本标准规定了采用互易技术对标准电容传声器进行自由场校准的精密方法，其详细规定是各权威机构间校准比对的基矗本标准仅适用于φ23.77mm电容传声器，由于对校准方法及影响校准准确度的诸因素作了详细介绍和分析，因此可以估算校准总准确度。 GB/T 6511-1986 采用互易技术对φ23.77mm标准电容传声器进行自由场校准的精密方法 GB/T6511-1986 标准下载解压密码：www.bzxz.net

中华人民共和国国家标准
GB/T6511—1986
采用互易技术对d23.77 mm
标准电容传声器进行自由场
校准的精密方法
Precision method for free-fieldcalibration of p23.77 mm standardcondenser microphones by thereciprocitytechnique
1986-06-18发布
国家标准局
1987-05-01实施
中华人民共和国国家标准
采用互易技术对Φ23.77mm
标准电容传声器进行自由场
校准的精密方法
Precision method for free-fieldcalibration of 23.77 mm standardcondenser microphones by thereciprocity technique
UDC 621.395.616
621.317.39
GB/T6511—1986
本标准规定了采用互易技术对标准电容传声器进行自由场校准的精密方法，其详细规定是各权威机构间校准比对的基础。
本标准仅适用于23.77mm电容传声器，由于对校准方法及影响校准准确度的诸因素作了详细介绍和分析，因此可以估算校准总准确度。本标准等效采用国际标准IEC486（1974)《采用互易技术对1英寸标准电容传声器进行自由场校准的精密方法》。
1名词解释
1.1开路电压
在给定频率下，传声器开路电压是指传声器处于开路情况下出现在传声器电端的电压。传声器电端的电压与传声器的附加装置所造成的电负载有关，本标准所规定的开路电压是指利用插入电压技术测出的传声器极头电端电压（见4.2及4.3)。测试时，传声器应连接于本标准所规定的特定接地屏蔽结构上。除此之外，没有其它电负载。单位：V
1.2传声器自由场灵敏度
在给定频率的正弦声波作用下，传声器自由场灵敏度M，是指传声器开路电压与传声器置入声场前在传声器声中心位置的声压之比。这个比值是一复数。在不要求得到相位时，自由场灵敏度仅指其模量。声场应当是自由场条件下的平面行波。自由场灵敏度与声波入射角有关，除非另有规定，相对于传声器主轴的入射角应为零度。
单位：V/Pa
注：①“自由场灵敏度”有时称为“自由场响应”。②当频率足够低时，由传声器引起的声场扰动可以忽略，自由场灵敏度近似等于声压灵敏度。1.2.1传声器自由场灵敏度级
传声器自由场灵敏度级为201g11:M,为参考灵微度,其值为1V/Pa。单位：dB
1.2.2传声器自由场灵敏度相位角在给定频率下，传声器自由场灵敏度相位角是指其开路电压与传声器置入声场前传声器声中心所国家标准局1986-06-18发布
1987-05-01实施
在位置上的声压之间的相位角。单位：(°)或rad
1.3传声器的电阻抗
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传声器电阻抗是指作用于传声器电端的电压与由此引起的电流的复数比，它是频率、传声器膜片声负载和地屏蔽结构的函数。
单位：2
1.4传声器的声阻抗
在给定频率下传声器声阻抗是指均匀作用于传声器膜片上的声压与膜片体积速度间的复数比，传声器电端应处于开路状态。
单位：Pa·s/m3
1.5传声器的声中心
处于发送状态的传声器，在给定频率下，在规定的方向和距离上。其声中心是测点附近小范围内所接收到的近似球面波波阵面中心。注：互易传声器处于接收状态时其声中心和处于发送状态的声中心是相同的。1.6传声器主轴
传声器主轴是通过传声器膜片中心并垂直于膜片的直线。1.7自由场条件
自由场条件是指声波能自由传播没有任何扰动。1.8互易传声器
线性、无源传声器，在给定信号频率下，传声器方程可以写成：Zu十Z12g=U
(Zl+Z229=P
式中：P一一作用于膜片上的声压（复数），U——传声器电端电压（复数)；q——膜片体积速度(复数)；
1—一通过传声器电端的电流（复数）；Zu——传声器受挡阻抗，
Z2—一传声器电端开路状态下的声阻抗。如果转移系数Z12和Z21满足Z12=士Z21，则此传声器互易。·（1)
当声压不均匀作用于膜片上时，例如，在高频情况下传声器置于平面波声场中，其声端位置是不明显的。在这种情况下，对方程（1)中的P需要作出专门的说明（见2.3)。对任何互易换能器在给定的方向上，可以用一个点换能器来等效具有远场条件下发送和接收特性的真实换能器。这等效点换能器位于真实换能器给定方向的声中心位置上（见1.5)。2自由场互易校准原理
2.1概述
传声器互易校准可以采用三传声器法，其中至少两个传声器必须是互易的，也可以采用辅助声源法，一个辅助声源和两个传声器，其中一个必须是互易的。注：本标准所述的三传声器法系指假定三个传声器均为互易传声器。2.1.1三传声器法的一般原理
将两个传声器相对置于自由场中，其中一个作声源，另一个作接收器，测出接收传声器开路电压及发送传声器的输入电流。当系统声耦合特性已知时，则可以得到这两个相对放置的传声器自由声场灵敏度积（见2.4)，顺次组合放置传声器(a)、(b）、(c)，可以得到三个独立的灵敏度积，从而求得这三个传声2
器各自的自由场灵敏度。
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2.1.2两个传声器和一个辅助声源法的一般原理首先将两个传声器相对置于自由场中，处于声耦合状态，求得该两传声器的自由场灵敏度积（见2.1.1），然后，把两个传声器轮流置于辅助声源产生的自由场中相同的位置上，求得两传声器自由场灵敏度比，这样就可求出每个传声器的自由场灵敏度。2.2声学条件
传声器自由场灵敏度取决于自由传播的平面行波声压，自由场条件下声源远场是球面波声场，在离声源足够远处的有限范围内可以近似为平面波。因此，发送传声器和接收传声器之间距离应足够大，以确保在围绕接收传声器的适当范围内近似为平面波（见3.2.7)。另外，环境干扰的影响随两个传声器之间距离的增加而增加，因此声学条件必须满足3.2.8需要。2.3传声器的接收和发送特性
设传声器置于声压为P。的自由平面场中，传声器等效电路如图1。2
换能军
P表示实际作用声压，P。是当传声器声端受挡时声压，Z是传声器辐射阻抗，设P。与P。之比为Po
s(f，)是散射因子，它是频率与入射到传声器膜片上声波入射角的函数，S(f，e)与传声器几何形状有关。
由于P=P。一Zrq,互易方程(1)可以写成（Znl+Z12g=U
zal+(z+z)g=Po
根据定义，可得到自由场灵敏度为：M+:
-s(f,)
如果传声器在自由场中处于发送状态，其等效电路如图2。染指态
由于P=—Zrq，方程(1)可写成
Zul+Z129=U
Zl+(Zm+z)g=0
（2）
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对于互易传声器来说，当它作为发送器工作时，在其远场中传声器的作用相当于一个声源强度为一qs(f，o)=Ml的点源，在距离d处声压P。为：jfmlexpjz(cta)）
P。=j
式中：d—传声器声中心到观察点间距，p
空气密度；
于——频率，
一声波波数，
c——声速，
一时间。
注：式（5)推导是将传声器作为集总参量来处理，比较严密的推导是对传声器方程使用积分形式。2.4互易程序
·（5）
将自由场灵敏度为M,(a)和M)的传声器(a)和(b)相对置于自由场中，并使其参考轴重合。当电流I。通过传声器（a)的电端时，在自由场条件下，距离传声器声中心d处将产生一个声压Po，当传声器(b)置入声场{此时d应视为传声器(a)(b)声中心间距），假定在这两传声器间没有干涉发生，在传声器(b)的电端开路电压为：
UMPo-2
MMb)I.exp(jedab）
因此，自由场灵敏度积为：
2.5空气中声衰减
2d(U/1.)exp(jkdas)）
在实际情况中，由于分子弛豫效应和热一粘滞衰减，引起声波在自由场中传播的衰减。·（6）
衰减值取决于声波频率、空气温度及湿度，考虑到空气衰减，在式(5)中引入衰减系数α。因此式(6)可写为：
Ma)Mb)=
2.6自由场灵敏度表达式
2.6.1三传声器方法
exp[(α+jt)dab
考虑到2.5所述的修正，传声器(a)的自由场灵敏度表达式为：1=( dd0.1]
exp[a(d+dd)J)12
式中：U/1al，lUa/1l，lU/1l分别为传声器a一b,c一a,b一c组合时测得的电转移阻抗模量，2db，da，d分别为传声器a一b,c一a,b一c组合时测得的声中心间距，m；一频率,Hz；
空气密度，kg/m；
空气中声波衰减系数，m-1。
传声器(b)和(c)可获得类似的表达式。（7)
（8）
注：空气中声波吸收的修正，可以在未经修正的传声器（a)的自由场灵敏度级上（见1.2.1)加上附加项来得到，附加项为：
SA(aa+da-da)
其中：△A=8.686a是声波在空气中的衰减值，单位dB/m。AA的值见附录A。2.6.2两个传声器和一个辅助声源法4
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考虑到2.5所述修正，传声器(a)的自由场灵敏度最后表达式为：[2[b/la| |Ua/b]exp(ad)
[Ua/U,|=[M/M]]
对于传声器(b)可有类似于式(9)的表达式（见2.1.2)。3校准的绝对准确度
3.1概述
·（9）
除了在式(7)中出现的一些因素外，还有一些因素将影响互易校准的绝对精度，自由场灵敏度取决于极化电压及其它一些因素，如校准实际上是在球面声场中进行而不是在平面波声场中进行，这将使校准产生偏差，这种偏差的修正实际上是困难的。3.2影响校准的一些因素的准确度对于以已知方式影响校准的因素必须以切实可行的高准确度进行测量，下述各量至少应以下面所规定的准确度进行测量。
3.2.1极化电压
传声器极化电压的测量准确度应为0.05%。3.2.2空气密度
空气密度的测量准确度应为0.1%。注：空气密度是静压和温度的函数，可用下式计算：式中;P.静压,P.。
T——绝对温度,K。
3.2.3频率
273.16kg/m
p=129301.013×105
当频率直接参与自由场灵敏度计算时，其测量准确度应为0.1%否则在允差为0.1%或土1Hz中取较大的一个。
3.2.4电转移阻抗
电转移阻抗（如|Ub/lal，见2.6)的测量准确度为0.2%。3.2.5空气衰减修正
空气衰减的修正值准确度应为0.02dB（见2.6及附录A）。3.2.6传声器声中心间距
传声器声中心间距测量准确度为0.5%。3.2.7平面波偏差
为了保证在接收传声器周围的平面波条件，规定在校准时两传声器间距应大于20cm在这种情况下传声器膜片上声压分布偏差不超过0.2dB，这相当于引起开路电压的误差为0.05dB。3.2.8自由场偏差
在校准时，声源和接收传声器之间的范围内，声压与距离成反比规律，偏差应不大于0.1dB。3.3总准确度
由互易校准可达到的总准确度取决于辅助校准设备的准确度以及用于校准中计量设备的稳定度和结构。
如果达到上述给出的准确度，则校准总准确度为0.1～0.2dB。注：测试重复性的标准偏差应比上述总准确度小得多。5
4校准方法和设备
4.1自由场
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校准应在自由场中进行，获得这种条件的最可行的办法是消声室，这种环境不受风和空气噪声的影响。由于布置在墙上的吸声材料的非理想特性及房间尺寸的限制，壁面的反射造成了声场对于声压与距离反比规律的偏离，偏离的大小取决于离开声源的距离和方向。一般说来，在消声室中心区域附近并且沿既不平行也不垂直于任意一个壁面的方向上，可获得声场的最小偏离。但支架、工作网、电缆和各种支撑会增加对声场的干扰。
只要在校准时注意，这些干扰的影响可以减小到可接受的程度。传声器膜片之间可能形成驻波，为减小这一效应，可使两传声器膜片间成几度的夹角。4.2接地屏蔽参考结构
根据1.1，开路电压应当在加有特定接地屏蔽结构的传声器电端测量，为此目的，可以采用图3所示结构，屏蔽套应当与地电位相连。o1lo =.
话配世克的烟
.小种
若使用其他结构，测试所得的声压灵敏度（或声场灵敏度)与采用接地屏蔽参考结构所测得的相应值之差应小于0.02dB。
注：作用于传声器中心电接触点的最大力不应超过制造厂规定的极限。4.3插入电压技术
插入电压技术(也称置换法)用于决定带有电负载的传声器的开路电压。将一个负载阻抗接到具有确定开路电压和内阻抗的传声器上，为测量传声器的开路电压，将一个比负载阻抗小得多的阻抗与传声器相串联，并在其上施加一个校准电压。交替地施加声压和同频率的校准电压，调节校准电压，使其在负载阻抗上所产生的电压降与声压作用于传声器上所产生的电压降相等，此时，校准电压即为传声器开路电压。4.4声负载
传声器自由场灵敏度取决于包括前置放大器在内的传声器的几何形状。基于这一原因，建议应将传声器和接地屏蔽（见4.2)接到一圆柱体上，圆柱体直径等于传声器的标称直径（23.77mm），其长度应大于传声器直径。
此装置也适用于发送传声器。
4.5与静压的关系
传声器膜片后腔的声阻和声顺与静压有关，因而传声器灵敏度与静压有关，它可以通过在不同静压下的互易校准来确定。
4.6极化电压
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为了达到规定的极化电压精度，极化电压应该在传声器极头端直接测量。4.7传声器声中心
如1.5规定，传声器声中心位置可以通过在自由场中测试传声器的辐射声压来加以确定，该声压是测量点与传声器上任意选定的参考点（一般选传声器膜片中心为参考点）之间距离的函数，在远场的任何有限区域中，声压将遵循声压与距离成反比规律。将声压的倒数值作为离开选定的传声器参考点之间距离的函数作图，通过这些点连一直线，这直线与横轴的交点可用来确定相对于参考点的声中心位置。声中心同自由场校准时的取向和间距有关，它用于确定dab（或dbesd。等，见2.4及2.6)。典型传声器结构的声中心位置在附录B中给出。4.8振荡器的最大输出电压
激励发送传声器的激励电压所引起的谐波畸变对自由场灵敏度级的影响应小于0.05dB。4.9噪声
噪声或串音干扰，不管来自声的还是电的，对传声器自由声场灵敏度级的影响应不大于0.05dB可使用窄带滤波器以改善信噪比。7
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附录A
空气衰减值表免费标准下载网bzxz
(补充件）
下述各表中列出了作为频率、温度和相对湿度的函数的空气中声衰减值。各表所列值在2m距离内有效。
AA等于表中数值乘以10-2表示每米衰减的分贝数(dB/m)。表A1空气中声衰减值
相对湿度%
衰减值10-dB/m
20253035
频率Hz
384344
506067
657075
相对湿度%
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续表A1
宽减值10-\aB/m
20 000
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续表A1
相对湿度%
宽减值10-\aB/m
20 000
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续表A1
相对湿度%
宽减值10-\aB/m
20 000
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