噪声统计分析仪频率计权不确定度分析

陈艺

无锡市计量测试院 江苏无锡 214101

【摘要】： 本文介绍了噪声统计分析仪关于频率计权的测量方法，对频率计权的不确定度分析做了详细的说明。

【关键词】：噪声统计分析仪、频率计权、不确定度

The Uncertainty of Noise Level Statistical Analyzers

Chen Yi

概述：

噪声统计分析仪是普通声级计的升级版，用于环境中关于噪声的监测并且具有统计分析功能，可根据选择的采样时间和采样间隔进行自动采样与计算。

噪声统计分析仪一个最重要的参数就是其计权的频响曲线，一般有A、C、Z三种计权方式，A计权对描述人耳相对于真实声学的频率响应，适用于相对安静的声音水平，C计权适用于噪声较大的场所譬如机场车站和车间等。本文以C计权为例，对噪声统计分析仪的频率计权做数据处理与测量不确定度分析。

根据检定规程JJG778-2019《噪声统计分析仪检定规程》7.3.3条规定的要求，将多通道声分析仪输出端加功率放大器连接到自由声场的声源，把标准传声器放置在离标准声源中心一米的位置，再接回多通道声分析仪的输入端。调整多通道声分析仪的电压信号幅值，在读取由标准传声器采集的信号后，将噪声统计分析仪在同一位置替换标准传声器，读取噪声统计分析仪显示的数值，比较两者之间的差值，在500Hz以下多通道声分析仪的信号输出端接低频声耦合腔，标准传声器和噪声统计分析仪交替放入低频声耦合腔内测量，比较两者之间的差值。

1 数学模型

= ――――――(1)

其中： —标准传声器灵敏度修正（dB）；

—多通道声分析仪修正（dB）；

—噪声统计分析仪分辨力修正（dB）；

—算术平均值作为测量值（dB）；

= —频率计权测量值是噪声统计分析仪示值与标准系统示值之差而得。

2 方差和传播系数

依照公式： ――――――(2)

由(1)式得方差：

，

3 标准不确定度的来源于评定

3.1测量重复性引入的标准不确定度分量

测量重复性引起的不确定度，可以通过连续测量得到测量列，采用A类标准不确定度评定。数据如下：

表2： 测量重复性测量数据(单位：dB)C计权

频率/Hz	10	31.5	63	125	250	500	1k	2k	4k	8k	12.5k	20k
1	-15.3	-2.8	-0.9	-0.6	-0.6	-0.5	-0.5	-0.5	-1.3	-3.4	-6.7	-14.3
2	-15.1	-2.6	-0.6	-0.1	-0.1	-0.7	-0.2	-0.3	-1.3	-3.6	-6.9	-14.1
3	-15.2	-2.9	-0.5	0	-0.3	0	-0.1	-0.3	-1.2	-3.9	-7.2	-15.2
4	-15.9	-2.6	-0.8	-0.2	-0.2	-0.1	-0.1	-0.7	-1.3	-3.3	-7.6	-14.8
5	-15.3	-2.6	-0.2	-0.3	-0.1	-0.1	-0.3	-0.4	-1.2	-3.4	-7.2	-15
6	-15.6	-2.5	-0.4	-0.7	-0.1	-0.2	0.1	-0.5	-1.1	-3.5	-7.3	-14.7
7	-15.5	-2.6	-0.7	-0.1	-0.7	-0.4	0.1	-0.3	-1.1	-3.3	-7.4	-15.1
8	-15.3	-2.5	-0.4	0	0	-0.1	0.1	-0.2	-1.3	-3.1	-7.5	-14.5
9	-15.4	-2.2	-0.2	-0.1	-0.5	-0.5	-0.5	-0.1	-1.6	-3.5	-7.2	-14.3
10	-15.2	-2.1	-0.2	0	-0.1	0	-0.4	-0.6	-1.6	-3.7	-6.2	-14.1
平均值	-15.38	-2.54	-0.49	-0.21	-0.27	-0.26	-0.18	-0.39	-1.30	-3.47	-7.12	-14.61
	0.23	0.24	0.26	0.25	0.25	0.25	0.24	0.19	0.18	0.23	0.42	0.41

3.2多通道声分析仪PULSE引入的标准不确定度分量

经说明书分析，多通道声分析仪在所用量程上的频响误差小于±0.1dB，作均匀分布，取k= ，则 =0.1/ =0.058dB，其分辨力0.1 dB，作均匀分布，取k= ，则 =0.05/ =0.029dB，两项合成，则该项引入的标准不确定度分量 如下：

= =0.065dB

3.3噪声统计分析仪示值分辨力引入的标准不确定度

噪声统计分析仪分辨力为0.1dB，半区间为0.05dB，按均匀分布取k= ，则：

=0.05/ =0.029dB。

3.4实验室标准传声器引入的标准不确定度分量

经上级证书分析，标准传声器引入的不确定度为0.20dB（10Hz）、0.10dB(31.5Hz)、0.05dB(63Hz～4000Hz)、0.10（8kHz）、0.12dB（12.5kHz～20kHz）包含因子 。

4 合成标准不确定度

表3 标准不确定度分量 单位:dB

频率/Hz	10	31.5	63	125	250	500	1k	2k	4k	8k	12.5k	20k
测量重复性	0.23	0.24	0.26	0.25	0.25	0.25	0.24	0.19	0.18	0.23	0.42	0.41
标准传声器	0.10	0.05	0.025	0.025	0.025	0.025	0.025	0.025	0.025	0.05	0.06	0.06
PULSE	0.065	0.065	0.065	0.065	0.065	0.065	0.065	0.065	0.065	0.065	0.065	0.065
自由场修正	0	0	0	0	0	0	0.05	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2
测试距离	0	0	0	0	0	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05
分辨力	0.029	0.029	0.029	0.029	0.029	0.029	0.029	0.029	0.029	0.029	0.029	0.029
合成标准不确定度	0.26	0.26	0.27	0.26	0.26	0.26	0.26	0.29	0.28	0.32	0.48	0.47

5 扩展不确定度

表4 扩展不确定度（取包含因子k=2）

频率(Hz)	10	31.5	63	125	250	500	1k	2k	4k	8k	12.5k	20k
U（k=2）(dB)	0.6	0.6	0.6	0.6	0.6	0.6	0.6	0.6	0.6	0.7	1.0	1.0

参照JJG778-2019附录A的频率分段：

综上：噪声统计分析仪频率计权测量结果不确定度

表5

频率	测量结果不确定度U（k=2）
10Hz～4kHz	0.6dB
＞4kHz～10kHz	0.7dB
＞10kHz～20kHz	1.0dB

结语：

噪声统计分析仪在环境检测中占据非常重要的地位，广泛用于环境中关于噪声的监测以找到噪声源，获得的参数可以指导人们进行相关的整改与干预，以期获得最大的舒适度。

在实际测试过程中，对于在耦合腔内的测试重复性比较好，但在消声室内的测试，由于标准传声器与噪声统计分析仪的安装位置的重合性，重复性差了一些，需要反复多次测试。

参考文献：

[1]牛锋，刘湘衡.JJG778-2019《噪声统计分析仪检定规程》解读[J].中国计量，2020（3）.