BK声级计在噪声测量中不确定度的评定

表1 次 数 1 94. 0 2 94. 0 3 94. 0 4 94. 0
3
3. 1
不确定度分量估算
A 类不确定度 u （ x1 ） 计算 声级计 用 94. 0dB （ 1000Hz ） 的 声 校 准 器 校 准 后，对
94. 0dB （ 1000Hz） 的声校准声源作 10 次独立重复测量，测 量结果见表 1 。
2
自由度 v（ x3 ） = ɕ 。 3. 2. 2 测量仪器分辨率引入的 B 类不确定度 u（ x4 ） r 多功能声级计的分辨率为 0. 1dB，按均匀 Brüel＆Kj ? 分布进行评定： u（ x4 ） = 1 /2 ˑ 槡 3 = 0. 029dB，自由度 v（ x4 ） = ɕ 。 3. 2. 3 标准声校准器准确度引入的 B 类不确定度 u（ x5 ） r 4231 型声校准器，仪器检定证书给出 ? 使用 Brüel＆Kj
［3 ］
1 = 2 － （ 1 － 100 % ） 3. 2. 4
2
=ɕ。
仪器标准漂移引入的 B 类不确定度 u（ x6 ）
。 1 2 u（ x） ］ σ［ 2 u（ x）
根据我 站 长 期 使 用 该 仪 器 的 经 验，其 标 准 漂 移 小 于 0. 1dB，按极限计算，属均匀分布。 u（ x6 ） = 0. 2 / 槡 3 = 0. 12dB，取极限计算，可靠性较高， 设其可信度为 80% ，查 JJF1059 － 2012 《测量不确定度评定 与表示》 5. 11 节表 4 得，自由度 v（ x6 ） = 12 。 3. 2. 5 传声器的指向声源不准引起的不确定度分量 u（ x7 ） 测试时要求传声器正对噪声源，即以 0ʎ 角入射，实际 达不到如此精确，由仪器厂家提供的传声器说明书 “指向 性曲线 ” 可知，当偏离 ʃ 30ʎ 时，频率在 0. 25 1kHz 范围 内，灵敏度变 化 为 ʃ 1. 2dB。 实 际 监 测 过 程 中，实 际 偏 离 ʃ 5ʎ ，引起 ʃ 0. 2dB 的 变 化，服 从 均 匀 分 布，半 宽 0. 2dB， 可靠程度 75%
［3 ］ 殊规定时，其包含因子 k = 2 ，相当于 95% 的置信概率 。
S（ xi） =
珋 ）2 ∑（ xi － x
算术平均值所对应的 A 类评定的标准不确定度： 珋 n =0/ 槡 S（ x ） = u（ x1 ） = S（ xi） / 槡 10 = 0
槡（ n － 1）
i =1
= 0
因此，
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= 189 当置信水平 p = 99% ，u = 189 ，取 u = ɕ 时，查 t 分布表
3. 2. 6. 2
数显读数误差引起的不确定度分量 u（ x82 ）
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得 tp（ v） = 2. 576 ，包含因子 kp = tp（ v） = 2. 576 ≈3 3. 5 扩展不确定度 Up = kp ˑ u（ x） = tp（ v） ˑ u（ x） = 3 ˑ 0. 3 = 0. 9dB
表2 符号 u （ x1 ） u （ x3 ） u （ x4 ） u （ x5 ） u （ x6 ） u （ x7 ） u （ x8 ） u （ x2 ） Up 来 源 类型 A B B B B B B 合成 扩展
3. 6
不确定度一览
噪声测量不确定度 概率分布 t t 均匀 均匀 均匀 均匀 t t t 包含因子 1 2 3 槡 3 槡 3 槡 3 槡 — — 3 标准不确定度 0. 02 0. 2 0. 029 0. 058 0. 12 0. 12 0. 12 0. 3 — 自由度 9 ɕ ɕ ɕ 12 8 388 ɕ ɕ
r 多功能声级计。
A 类不确定度测定 5 94. 0 6 94. 0 7 94. 0 8 94. 0 9 94. 0 10 94. 0
dB
结果 X
可用算术平均值来表示：
10
u（ x1 ） 的自由度 v（ x1 ） = n － 1 = 10 － 1 = 9 3. 2 B 类不确定度 u（ x2 ） 计算 测量仪器准确度引入的 B 类不确定度 u（ x3 ） r 多功能声级计说明书表明，在 17 140dB
测量放大器引起的不确定度分量 u（ x8 ） 数显示值误差引起的不确定度分量 u（ x81 ）
= 槡 0. 22 + 0. 0292 + 0. 0582 + 0. 122 + 0. 122 + 0. 122 =
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由仪 器 厂 家 提 供， 测 量 声 压 时， 数 字 的 极 限 误 差 ʃ 0. 1dB （ 即扩展不确定度 U = 0. 1dB ） ，正态分布，取 k = 2 ，可靠程度 95% ［3］ 。 u（ x81 ） = 0. 1 /2 = 0. 05dB，自由度 v（ x81 ） = 1 2 u（ x） ］ σ［ 2 u（ x）
［4 ］
u（ x84 ） = 0. 2 /2 = 0. 1dB，自由度 v （ x84 ） =
=
1 2 （ 1 － 95 % ） 不确定度
2
= 200
3. 2. 6. 5
测量放大器合成不确定度 u（ x8 ）
u = （ x8 ） = 槡 u2 （ x81 ） + u2 （ x82 ） + u2 （ x83 ） + u2 （ x84 ） = 0. 05 2 + 0. 029 2 + 0. 025 2 + 0. 1 2 = 0. 12dB 槡 自由度
2
3 ，可靠程度 声压极差的绝对值为 0. 1dB。 均匀分布， k = 槡 100% 。 1 2 u（ x） ］ σ［ 2 u（ x）
= 200
u（ x5 ） = 0. 1 / 槡 3 = 0. 058dB，自由度 v（ x5 ） =
检波器系统误差引起的不确定度分量 u（ x84 ）
由仪器厂家提供的检波器系统误差参数可知，检波器通 常测量的极限误差为 ʃ 0. 2dB，即扩展不确定度 U = 0. 2dB， 服从正态分布，取 k = 2 ，可靠程度 95%
。
1
1. 1
基本原理和数学模型
基本原理及要求 环境噪声测量中最常用的仪器是声级计，它是根据国际
标准和国家标准按照一定的频率计权和时间计权测量声压级 的仪器。声压级的传声器把声信号转换成交流电信号，前置 放大器进行阻抗变换，计权放大器将微弱信号放大，井按要 求进行频率计权，有效值检波器将交流信号检波整流成直流 信号，最后以数字的形式在指示器上直接显示被测声级的分 ? 贝数。本文使用的是 Brüel＆Kj 1. 2 建立数学模式 y = x，不确定度的计算公式 u（ y） = u（ x）
量结果必须结合其不确定度的大小才有实际意义 。文章就实际工作中噪声的不确定度的分析与评定， 分析了监测设备准确度引入 ? 的不确定度、计量校准设备的不确定度等因素对测量的影响 ，计算出了利用 Brüel＆Kj 度为 0. 3dB。 关键词： 声级计； 噪声测量； 不确定度； 评定 中图分类号： P733. 22 文献标识码： A
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BK 声级计在噪声测量中不确定度的评定
王星蒙
（ 辽宁省环境监测实验中心，辽宁 沈阳 110161 ） 摘 要： 噪声测量不确定度的引入是为了更有效 、更准确地表征所测得的噪声， 同时使所测的噪声能够达到质量控制的要求 ， 测 r 多功能声级计所测量噪声合成标准不确定
珋= dBx
∑xi
i =1
10
= 94. 0
3. 2. 1
用贝塞尔公式求得实验标准偏差：
n
Brüel＆Kj ?
范围内仪器的准确度等级为 1 级，经检定其扩展不确定度为 0. 4dB。根据 《中华人民共和国国家计量检定规程 》 （ JJG 188 － 2002 ） 所指，所有涉及的测量扩展不确定度在未作特
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u（ x3 ） = 0. 4 /2 = 0. 2dB， 根据公式 v（ x3 ） = 1 1 2 = 2 （ 1 － 95 % ） u（ x） ］ σ［ 2 u（ x）
2
数显量化误差 0. 1dB （ 分辨率 0. 1dB ） ，半宽为0. 1 /2 = = 200 ，即 0. 05dB，均匀分布，可靠程度 100% ［4］ 。 3 = 0. 029dB， 自 由 度 v （ x82 ） = u （ x82 ） = 0. 05 / 槡 1 1 2 = 2 （ 1 － 100 % ） u（ x） ］ σ［ 2 u（ x） 3. 2. 6. 3
4
3. 3
合成不确定度
=
1 2 （ 1 － 100 % ）
2
=ɕ
u（ 2） = 槡 u2 （ x3） + u2 （ x4） + u2 （ x5） + u2 （ x6） + u2 （ x7） + u2 （ x8） u （ 2） 0. 3dB 3. 4 有效自由度和包含因子的确定 有效自由度：
n
3. 2. 6 3. 2. 6. 1
［4 ］
=ɕ
衰减器系统 （ 效应） 引起的不确定度分量 u（ x83 ）
由仪器厂家提供的测量放大器参数可知，测量放大器中 衰减器误差为 ʃ 0. 05dB，服从正态分布，取 k = 2 ，可靠程 度 95%
［3 ］
。
u （ x83 ） = 0. 05 /2 = 0. 025dB， 自 由 度 v （ x83 ） = 1 1 2 = u（ x） ］ 2 （ 1 － 95 % ） σ［ 2 u（ x） 3. 2. 6. 4
不确定度的含义是指由于测量误差的存在，对被测量值 不能肯定的程度。在报告物理量测量的结果时，必须给出相 应的不确定度，便于使用它的人评定其可靠性； 也增强了测 量结果之间的可比性。本文就实际工作中噪声监测中不确定 度的各个因子进行分析与评定，最后给出不确定度的大小和 表示方法
［1 ， 2 ］
2
不确定度的来源及各分量的关系
99% ，包含因子 （ kp ） 为 3 。 假设某次测量结果为 70. 5dB （ A） ，监测结果及不确定度可有 3 种表示： y = 70. 5dB （ A） ，U99 = 0. 9dB y = 70. 5 ʃ 0. 9dB （ A） ，p = 99% 69. 6dB （ A） ≤y≤71. 4dB （ A） ，p = 99%
v （ eff） = u4 （ x） / ∑［ u4 ］ i （ x ） / vi
i =1
=
=
1 2 （ 1 － 95 % ）
0. 3 4 0. 2 4 0. 029 4 0. 058 4 0. 12 4 0. 12 4 0. 12 4 + + + + + 200 12 8 388 ɕ ɕ
2
= 200
不确定度 / dB 0. 02 0. 1 — 0. 1 0. 2 0. 2 — — 0. 9
测量重复性 测量仪器准确度 测量仪器分辨率 声校准器 仪器漂移 指向声源不准 测量放大器 噪声测量 噪声测量
4
监测结果不确定度的表达
噪声测量的扩展不确定度为 0. 9dB，置信水平 （ p ） 为
［ 2］ 王中宇，张海滨，刘智敏． 测量不确定度最大残差系数的一种 J］ ． 计量学报，2006 ，27 （ 03 ） ： 201 － 205． 新算法 ［ ［ 3］ 国家质量监督检验检疫总局． 中华人民共和国国家计量检定规 程 声 级 计 JJG 188 － 2002 ［S］． 北 京： 中 国 标 准 出 版 社，
n
u4 ］ v （ x8） = u4 （ x） / ∑［ i （ x ） / vi
i =1
。 1 2 u（ x） ］ σ［ 2 u（ x）
=
u（ x7 ） = 0. 2 / 槡 3 = 0. 12dB，自由度 v （ x7 ） =
0. 12 4 = 388 0. 029 4 0. 025 4 0. 1 4 0. 05 + + + 200 200 200 ɕ
噪声测量影响不确定度的因素包括： 监测设备准确度引
入的不确定度、 测量方法的不确定度、 测量环境条件的影 响、操作人员的影响、计量校准设备的不确定度 。监测设备 及计量校准设备准确度引入的不确定度可从其检定证书或仪 器说明书中找到； 按标准方法中规定条件进行监测，环境条 件影响可忽略； 人员操作的影响体现在测量的重复性中，因 此噪声测量影响不确定度主要是监测设备及计量校准设备准 确度引入的不确定度、测量的重复性。