| 单词 | 声学计量 |
| 释义 | 【声学计量】 传播声波的媒质有气体、固体和液体，相应的分支学科分别称为空气声学、超声学和水声学。因此，目前声学计量主要内容包含空气声(电声)计量、听力计量、超声功率计量和水声(水下电声)计量等4个方面，其中以空气声计量内容最为丰富。它涉及人们的听觉，如用于改进房间的音质和放声系统的高保真度；用于测量噪声并加以控制以及改善人们的的生活环境等。它对声频和电声事业的发展至关重要。水声计量主要用在军事方面，如海军兵器中的声纳、水雷和鱼雷等，在民用上用来导航、捕鱼、研究海洋、地质地貌等。超声计量用来检查材料质量，了解化学反映过程，提高金属冶炼质量，测量温度、高度、硬度和液体厚度、节能、人工降雨、农业生产以及人体的诊断和治疗上。听力计量用来对机器操作人员的听力作定期普查，对人耳采取保护措施。为了进行正确的测量，就需要建立听力零级标准。 从中国商代随州的曾候乙编钟在世界上率先采用十二音律，伽利略研究了弦振动规律，牛顿提出了波动理论，到经典的瑞利所著的《声学理论》的发表，声学已发展到了成熟的阶段。到20世纪后，随着无线电的发明，电子管的出现以及物理学其它分支(如量子理论、固体理论、低温物理等)的出现，不但使得声波的产生、接收及声学的测量技术产生了飞跃，而且使声学理论形成了许多声学分支和边缘学科，伴随而来的是大量的声学测量问题。首先是空气声计量。20世纪初，贝尔发明了用于电话机的碳粒传声器首次把声波转换为电信号。不久，由于电子学的发展，人们已经能够测量各种频率、波形和强度的声波，从而奠定了近代声学基础。在声学中，声压、声功率和声强是3个重要的基本参数。由于直接测声功率和声强比较困难，因此常常通常测量声压来简接测功率和声强。而要准确测出声压就必须用灵敏度经严格校准的传声器，瑞利盘曾用来作传声器的绝对校准；也曾使用过热线法作声压的绝对测量。近年来，校准传声器声压灵敏度用耦合腔互易法，由于不少声学测量专家进行了大量的研究工作，使该方法为国际标准化组织所采纳，建议作为传声器绝对校准的标准方法。使用此方法，若在腔中充以氢气，则其校准频率范围可达50～100kHz，不确定度约±(0．05～0．1)dB。自由场互易法用来校准声场灵敏度，频率在20kHz以下，不确定度约±0．2dB。此外尚有使用于现场校准的标准声源法，其校准频率为250Hz，不确定度为±0．2dB。声学测量技术的发展有赖于采用新的先进的测量设备，与电子测量仪器一样，声学测量仪器也经历了电子管、晶体管和集成电路3个发展时期。过去测量声波都是模拟式电子仪表，测量速度和准确度受一定限制。60年代初，由于计算技术和大规模集成电路的发展，出现了数字式仪表，以微处理机为中心的测量仪表不但实现了小型化、多功能，而且由于采用了快速傅里叶算法而实现了实时分析，出现了一些新的声学测量技术和分析方法。例如实时频谱分析、声波测量、声污鉴别、瞬态信号分析等。对于声压测量新方法的研究，有人提出用激光测量传声器膜片的振幅以确定声压值的办法。澳大利亚国家标准实验室以测量质点速度的方法替代声压的测量。其次是水声(水下电声)计量。校准水下电声换能器的技术和工艺大约是在1947年开始的，当时在美国建立了水声计量研究所(USRL)，由Maclean和Cook各自独立提出利用互易原理校准水下电声换能器的方法。1942～1945年间，USRL和哈佛、加州两大学已形成了在浅水湖和水池中作互易校准的实施程序。1945年以后，已能对小型水听器进行校准，频率范围从2Hz到2．2MHz。当要求静水压可变时，其校准能力为：频率只能在2～100Hz，耐静压仅0．61～0．71M标准气压。这时的标准水听器作为“标准”来用，都不理想。到1950年初，水声计量工作的成果，除在湖泊、水库和水池中对水听器作校准外，美国水声计量研究所基准处(USRD)还建立了加固容器以及低频1kHz以下的“K”系统(700m水深)和管状加压容器“J”系统(7000m水深)。此外，原苏联、澳大利亚、日本以及欧洲的英、法、德、意和荷兰等都早已建成本国的水声声压基准装置。中国水声声压基准装置有3套：1Hz～3．15kHz为出封腔压电补偿法装置，不确定度为±0．7dB；2～100kHz及高频水声声压装置，0．1～5MHz，不确定度为±(0．9～1．1)dB。中国发展规划中还拟于1995年前，建成管状加压校准系统(1000m水深)。以往的水声计量都是建立在稳态信号基础上的。自80年代以来，USRD用“斜坡”式瞬态信号上传递函数求换能器的接收灵敏度与发送响应；uSRD还利用高分子聚合物PVF2压电滞膜作接收器，刚性的PC塑料作挡板，构成了比Trott近场基阵简单、低价、质轻的平面聚焦基阵，用于校准高分辨率声纳接收基阵。再次是超声功率计量。超声的形成期早在1830年，当时F．Savart用hI齿轮产生了频率为2．4×104Hz的超声，1912年震惊世界的Titanic号船沉没促使科学家P．Langeviin致力于水下超声作为侦察的手段，1927年R．W．Wood发表对超声能量作用的实验报告，为今天称为功率超声学这门学科奠定了基础。在中国，超声学研究的大规模开展则始于1956年12年科学规划后，经过30年的历程，已建立了超声功率基准装置及检定系统。采用辐射压力法，其中瓦级和毫瓦级功率分别为0．5～20W和1～500mW，频率范围和不确定度均为0．5～10MHz和±5%。美国NBS，英国NPL和德国、日本、澳大利亚、俄罗斯等国还使用电学法和声光法等。最后是听力计量。一些工业发达国家，均建有强大的听力计量研究基地。1980年以来，ISO开始制订国际听力零级标准。中国自60年代中期开始准备，先对20多个民族的外耳道物理尺寸进行测量，提出仿真耳模型的概念。到70年代后期，先后完成了气导和骨导听力零级和听阈的测定，建成了国家听力计量基准。其中气导听力国家基准频率范围为0．1～10Hz，不确定度为0．1～0．3dB；骨导听力国家基准频率范围为0．1～8Hz，不确定度为0．2～0．5dB。听力计量标准器的研究工作有许多设想，如设想建立一个标准仿真头，则能综合解决标准仿真头骨，标准仿真口和标准仿真喉问题。【参考文献】：1 Beranek L L．Aeoustic Measurements，19492．Bobber R J．Undenwater Electroacoustic Measurements，19703 马大猷．声学手册．北京：科学出版社，19834 Brinkmann K．International Standardigation In The Field of Audiometry Reporting In Beijing，1985，9∶265 奥島基良．超声测量動向，計測と制↑。1989；28(5)∶350～361(中国计量学院焦浮平副教授撰) |
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