量计、压力真空计等热工计量器具的计量检定、检测、检查、校准、调整及修理的人员。
3．衡器计量（员）：从事天平、砝码、磅秤等计量衡器、器具的计量检定、检查、校准、调整、修理以及检斤、计斤、司磅的人员。
4．硬度计量（员）：从事硬度计、测力仪器、测力传感器、材料试验机等硬度测力计量器具的计量检定、检查、校准、调整、修理的人员。
5．容量计量（员）：从事计量罐、储液槽、船舶计量舱、金属及玻璃器等容量计量器具的计量检定、检查、校准、调整及修理的人员。
6．电器计量（员）：从事电流、电压、电阻、电功率、电能、电信号、脉冲、衰减、电磁、磁透、磁感应、磁性材料、时间频率、有线电、无线电等电器计量器具的计量检定、检查、电测、校准、校验、调整及修理的人员。
7．化学计量（员）：从事化工仪表、分析仪器等化学计量器具的计量检定、检查、校准、调整、维修及修理的人员。
8．声学计量（员）：从事声强、声压、声功率、听力、水声等声学计量器具的计量检定、检查、校准、调整及修理的人员。
9．光学计量（员）：从事光辐射、光度、色度等光学计量器具的计量检定、检查、校准、调整及修理的人员。
10．电离辐射（员）：从事测量电离辐射剂量、放射性活度的计量器具的计量检定、检查、校准、调整及修理的人员。
（二）检验人员（质检、化验）国家职业资格包括1．化学检验（员）：包括从事石油、化工、矿物、试剂、溶剂、染料、水泥、气体、焦化、油品、农药、化肥、电池、医药、化妆品、纸制品、日用化工产品、环境监测、水质监测、水处理等岗位，用抽样检查方式对化工品进行化学分析检测的人员（使用化学分析仪器和理化仪器等设备，对成品、半成品、原材料及中间过程进行检验、检测、化验、监测、分析的人员）。
声学计量术语及定义
声学计量术语及定义声学计量术语及定义是声学计量学（Acoustical Metrology）领域的重要内容，下面是一些常用的声学计量术语及其定义。
1. 声压级（Sound Pressure Level，SPL）：声压级是以参考声压为基准的声场声压的对数表征，通常以分贝（dB）为单位。
2. 声功率级（Sound Power Level，PWL）：声功率级是声源声功率的对数表征，通常以分贝（dB）为单位。
3. 频率（Frequency）：频率是声音振动的重要属性，它指的是单位时间内振动的周期数，单位为赫兹（Hz）。
4. 波长（Wavelength）：波长是声波在介质中传播一完整周期所经历的距离，通常用单位长度表示。
5. 音频频率范围（Audio Frequency Range）：音频频率范围是指人耳可以感知的声音频率范围，通常约为20Hz至20kHz。
6. 声速（Speed of Sound）：声速是声波在某一介质中的传播速度，通常和介质的密度、温度和湿度有关。
7. 回声时间（Reverberation Time）：回声时间是指声音停止后，声音能在房间内持续反射和衰减的时间，通常以秒为单位。
8. 信噪比（Signal-to-Noise Ratio，SNR）：信噪比是在声音信号中有用信号与噪声信号之比，通常以分贝（dB）为单位。
9. 相位（Phase）：相位是指声波振动的起伏经过的时间和空间距离，通常用角度（度或弧度）表示。
10. 音谱（Spectrum）：音谱是声音在频域上的表征，可以显示出声音在不同频率上的能量分布。
11. 声学扩散器（Acoustic Diffuser）：声学扩散器是一种用于改善室内声学环境的装置，可以将声音均匀地散射到各个方向。
12. 声音衰减（Sound Attenuation）：声音衰减指的是声音在传输过程中的能量损失，通常以分贝（dB）为单位。
13. 吸声材料（Sound Absorbing Material）：吸声材料是指可以吸收声音能量的材料，通常用于改善房间的声学环境。
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2.声校准器的法校准
(1)校准装置 校准装置由声校准器、前置放大器、 交流数字电压表及配套的气压计和温度计组成。
(2)校准方法 声校准器工作时，在其腔体内形成声 压场。校准时，使被测传声器与声叫着呢器的腔 紧密耦合，并使其参考轴在水平方向或在90度角 的位置，接通电源，在规定的稳定时间后从表头 采集声压级数据并记录，重复求平均值。还有在 计算中考虑前置放大器的传输损失、校准器的气 压修正值和校准值和校准器的体积腔修正值。
wa
1 T
T
T
ds
0
P(t)undt
二、声学量的分贝表示 1.声压级的定义及其基准值
声扬中某点的声压可表示为
LP
20 lg
p r
2.声强级的定义 声强中某点的声强级Li定义为该点的声强I
与其基准值Ir之比的常用对数乘以10，即
LI
10 lg
I Ir
第二节 空气声计量
空气声计量的内容是基本声学量的传递、测 量器具的检定、对各种发声设备或物体的发声特 性进行测试。
二、超声场及媒质声速的测量
1.超声场测量 （1） 空间峰值参数测量 将水听器调节到最大输
出信号的状态后，寻找换能器的声轴，然后使水 听器沿换能器声轴移动，便可找到所需要的测量 平面，进行最大化操作，寻找声强的最大值用于 空间峰值参数的计算。 （2）空间平均参数测量 在整个声场中用水听器 进行扫描，由数字示波器和计算机构成的自动扫 描系统是目前最好的方案。
2.标准噪声源的检定
标准噪声源是一种具有稳定声功率输出和带 宽频谱特性的声源。可根据工作原理分为空气动 力式、电动扬声器式及机械打击式三种类型。标 准噪声源可产生已知功率的噪声源，用于测定机 器或设备的噪声功率级、房间的吸声、隔声及混 响的时间、传声器输出功率、噪声分布等。
检定方法： 检定内容是频带声功率级和计权声功 率级，检定方法有半消声室方法和混响室法两种， 但对环境（声学环境和物理环境）有特殊要求。
四、噪声测量
对声音主要从高低和强弱两个方面衡量，表 示噪声强弱的客观物理量主要有声压、声强、声 功率以及它们的“级”。表示噪声高低的客观量 主要有频率、频程。而噪声频谱则同时表示了噪 声的强弱和高低，噪声的评价参数有响度、响度 级、计权声压级、累积百分声级、昼夜等效级、 噪声污染级等。
第三节 超声计量
3.声强
声强定义为声扬中某点处，在单位时间内从 与质点振动方向垂直的单位面积上通过的声能。 按定义的声强是瞬时矢量值：
I(t)=p(t)u(t) 式中，I(t)为瞬时声强；p(t)为瞬时声压；u(t)为瞬 时质点振速。
4.声功率（w） 声功率定义为单位时间内通过某一面积的声能。
单位为w。 声波为纵波时，声功率可用下式表示：
一、标准传声器的计量
1.标准传声器
传声器又称“电声换能器”，是把空气中的 声信号转换为电信号的传感器。按照准确度等级 和用途不同，传声器可分为工作基准传声器、计 量标准传声器和工作级传声器三种类型。
• 工作基准传声器又称实验室标准传声器，主要用 作复现和保存声学计量单位的基准值，通过互易 法或比较法检定计量标准器具。
超声技术在医学和工业领域的地位越来越重 要，如人们熟知的“B超”技术，航空件的探伤 也是基本是采用超声现代超声技术，因此，超声 计量近几年来得到了快速的发展。
一、超声水听测量
超声水听器是测量超声声压、声功率和超声 场的基本设备，是处于接受状态的超声换能器， 主要用于接受水中超声声压信号，具有较高的灵 敏度，频响特性较为平坦，能比较大范围内保持 线性且有较好的温度稳定性。目前敏感元件的直 径可小到一毫米的量级，可对1MHz以上的医疗设 备的声场进行测量。
声学计量
声学计量是声学的重要组成部分，也是声学
发展的基础，研究声学基本参量、主观评价参量 和工程使用参量的测量及保证单位统一和量值准 确的技术科学。它包括声学计量基准和标准的建 立及保持、量值传递、测量方法等。可分为空气 声计量、水声计量和超声计量。国防和军事用途 的需求是声学计量发展的强大动力。
内容
• 第一节 声学计量的基本概念 • 第二节 空气声计量 • 第三节 超声计量 • 第四节 水声计量
第一节 声学计量的基本概念
一、几个基本声学量 1.声压（p）
声压定义为在有声波时，介质中的压力与静 压的差值，单位为Pa。静压为没有声波时媒质中 的压力。 2.质点振速（u）
质点振速定义为因声波通过而引起的媒质中 质点相对于其平衡位置的振动速度。单位为m/s。 如不加说明，通常指的是有效值。
• 计量标准传声器即标准电容传声器是计量标准器 具的一种，主要用作二次标准，通过比较法检定 计量器具。
• 工作级传声器即测试传声器，是工作计量器的一 种用于各种目的的空气声学计量。
二、测试传声器的计量
1.测试传声器
(1)工作原理 目前广泛使用的测试传声器是电容式
传声器。其工作原理是通过改变两极板间的距离 而改变电容量。前极板是很轻的膜片，可以随声 压的变化而运动，使膜片与后极板之间的电容量 发生变化，从而输出交流电压信号。信号的波形 和强度与被测声压的波形和强度成正比。
1.超声水听器的绝对法测量
（1）两换能器互易法 用该法校准分为两个过程， 首先采用自易法校准辅助换能器的电流响应，然 而在辅助换能器产生的已知声场中校准水听器的 自由场灵敏度。
（2）平面扫描法 超声波由已知输出功率水平的活 塞换能器产生，测量中，被测水听器保持不动。 测量用换能器在x，y方向上水平移动测量。
2.媒质声速的测量
声速的测量有直接法和间接法两种。所谓直 接法是通过测量声波在媒质中传播一段距离s所用 的时间t得到声速（c=s/t）。脉冲测量法是直接法 的一种，此法是向被测媒质中发射短促声脉冲， 测定脉冲通过的、一段被准确测定的媒质长度。 所谓间接法是通过测量在给定频率f下声波在媒质 中的波长而确定声速的方法。
三、空气声计量器具的检定
1.声校准器的检定 声校准器是一种标准计量器具，当把声耦合
到传声器上时，能产生一定频率的声压级，用来 测定传声器的声压灵敏度，校准声级计或电声测 量装置的声级。
(1)检定装置 声校准器的检装置主要包括标准传声 器、测量放大器、精密衰减器、交流电压表和正 弦信号发生器，
(2)检定方法 包括声压级的检定、频率的检定、谐 波失真的检定。