JJF 2338-2025 矢量传声器校准规范(自由场比较法)

　　中华人民共和国国家计量技术规范

JJF2338—2025

矢量传声器校准规范

(自由场比较法)

CalibrationSpecificationforVectorMicrophones

(Free-fieldComparisonMethod)

2025-11-05发布2026-05-05实施

国家市场监督管理总局 发布

归口单位:全国声学计量技术委员会

主要起草单位:中国计量科学研究院

中国电子科技集团公司第三研究所

中国科学院声学研究所

参加起草单位:北京大学

航空工业北京长城计量测试技术研究所

甘肃省计量研究院

本规范委托全国声学计量技术委员会负责解释

JJF2338—2025

本规范主要起草人:

冯秀娟(中国计量科学研究院)

牛 锋(中国计量科学研究院)

周 瑜(中国电子科技集团公司第三研究所)

赵 静(中国科学院声学研究所)

参加起草人:

杨振川(北京大学)

张炳毅(航空工业北京长城计量测试技术研究所)

杜富荣(甘肃省计量研究院)

JJF2338—2025

目 录

引言……………………………………………………………………………………… (Ⅱ)

1 范围…………………………………………………………………………………… (1)

2 引用文件……………………………………………………………………………… (1)

3 术语…………………………………………………………………………………… (1)

4 概述…………………………………………………………………………………… (2)

5 计量特性……………………………………………………………………………… (2)

5.1 声场灵敏度级……………………………………………………………………… (2)

5.2 声场灵敏度级的频率响应………………………………………………………… (2)

5.3 质点振速灵敏度级………………………………………………………………… (3)

5.4 质点振速灵敏度级的频率响应…………………………………………………… (3)

5.5 声压通道与质点振速通道的相位差及频率响应………………………………… (3)

5.6 指向性响应………………………………………………………………………… (3)

5.7 自生噪声…………………………………………………………………………… (3)

5.8 动态范围上限……………………………………………………………………… (3)

6 校准条件……………………………………………………………………………… (3)

6.1 环境条件…………………………………………………………………………… (3)

6.2 测量标准及其他设备……………………………………………………………… (3)

7 校准项目和校准方法………………………………………………………………… (4)

7.1 校准项目…………………………………………………………………………… (4)

7.2 校准方法…………………………………………………………………………… (4)

8 校准结果表达………………………………………………………………………… (11)

8.1 校准记录…………………………………………………………………………… (11)

8.2 校准数据处理……………………………………………………………………… (11)

8.3 校准证书…………………………………………………………………………… (12)

8.4 校准结果的不确定度评定………………………………………………………… (12)

9 复校时间间隔………………………………………………………………………… (12)

附录A 参考传声器单元声场灵敏度级的环境参数修正…………………………… (13)

附录B 空气声阻抗的计算公式……………………………………………………… (14)

附录C 校准记录的内容……………………………………………………………… (16)

附录D 校准证书的内容……………………………………………………………… (21)

附录E 测量不确定度评定示例……………………………………………………… (27)

Ⅰ

JJF2338—2025

引 言

JJF1071—2010 《国家计量校准规范编写规则》、JJF1001—2011 《通用计量术语及

定义》、JJF1059.1—2012 《测量不确定度评定与表示》共同构成支撑本规范制定工作

的基础性系列规范。

本规范参考了JJG1172—2019 《工作标准传声器(自由场比较法)检定规程》、

JJG1019—2007 《工作标准传声器(耦合腔比较法)检定规程》、JJF1738—2019 《高声压

测量传声器动态范围上限校准规范》、JJG188—2017 《声级计检定规程》和JJF1681—

2017 《声级计型式评价大纲》。

本规范为首次发布。

Ⅱ

JJF2338—2025

矢量传声器校准规范

(自由场比较法)

1 范围

本规范适用于100Hz~10kHz频率范围具有P-U 结构的矢量传声器的校准,其他

矢量传声器的校准也可参照本规范。

2 引用文件

本规范引用下列文件:

JJG188—2017 声级计检定规程

JJG1019—2007 工作标准传声器(耦合腔比较法)检定规程

JJG1172—2019 工作标准传声器(自由场比较法)检定规程

JJF1001—2011 通用计量术语及定义

JJF1034—2020 声学计量术语及定义

JJF1059.1—2012 测量不确定度评定与表示

JJF1147 消声室和半消声室声学特性校准规范

JJF1681—2017 声级计型式评价大纲

JJF1738—2019 高声压测量传声器动态范围上限校准规范

GB/T3102.7 声学的量和单位

GB/T3947—1996 声学名词术语

3 术语

本规范采用GB/T3102.7中规定的量和单位。

JJF1001—2011、JJF1034—2020和GB/T3947—1996界定的术语和定义适用于本

规范。

3.1 参考传声器单元 referencemicrophoneunit

声压或自由场灵敏度已预先测定的由实验室标准传声器或工作标准传声器与传声器

前置放大器构成的单元。

3.2 传感器参考点 sensorreferencepoint

为了描述传感器位置而规定在传感器上或其附近的点。

注:

1 矢量传声器中传声器的参考点一般在传声器的表面中心。

2 矢量传声器中质点振速传感器的参考点一般在质点振速传感器的表面中心。

3.3 参考方向 referencedirection

指向传感器参考点并用于测定传感器指向性响应以及灵敏度级而规定的方向。

1

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注:

1 矢量传声器中传声器的参考方向在经过传声器表面中心且与其所在平面垂直的方向上。

2 矢量传声器中质点振速传感器的参考方向在经过传感器表面中心的质点振速敏感方向上。

3.4 声入射角 sound-incidenceangle

参考方向与声波入射方向的夹角。

3.5 相对指向性响应 relativedirectionalresponse

对于任何频率入射的正弦声信号,在包含传感器参考方向的规定平面中,在给出的

声入射角时传感器测得的时间计权或时间平均声级,减去同一声源同一频率的正弦声信

号在参考方向入射时传感器测得的时间计权或时间平均声级。

注:相对指向性响应单位为分贝,dB。

3.6 总谐波失真 totalharmonicdistortion

所有谐波分量的方均根值的方和根与基波方均根值之比。

3.7 动态范围上限 upperlimitofdynamicrange

不超过矢量传声器声压、质点振速通道输出电压总谐波失真为某一规定值时所对应

的声压级、质点振速的最大值。

4 概述

矢量传声器集成了声压传感器(传声器)和质点振速传感器,能同时测量标量声压

和矢量质点振速,通过计算得到声强、声功率等参数来全面描述声场特性,又称为P-U

探头、空气声矢量传感器等。矢量传声器的工作频率范围一般为100Hz~10kHz,在

多目标声探测等应用中工作频率范围可低至10Hz。

矢量传声器具有体积小、易集成等特点。质点振速传感器具有基本与频率无关的

“8”字形指向性,测量过程中可有效抑制环境背景噪声,相较于传统的标量场测量,在

噪声源定位与识别应用中具有明显的原理优势,突破了传统声探测系统的最小阵列孔径

限制。

根据声学测量的实际需求,矢量传声器常见的是一维传感器和三维传感器。其中,

一维矢量传声器包括一个质点振速测量通道和一个声压测量通道,主要应用场景包括定

向语音拾取、声阻抗和吸声测量、汽车NVH (噪声、振动与声振粗糙度)测量、工业

设备的状态监测和故障诊断等;三维矢量传声器包括三个相互正交的质点振速测量通道

和一个声压测量通道,可实现三维声场的完整测量、声场可视化、噪声源定位与识别等

功能。

5 计量特性

5.1 声场灵敏度级

矢量传声器声压通道在参考频率f0处的声场灵敏度级,参考值为1V/Pa。f0由制

造商给出,若无具体规定,则f0取1kHz。

5.2 声场灵敏度级的频率响应

以参考频率f0处的声场灵敏度级为参考,计算得到矢量传声器声场灵敏度级的频

2

JJF2338—2025

率响应,频率范围通常为100Hz~10kHz。

5.3 质点振速灵敏度级

矢量传声器质点振速通道在参考频率f0处的质点振速灵敏度级,质点振速灵敏度

级的参考值由制造商给出,若无具体规定,则参考值取1V/(m/s)。

5.4 质点振速灵敏度级的频率响应

以参考频率f0处的质点振速灵敏度级为参考,计算得到矢量传声器质点振速灵敏

度级的频率响应,频率范围通常为100Hz~10kHz。

5.5 声压通道与质点振速通道的相位差及频率响应

以参考频率f0处声压通道与质点振速通道的相位差为参考,计算得到矢量传声器

声压通道与质点振速通道间相位差的频率响应,频率范围通常为100Hz~10kHz。理

想情况下,矢量传声器声压通道与质点振速通道的相位差为0°。

5.6 指向性响应

矢量传声器的指向性响应基本与频率无关,声压通道一般为全指向性响应,质点振

速通道一般为“8”字形指向性响应。

5.7 自生噪声

矢量传声器的自生噪声由无声输入时声压通道和质点振速通道各自在A 计权下的

时间平均声级来表示,若无具体规定,频率范围通常为100Hz~10kHz,声压通道的

灵敏度取参考频率f0处的声场灵敏度,质点振速通道的灵敏度取参考频率f0处的质点

振速灵敏度除以声阻抗。

5.8 动态范围上限

矢量传声器声压通道的动态范围上限通常规定为输出电压总谐波失真为3%时所对

应的声压级最大值,质点振速通道的动态范围上限通常规定为输出电压总谐波失真为

3%时所对应的质点振速最大值。通常,声压通道的动态范围上限不低于120dB,质点

振速通道的动态范围上限不低于50mm/s。

注:由于校准无需做出合格与否的判定,因此上述技术要求仅供参考。

6 校准条件

6.1 环境条件

空气温度:20℃~26℃;

相对湿度:30%~90%;

静压:80kPa~103kPa。

6.2 测量标准及其他设备

6.2.1 参考传声器单元:校准频率范围内,参考传声器单元灵敏度级的扩展不确定度

不大于0.40dB (k=2)。

6.2.2 声源:校准频率范围内,自由场装置中距声源1m 处的声压级不低于70dB,

在所需的声压级上总谐波失真不大于3.0%。

6.2.3 高声压耦合腔:100 Hz时最大声压级可达135dB 以上,总谐波失真不大

于3.0%。

3

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6.2.4 功率放大器:校准频率范围内,频率响应不超过±0.2dB,总失真不大于

0.5%。

6.2.5 自由场装置:消声室或消声箱满足JJF1147的要求,频率范围至少为100Hz~

10kHz,本底噪声(A计权)不大于30dB,在测试路径上自由场半径不小于1m。

6.2.6 正弦信号发生器:校准频率范围内,输出信号的总失真不大于0.1%。

6.2.7 多通道声分析仪:

———至少具有两个输入通道;

———具有FFT (快速傅里叶变换)分析功能;

———校准频率范围内,线性计权最大允许误差不超过±0.05dB,级线性误差不超

过±0.1dB,任意两输入通道的幅值比不超过±0.05dB。

6.2.8 气压计:校准环境条件内,静压测量的最大允许误差不超过±0.2kPa。

6.2.9 温湿度表:校准环境条件内,温度测量的最大允许误差不超过±0.5 ℃,相对

湿度测量的最大允许误差不超过±10%。

7 校准项目和校准方法

7.1 校准项目

矢量传声器的校准项目见表1。

表1 矢量传声器校准项目一览表

序号项目名称技术要求的条号校准方法的条号

1 声场灵敏度级5.1 7.2.2

2 声场灵敏度级的频率响应5.2 7.2.3

3 质点振速灵敏度级5.3 7.2.4

4 质点振速灵敏度级的频率响应5.4 7.2.5

5 声压通道与质点振速通道的相位差及频率响应5.5 7.2.6

6 指向性响应5.6 7.2.7

7 自生噪声5.7 7.2.8

8 动态范围上限5.8 7.2.9

7.2 校准方法

7.2.1 校准前检查

矢量传声器应具有以下清晰耐久的标志:

———制造商的名称或商标;

———产品的型号;

———产品的序列号。

矢量传声器应附有单独的出厂资料,出厂资料至少应包括传感器正常工作的供电方

式、电信号输出线缆的定义和接线说明、信号调理器的供电方式及使用说明(如适用)。

4

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7.2.2 声场灵敏度级

声场灵敏度级校准装置的框图见图1。

图1 声场灵敏度级校准装置的框图(虚线表示声轴)

按下列步骤校准矢量传声器的声场灵敏度级:

a)在自由场装置内,将参考传声器单元和被校矢量传声器同时放置于距离声源不

小于1m 的位置,且参考传声器的参考点和被校矢量传声器中声压传感器的参考点对

称分布于声轴两侧。

b)参考传声器单元和被校矢量传声器声压通道的电信号输出分别连接多通道声分

析仪的输入通道1和输入通道2。

c)设置多通道声分析仪的两个输入通道参数:灵敏度设置为1V/V,根据参考传

声器单元和被校矢量传声器声压通道的供电方式设置相应的输入方式。

d)正弦信号发生器产生正弦信号,校准频率设置为参考频率,正弦信号经功率放

大器连接声源,根据校准声压的要求,调节正弦信号的幅值及功率放大器的增益。

e)多通道声分析仪的输入通道采集参考传声器单元和被校矢量传声器声压通道的

输出电压级Up1和Up2,参考值为1V或1μV 均可,按公式(1)计算被校矢量传声器

声压通道和参考传声器单元的输出电压级之差。

ΔLp=Up2-Up1 (1)

式中:

ΔLp———被校矢量传声器声压通道和参考传声器单元的输出电压级之差,dB;

Up1 ———参考传声器单元的输出电压级,dB;

Up2 ———被校矢量传声器声压通道的输出电压级,dB。

以上步骤重复测量3次,求出ΔLp的算术平均值ΔLp。

f)按公式(2)计算被校矢量传声器的声场灵敏度级。

Lpfx=Lf0+ΔLfx+ΔLp (2)

式中:

Lpfx ———被校矢量传声器的声场灵敏度级,dB;

Lf0 ———参考传声器单元修正(修正方法见附录A)到校准环境条件下的声场灵

敏度级,dB;

ΔLfx ———参考传声器单元声场灵敏度级的频率响应,dB;

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ΔLp ———被校矢量传声器声压通道和参考传声器单元的输出电压级之差3次重复

测量结果的算术平均值,dB。

7.2.3 声场灵敏度级的频率响应

在校准频率范围内,校准频率点按1/3倍频程中心频率选取。按7.2.2的方法测出

被校矢量传声器在每个校准频率处的声场灵敏度级减去参考频率处的声场灵敏度级,得

到声场灵敏度级的频率响应。

7.2.4 质点振速灵敏度级

质点振速灵敏度级校准装置的框图如图1。按下列步骤校准矢量传声器的质点振速

灵敏度级:

a)在自由场装置内,将参考传声器单元和被校矢量传声器同时放置于距离声源不

小于1m 的位置,且参考传声器的参考点和被校矢量传声器中质点振速传感器的参考

点对称分布于声轴两侧,使被校矢量传声器中质点振速传感器的参考方向与声轴平行。

b)参考传声器单元和被校矢量传声器质点振速通道的电信号输出分别连接多通道

声分析仪的输入通道1和输入通道2。

c)设置多通道声分析仪的两输入通道参数:灵敏度设置为1V/V,根据参考传声

器单元和被校矢量传声器质点振速通道的供电方式设置相应的输入方式。

d)正弦信号发生器产生正弦信号,校准频率设置为参考频率,正弦信号经功率放

大器连接声源,根据校准声压的要求,调节正弦信号的幅值及功率放大器的增益。

e)多通道声分析仪的输入通道采集参考传声器单元和被校矢量传声器质点振速通

道的输出电压uu1和uu2,微调被校矢量传声器中质点振速传感器的参考方向,重复采

集直至被校矢量传声器质点振速通道的输出电压最大为止,重复测量3次,求出uu1和

uu2的算术平均值uu1和uu2,按公式(3)和公式(4)计算被校矢量传声器的质点振速灵

敏度。

lufx=uu2

uu1

·Za·lfx (3)

lfx=lp0·10Lf0+ΔLfx

20 (4)

式中:

lufx ———被校矢量传声器的质点振速灵敏度,V/(m/s);

lfx ———参考传声器单元修正到校准环境条件下的声场灵敏度,V/Pa;

lp0 ———声场灵敏度级的参考值,取1V/Pa;

uu1 ———参考传声器单元输出电压3次重复测量结果的算术平均值,V;

uu2 ———被校矢量传声器质点振速通道的输出电压3次重复测量结果的算术平均

值,V;

Za ———空气声阻抗(计算方法见附录B),kg/(m2·s);

Lf0 ———参考传声器单元修正(修正方法见附录A)到校准环境条件下的声场灵

敏度级,dB;

ΔLfx ———参考传声器单元声场灵敏度级的频率响应,dB。

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f)按公式(5)计算被校矢量传声器的质点振速灵敏度级。

Lufx=20lglufx

lu0 (5)

式中:

Lufx———被校矢量传声器的质点振速灵敏度级,dB;

lufx ———被校矢量传声器的质点振速灵敏度,V/(m/s);

lu0 ———质点振速灵敏度级的参考值,1V/(m/s)。

7.2.5 质点振速灵敏度级的频率响应

在校准频率范围内,校准频率点按1/3倍频程中心频率选取。按7.2.4的方法测出

被校矢量传声器在每个校准频率处的质点振速灵敏度级减去参考频率处的质点振速灵敏

度级,得到质点振速灵敏度级的频率响应。

7.2.6 声压通道与质点振速通道的相位差及频率响应

声压通道与质点振速通道的相位差及频率响应校准装置的框图见图2。

图2 声压通道与质点振速通道的相位差及频率响应校准装置的框图

注:虚线表示声轴。

校准步骤描述如下:

a)在自由场装置内,将被校矢量传声器放置于距离声源不小于1m 的位置,调整

被校矢量传声器中质点振速传感器的参考方向与声轴重合。

b)被校矢量传声器中声压通道和质点振速通道的电信号输出分别连接多通道声分

析仪的输入通道1和输入通道2,设置多通道声分析仪的两输入通道参数:灵敏度设置

为1V/V,根据被校矢量传声器质点振速通道的供电方式设置相应的输入方式。

c)正弦信号发生器产生正弦信号,校准频率设置为参考频率,正弦信号经功率放

大器连接声源,根据校准声压的要求,调节正弦信号的幅值及功率放大器的增益。

d)多通道声分析仪的两输入通道同步采集被校矢量传声器中声压通道和质点振速

通道的响应电信号up 和uu,通过FFT 分析分别得到两通道响应电信号的相位

angle{FFT(up)}和angle{FFT(uu)},重复测量3次求得两相位的算术平均值,按公

式(6)计算被校矢量传声器声压通道与质点振速通道的相位差Δφpu。

Δφpu=angle FFT up -angle FFT uu (6)

式中:

Δφpu ———被校矢量传声器声压通道与质点振速通道的相位差,(°);

7

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up ———被校矢量传声器声压通道的响应电信号,V;

uu ———被校矢量传声器质点振速通道的响应电信号,V;

angle FFT up ———被校矢量传声器声压通道响应电信号的相位3次测量结果的

算术平均值,V;

angle FFT uu ———被校矢量传声器质点振速通道响应电信号的相位3次测量结

果的算术平均值,V。

e)在校准频率范围内,校准频率点按1/3倍频程中心频率选取。重复步骤7.2.6

c)和7.2.6d)得到被校矢量传声器声压通道和质点振速通道在每个校准频率处的相位

差,减去参考频率处的相位差得到其频率响应。

7.2.7 指向性响应

7.2.7.1 指向性响应校准装置的框图见图3。

图3 指向性响应校准装置的框图

注:虚线表示声轴。

7.2.7.2 按下列步骤校准矢量传声器声压通道的指向性响应:

a)在自由场装置内,被校矢量传声器声压通道的指向性响应校准可在声轴与传感

器参考方向相交于传感器参考点而构成的平面上进行,且传感器的旋转轴通过传感器的

参考点并与该平面相垂直。

b)根据声源声轴的方向,将被校矢量传声器安装于转台上,放置于距离声源大于

1m 的位置,微调被校矢量传声器的高度及其与声源声轴的相对位置,使得传感器的参

考方向与声源声轴重合,作为指向性响应测量时声入射角的0°。

c)被校矢量传声器声压通道的电信号输出连接多通道声分析仪的输入通道1,设

置多通道声分析仪输入通道的参数:灵敏度设置为参考频率处的声场灵敏度,根据被校

矢量传声器声压通道的供电方式设置相应的输入方式。

d)正弦信号发生器产生正弦信号,校准频率点按客户要求选取,正弦信号经功率

放大器连接声源,调整正弦信号的幅值及功率放大器的增益,直至声源的辐射声压满足

校准要求后固定不变。

e)多通道声分析仪的输入通道采集并计算当前声入射角时被校矢量传声器声压通

道的显示声压级Pid,pfx,并按公式(7)计算真实的声压级响应。

Pi,pfx=Pid,pfx-ΔLpfx (7)

8

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式中:

Pi,pfx ———被校矢量传声器声压通道在声入射角为i、校准频率fx处的声压级响

应,dB;

Pid,pfx ———被校矢量传声器声压通道在声入射角为i、校准频率fx处的显示声压

级,dB;

ΔLpfx ———被校矢量传声器声场灵敏度级的频率响应,dB。

f)指向性响应测量的角度范围为0°≤θ<360°,角度间隔根据被校矢量传声器声压

通道的指向性合理设置,若传感器声压通道为全指向性,则角度间隔可设置为15°,不

同声入射角时,重复步骤7.2.7.2d)和7.2.7.2e),在校准频率范围内,得到被校矢

量传声器声压通道在不同声入射角、相同声压级输入时的声压级响应,并按公式(8)

计算其相对指向性响应。

ΔDpfx=max(Pi,pfx)-min(Pi,pfx) (8)

式中:

ΔDpfx ———被校矢量传声器声压通道在校准频率fx处的相对指向性响应,dB;

max(Pi,pfx)———被校矢量传声器声压通道在校准频率fx处、不同声入射角时的最

大声压级响应,dB;

min(Pi,pfx)———被校矢量传声器声压通道在校准频率fx处、不同声入射角时的最

小声压级响应,dB。

g)若声源输出声压级的短时稳定性差,声压通道指向性响应的校准过程中可增加

监测传声器单元,修正不同声入射角时校准声压级的波动。

7.2.7.3 按下列步骤校准矢量传声器质点振速通道的指向性响应:

a)在自由场装置内,被校矢量传声器质点振速通道的指向性响应校准可在声源声

轴与质点振速传感器参考方向相交于传感器参考点而构成的平面上进行,且传感器的旋

转轴通过传感器的参考点并与该平面相垂直。

b)根据声源声轴的方向,将被校矢量传声器安装于转台上,放置于距离声源大于

1m 的位置,粗调被校矢量传声器的高度及其与声源声轴的相对位置,使得质点振速传

感器的参考方向与声源声轴重合。

c)被校矢量传声器质点振速通道的电信号输出连接多通道声分析仪的输入通道1,

设置多通道声分析仪输入通道的参数:灵敏度设置为参考频率处的质点振速灵敏度除以

声阻抗,根据被校矢量传声器质点振速通道的供电方式设置相应的输入方式。

d)正弦信号发生器产生正弦信号,校准频率点按客户要求选取,正弦信号经功率

放大器连接声源,调整正弦信号的幅值及功率放大器的增益,直至声源的辐射声压满足

校准要求后固定不变。

e)多通道声分析仪的输入通道采集并计算当前声入射角时被校矢量传声器质点振

速通道的显示声压级Pid,ufx,微调被校矢量传声器质点振速传感器的参考方向与声源声

轴的相对位置,直至显示声压级Pid,ufx最大为止,此方向作为指向性响应校准时声入射

角的0°,并按公式(9)计算真实的声压级响应。

Pi,ufx=Pid,ufx-ΔLufx (9)

9

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式中:

Pi,ufx ———被校矢量传声器质点振速通道在声入射角为i、校准频率fx处的声压级

响应,dB;

Pid,ufx ———被校矢量传声器质点振速通道在声入射角为i、校准频率fx处的显示声

压级,dB;

ΔLufx ———被校矢量传声器质点振速灵敏度级的频率响应,dB。

f)指向性响应测量的角度范围覆盖0°≤θ<360°,角度间隔根据被校矢量传声器质

点振速通道的指向性分段设置,如声入射角0°、90°、180°、270°附近±5°范围的角度间

隔设置为1°,±5°~±10°范围的角度间隔设置为2°,±10°~±20°范围的角度间隔设置

为5°,±20°~±45°范围的角度间隔设置为10°。不同声入射角时,重复步骤7.2.7.3

d)和7.2.7.3e),在校准频率范围内,得到被校矢量传声器质点振速通道在不同声入

射角、相同声压级输入时的声压级响应,并按公式(10)计算其相对指向性响应。

ΔDufx=max(Pi,ufx)-min(Pi,ufx) (10)

式中:

ΔDufx ———被校矢量传声器质点振速通道的相对指向性响应,dB;

max(Pi,ufx)———被校矢量传声器质点振速通道在校准频率fx处、不同声入射角时

的最大声压级响应,dB;

min(Pi,ufx)———被校矢量传声器质点振速通道在校准频率fx处、不同声入射角时

的最小声压级响应,dB。

g)若声源输出声压级的短时稳定性差,质点振速通道指向性响应的校准过程中可

增加监测传声器单元,修正不同声入射角时校准声压级的波动。

7.2.8 自生噪声

将被校矢量传声器放置于自由场装置中,按下列步骤校准传感器声压通道和质点振

速通道的自生噪声:

a)被校矢量传声器声压通道和质点振速通道的电信号输出分别连接多通道声分析

仪的输入通道1和输入通道2,设置多通道声分析仪输入通道的参数:输入通道1的灵

敏度设置为声压通道在参考频率f0处的声场灵敏度,输入通道2的灵敏度设置为质点

振速通道在参考频率f0处的质点振速灵敏度除以声阻抗,根据被校矢量传声器声压通

道和质点振速通道的供电方式选择多通道声分析仪两输入通道的输入方式。

b)校准频率范围内,采用多通道声分析仪的输入通道分别记录至少60s的A计权

时间平均声级,得到被校矢量传声器声压通道和质点振速通道的自生噪声声级。

7.2.9 动态范围上限

7.2.9.1 按下列步骤校准矢量传声器声压通道的动态范围上限:

a)将参考传声器单元和被校矢量传声器同时插入高声压耦合腔的两输入端口,其

电信号输出分别连接多通道声分析仪的输入通道1和输入通道2,根据参考传声器单元

和被校矢量传声器声压通道的供电方式和校准频率处的灵敏度设置多通道声分析仪的输

入通道参数,其中,输入通道1的灵敏度设置为参考传声器单元在校准频率处的声场灵

敏度,输入通道2的灵敏度设置为1V/V。

10

JJF2338—2025

b)正弦信号发生器产生正弦信号,经功率放大器连接高声压耦合腔,采用多通道

声分析仪的输入通道采集并FFT分析高声压耦合腔内的校准声压级及被校传感器声压

通道输出电信号的总谐波失真,总谐波失真按公式(11)计算。

d= U2

2+U2

3+U2

4+U2

5+U2

6

U (11)

式中:

d ———被校矢量传声器的总谐波失真,%;

U ———被校矢量传声器输出电信号(含基波和所有谐波)的总

幅值,V;

U2、U3、U4、U5、U6———被校矢量传声器输出电信号中2至6次谐波的幅值,V。

c)以不超过10dB的步级增加高声压耦合腔内的校准声压级,直至被校矢量传声

器声压通道输出电信号的总谐波失真大于或等于规定值(如3%)时为止,此时高声压

耦合腔内参考传声器单元测得的声压级,即是被校矢量传声器声压通道的动态范围

上限。

7.2.9.2 按下列步骤校准矢量传声器质点振速通道的动态范围上限:

a)将参考传声器单元和被校矢量传声器同时插入高声压耦合腔的两输入端口,其

电信号输出分别连接多通道声分析仪的输入通道1和输入通道2,根据参考传声器单元

和被校矢量传声器质点振速通道的供电方式和校准频率处的灵敏度设置多通道声分析仪

的输入通道参数,其中,输入通道1的灵敏度设置为参考传声器单元在校准频率处的声

场灵敏度,输入通道2的灵敏度设置为1V/V。

b)正弦信号发生器产生正弦信号,经功率放大器连接高声压耦合腔,采用多通道

声分析仪的输入通道采集并FFT分析高声压耦合腔内的校准声压级及被校传感器质点

振速通道输出电信号的总谐波失真,总谐波失真按公式(11)计算。旋转被校矢量传声

器质点振速传感器的参考方向,使得质点振速通道输出电信号的幅值最大,从而保证质

点振速传感器的参考方向与高声压耦合腔内的质点振速方向一致。

c)以不超过10dB的步级增加高声压耦合腔内的校准声压级,直至被校矢量传声

器质点振速通道输出电信号的总谐波失真大于或等于规定值(如3%)时为止,此时,

根据被校矢量传声器质点振速通道的输出电信号幅值及校准频率处的质点振速灵敏度,

可计算被校矢量传声器质点振速通道的动态范围上限。

8 校准结果表达

8.1 校准记录

校准记录应尽可能详尽地记载测量数据和计算结果。

推荐的校准记录格式见附录C。

8.2 校准数据处理

所有的数据应先计算,后修约。出具校准数据按如下方法修约:

a)以下项目的校准数据的修约间隔为0.1dB:

———声场灵敏度级;

11

JJF2338—2025

———声场灵敏度级的频率响应;

———质点振速灵敏度级;

———质点振速灵敏度级的频率响应;

———相对指向性响应;

———自生噪声;

———声压通道的动态范围上限。

b)声压通道与质点振速通道的相位差及频率响应的修约间隔为0.1°。

c)质点振速通道的动态范围上限的修约间隔为0.01mm/s。

8.3 校准证书

经校准的矢量传声器应出具校准证书。校准证书应包括的信息及推荐的校准证书内

页格式见附录D。

8.4 校准结果的不确定度评定

矢量传声器校准结果的测量不确定度应按JJF1059.1—2012的要求评定,不确定

度评定的示例见附录E。

9 复校时间间隔

矢量传声器的复校时间间隔建议为一年。复校时间间隔的长短取决于传感器的使用

情况(使用部位的重要性、环境条件、使用频率)、使用者、仪器本身质量等诸多因素,

因此客户可根据实际使用情况自主决定复校的时间间隔。

12

JJF2338—2025

附录A

参考传声器单元声场灵敏度级的环境参数修正

矢量传声器声场和质点振速灵敏度校准时,需要根据制造厂提供的环境修正参数,

将参考传声器单元在校准证书中所列环境条件或参考环境条件下的声场灵敏度级修正到

校准环境条件下的声场灵敏度级,修正公式如下:

Lf0=Lfr+αp p0-pr +αt t0-tr (A.1)

式中:

Lf0———参考传声器单元在校准环境条件下的声场灵敏度级,dB;

Lfr———参考传声器单元在校准证书中所列环境条件或参考环境条件下的声场灵敏

度级,dB;

αp ———参考传声器单元的静压修正系数,dB/kPa;

αt ———参考传声器单元的温度修正系数,dB/℃;

p0 ———校准时的静压,kPa;

pr ———校准证书中所列环境条件或参考环境条件下的静压,kPa;

t0 ———校准时的空气温度,℃;

tr ———校准证书中所列环境条件或参考环境条件下的空气温度,℃。

13

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附录B

空气声阻抗的计算公式

在自由场装置中,矢量传声器与声源的间距不小于1m,矢量传声器在声源辐射声

场的远场,此处声场可近似为平面波,空气声阻抗Za 的计算公式如下:

Za=ρc (B.1)

式中:

ρ ———空气密度,kg/m3;

c ———空气中的声速,m/s。

空气密度ρ 采用CIPM-2007公式法计算得到,公式如下:

ρ=pMa

ZRT 1-xv 1-Mv

Ma ? ? ??

? ? ??

(B.2)

T =273.15+t (B.3)

Ma=0.02896546+0.012011 xCO2-0.0004 (B.4)

1-Mv

Ma=0.3780 (B.5)

式中:

p ———大气压力,Pa;

Ma ———干燥空气的摩尔质量,kg·mol-1;

Z ———压缩系数;

R ———摩尔气体常数,8.31447215J·K-1·mol-1;

T ———采用ITS-90的国际热力学温度,K;

xv ———水蒸气的摩尔分数;

Mv ———水的摩尔质量,kg·mol-1;

t ———空气温度,℃;

xCO2———CO2的含量,mol·mol-1。

其中,水蒸气的摩尔分数和压缩因子的计算公式如下:

xv=h·f(p,t)psv(t)

p (B.6)

psv(t)=1Pa×eAT2+BT+C+D/T (B.7)

f(p,t)=α+βp+κt2 (B.8)

Z=1-p

T· a0+a1t+a2t2+ b0+b1t xv+ c0+c1t x2

v +p2

T2· d+ex2

v (B.9)

式中:

h ———相对湿度,%;

f ———增强因子;

psv ———饱和空气压力,Pa;

14

JJF2338—2025

A 、B、C、D 、α、β、κ、a0、a1、a2、b0、b1、c0、c1、d、e———常数。

空气密度计算公式中的常数取值如表B.1所示。

表B.1 空气密度计算公式中的常数对照表

符号单位CIPM-2007取值

A 10-5 K-2 1.2378847

B 10-2 K-1 -1.9121316

C 33.93711047

D 103 K -6.3431645

α 1.00062

β 10-8 Pa-1 3.14

κ 10-7 K-2 5.6

a0 10-6 K·Pa-1 1.58123

a1 10-8 Pa-1 -2.9331

a2 10-10 K-1·Pa-1 1.1043

b0 10-6 K·Pa-1 5.707

b1 10-8 Pa-1 -2.051

c0 10-4 K·Pa-1 1.9898

c1 10-6 Pa-1 -2.376

d 10-11 K2·Pa-2 1.83

e 10-8 K2·Pa-2 -0.765

R J·K-1·mol-1 8.31447215

空气中声速的计算公式如下:

c=c0 1+ t

273.15 (B.10)

c0= γp0

ρ0 = γR

Ma×273.15 (B.11)

式中:

γ ———空气的绝热指数,1.402;

p0 ———标准大气压力,101325Pa;

ρ0 ———温度为0℃时的空气密度,kg/m3;

c0 ———温度为0℃时的空气声速,m/s;

t ———空气温度,℃。

将空气温度23℃、相对湿度50%、大气压力101.325kPa、CO2含量400μmol·

mol-1代入公式计算得到:Ma=0.02896546kg·mol-1,psv =611.212624Pa,f=

1.003801605,xv=0.003027566,Z =0.999408865,ρ=1.291578054kg/m3,

c=331.5520639m/s,Za=393.25Pa·s/m。

15

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附录C

校准记录的内容

矢量传声器校准记录的内容及推荐的格式见图C.1。

矢量传声器校准记录 共 页 第 页

记录编号 出具证书编号

送校单位

仪器名称 型号 序列号

制造厂

一、外观检查:

二、声场灵敏度级: dB (参考频率Hz,参考1V/Pa)

三、声场灵敏度级的频率响应(参考频率Hz)

频率

Hz

频率响应

dB

校准结果的扩展不确定度(k=2)

dB

100

125

160

200

250

315

400

500

630

800

1000

1250

1600

2000

2500

3150

4000

5000

6300

8000

10000

四、质点振速灵敏度级: dB [参考频率Hz,参考1V/(m/s)]

五、质点振速灵敏度级的频率响应(参考频率Hz)

图C.1 校准记录的格式

16

JJF2338—2025

频率

Hz

频率响应

dB

校准结果的扩展不确定度(k=2)

dB

100

125

160

200

250

315

400

500

630

800

1000

1250

1600

2000

2500

3150

4000

5000

6300

8000

10000

六、声压通道与质点振速通道的相位差及频率响应

声压通道与质点振速通道的相位差: ° (参考频率Hz)

声压通道与质点振速通道相位差的频率响应:

频率

Hz

频率响应

(°)

校准结果的扩展不确定度(k=2)

(°)

100

125

160

200

250

315

400

500

630

800

1000

1250

1600

2000

图C.1 校准记录的格式(续)

17

JJF2338—2025

声压通道与质点振速通道相位差的频率响应(续):

频率

Hz

频率响应

(°)

校准结果的扩展不确定度(k=2)

(°)

2500

3150

4000

5000

6300

8000

10000

七、指向性响应

声压通道:

频率

Hz

最大声压级响应

dB

最小声压级响应

dB

相对指向性响应

dB

校准结果的扩展

不确定度(k=2)

dB

100

125

160

200

250

315

400

500

630

800

1000

1250

1600

2000

2500

3150

4000

5000

6300

8000

10000

图C.1 校准记录的格式(续)

18

JJF2338—2025

质点振速通道:

频率

Hz

最大声压级响应

dB

最小声压级响应

dB

相对指向性响应

dB

校准结果的扩展

不确定度(k=2)

dB

100

125

160

200

250

315

400

500

630

800

1000

1250

1600

2000

2500

3150

4000

5000

6300

8000

10000

八、自生噪声

校准频率范围: Hz~ Hz

声压通道: dB (A),校准结果的扩展不确定度dB (k=2)

质点振速通道: dB (A),校准结果的扩展不确定度dB (k=2)

图C.1 校准记录的格式(续)

19

JJF2338—2025

九、动态范围上限

校准频率: Hz

声压通道: dB (参考20μPa),校准结果的扩展不确定度dB (k=2)

质点振速通道: mm/s,校准结果的扩展不确定度dB (k=2)

校准依据

校准使用的计量(基)标准装置

名称测量范围

不确定度/

准确度等级/

最大允许误差

计量(基)标准

证书编号

有效期至

校准使用的标准器

名称测量范围

不确定度/

准确度等级/

最大允许误差

标准器

证书编号

有效期至

校准环境条件:

气压kPa;温度℃;相对湿度%

校准员核验员

校准日期年月日

图C.1 校准记录的格式(续)

20

JJF2338—2025

附录D

校准证书的内容

D.1 矢量传声器的校准证书至少应包括以下信息:

a)标题:“校准证书”;

b)实验室名称和地址;

c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);

d)证书的唯一性标识(如编号)、每页及总页数的标识;

e)客户的名称和地址;

f)被校矢量传声器的型号、规格及序列号;

g)进行校准的日期;

h)本技术规范的名称及代号;

i)本次校准所用测量标准溯源性及有效性的说明;

j)校准环境的描述;

k)校准结果及其测量不确定度的说明;

l)校准证书签发人的签名、职务或等效标识,以及签发日期;

m)校准结果仅对被校对象有效的声明;

n)未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。

D.2 推荐的矢量传声器校准证书的内页格式见图D.1。

21

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校准结果 共 页 第 页

一、外观检查:

二、声场灵敏度级: dB (参考频率Hz,参考1V/Pa)

三、声场灵敏度级的频率响应(参考频率Hz)

频率

Hz

频率响应

dB

校准结果的扩展不确定度(k=2)

dB

100

125

160

200

250

315

400

500

630

800

1000

1250

1600

2000

2500

3150

4000

5000

6300

8000

10000

四、质点振速灵敏度级: dB [参考频率Hz,参考1V/(m/s)]

五、质点振速灵敏度级的频率响应(参考频率Hz)

图D.1 校准证书内页的格式

22

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校准结果 共 页 第 页

频率

Hz

频率响应

dB

校准结果的扩展不确定度(k=2)

dB

100

125

160

200

250

315

400

500

630

800

1000

1250

1600

2000

2500

3150

4000

5000

6300

8000

10000

六、声压通道与质点振速通道的相位差及频率响应

声压通道与质点振速通道的相位差: ° (参考频率Hz)

声压通道与质点振速通道相位差的频率响应:

频率

Hz

频率响应

(°)

校准结果的扩展不确定度(k=2)

(°)

100

125

160

200

250

315

400

500

630

800

1000

1250

1600

2000

图D.1 校准证书内页的格式(续)

23

JJF2338—2025

校准结果 共 页 第 页

声压通道与质点振速通道相位差的频率响应(续):

频率

Hz

频率响应

(°)

校准结果的扩展不确定度(k=2)

(°)

2500

3150

4000

5000

6300

8000

10000

七、指向性响应

声压通道:

频率

Hz

最大声压级

响应

dB

最小声压级

响应

dB

相对指向性

响应

dB

校准结果的扩展

不确定度(k=2)

dB

100

125

160

200

250

315

400

500

630

800

1000

1250

1600

2000

2500

3150

4000

5000

6300

8000

10000

图D.1 校准证书内页的格式(续)

24

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校准结果 共 页 第 页

质点振速通道:

频率

Hz

最大声压级

响应

dB

最小声压级

响应

dB

相对指向性

响应

dB

校准结果的扩展

不确定度(k=2)

dB

100

125

160

200

250

315

400

500

630

800

1000

1250

1600

2000

2500

3150

4000

5000

6300

8000

10000

八、自生噪声

校准频率范围: Hz~ Hz

声压通道: dB (A),校准结果的扩展不确定度dB (k=2)

质点振速通道: dB (A),校准结果的扩展不确定度dB (k=2)

图D.1 校准证书内页的格式(续)

25

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校准结果 共 页 第 页

九、动态范围上限

校准频率: Hz

声压通道: dB (参考20μPa),校准结果的扩展不确定度dB (k=2)

质点振速通道: mm/s,校准结果的扩展不确定度mm/s (k=2)

校准依据

校准使用的计量(基)标准装置

名称测量范围

不确定度/

准确度等级/

最大允许误差

计量(基)标准

证书编号

有效期至

校准使用的标准器

名称测量范围

不确定度/

准确度等级/

最大允许误差

标准器

证书编号

有效期至

校准环境条件:

气压kPa;温度℃;相对湿度%

图D.1 校准证书内页的格式(续)

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附录E

测量不确定度评定示例

E.1 引言

本附录以一维矢量传声器为例,说明声场灵敏度级和质点振速灵敏度级的测量不确

定度评定方法。

E.2 声场灵敏度级的不确定度评定

E.2.1 测量模型

校准频率范围内,矢量传声器声场灵敏度级的计算公式为:

Lpfx=Lf0+ΔLfx+ΔLp (E.1)

式中:

Lpfx ———被校矢量传声器的声场灵敏度级,dB;

Lf0 ———参考传声器单元修正到校准环境条件下的声场灵敏度级,dB;

ΔLfx ———参考传声器单元声场灵敏度级的频率响应,dB;

ΔLp ———被校矢量传声器声压通道和参考传声器单元的输出电压级之差3次重复

测量结果的算术平均值,dB。

ΔLp=Up2-Up1 (E.2)

式中:

ΔLp———被校矢量传声器声压通道和参考传声器单元的输出电压级之差,dB;

Up1 ———参考传声器单元的输出电压级,dB;

Up2 ———被校矢量传声器声压通道的输出电压级,dB。

以上步骤重复测量3次,求出ΔLp的平均值ΔLp。

Lf0=Lfr+αp p0-pr +αt t0-tr (E.3)

式中:

Lfr———参考传声器单元在校准证书中所列环境条件或参考环境条件下的声场灵敏

度级,dB;

αp ———参考传声器单元的静压修正系数,dB/kPa;

αt ———参考传声器单元的温度修正系数,dB/℃;

p0 ———校准时的静压,kPa;

pr ———校准证书中所列环境条件或参考环境条件下的静压,kPa;

t0 ———校准时的空气温度,℃;

tr ———校准证书中所列环境条件或参考环境条件下的空气温度,℃。

根据测量模型,矢量传声器声场灵敏度级校准的主要不确定度分量包括:参考传声

器单元的声场灵敏度级及频率响应、被校传感器和参考传声器单元的电压级之差、被校

传感器和参考传声器单元处声压分布的差异。其他不确定度分量包括:参考传声器单元

的极化电压和声场灵敏度级的环境参数修正、修约误差等。

27

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E.2.2 标准不确定度的评定

E.2.2.1 测量重复性引入的测量不确定度分量u1

校准频率范围内,被校传感器声场灵敏度级的测量结果见表E.1,在相同测量条件

下对被校传感器的声场灵敏度级重复测量10次,以其标准偏差作为测量重复性引入的

测量不确定度分量。

表E.1