本测量专栏收集了您经常向我们的客户咨询室询问的问题，并介绍了答案。
当使用 FFT 分析仪或数据站等分析设备分析用传声器或声级计记录的声音信号时，需要使用声学校准器或声级计的 REF 信号（CAL 信号）进行声学校准。
声学校准信号和参考信号是指特定声压级（例如 114 dB、94 dB）的信号。通过检查分析设备在输入该信号时观测到的电压幅度，可以确定传声器或声级计的灵敏度（mV/Pa）。这也有助于验证传声器、声级计和分析设备的运行情况，并校正由环境因素（温度等）、老化以及分析设备输入特性偏差引起的灵敏度偏差。因此，这种类型的声学校准通常在测量声音时进行。
但是，如果您在没有注意到设置错误，设备故障，电缆断开等的情况下执行声学校准，即使乍一看显示正确的值，实际上也不会执行正确的测量。这次我将介绍一些不正确的声学校正的例子。
正常校准信号
图 1 显示了连接声级计和分析设备的示例。
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图 1：声级计与分析设备连接示例。
图 2 显示了通过将我们的 LA-4440声级计的 AC-Z 输出连接到 DS-3000 数据站而测得的 114 dB、1 kHz 校准信号。
声级计量程为 60-120 dB，DS-3000 的电压量程为 1 Vrms。在量程上限（120 dB，20 Pa）处，声级计输出的有效值为 0.707 V 的电压信号，因此其灵敏度为 0.03535 V/Pa。
校准信号的幅值为 114 dB (10 Pa)，因此校准信号的电压均方根值为 0.3535 V，振幅为 0.5 V。观察图 2 的上半部分，我们可以看到一个振幅为 0.5 V 的电压信号。中间部分的声压信号均方根值为 10 Pa，振幅为 14.1 Pa。声学校准是使用该信号进行的，因此下半部分功率谱的 1 kHz 分量和总功率谱值均为 114 dB。
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图2正常校准信号(上:电压波形;中:声压波形;下:功率谱)
引起输入过多的情况 (1)
将DS-3000的电压范围设为0.316 Vrms时测量的校准信号如图3所示。校正信号的电压有效值为0.3535 V,单幅振幅为0.5 V,如果在0.316 Vrms范围内，则输入稍微过大。电压波形 (上部) 和声压波形 (中部) 几乎都是正弦波。由于在输入该信号的状态下进行了声学校正，因此下层功率谱的1 kHz分量和整体的值为114 dB。然而，从功率谱可以看出，除了1kHz之外还有许多峰值，这不是正常信号。此外，DS-3000数据站主机输入通道旁边的OVER LED将发出红色光。
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图3输入过多 (0.316 Vmrs) 时的校准信号
(上:电压波形;中:声压波形;下:功率谱)
引起输入过多的情况 (2)
DS-3000的电压范围为100 mVrms时测量的校准信号如图4所示。电压波形 (上部) 和声压波形 (中部) 已经达到顶点，显然不是正弦波。另外，您能看到功率谱有许多峰值除1kHz之外，并且不是正常信号。
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图4输入过多 (100 mVmrs) 时的校准信号
(上:电压波形;中:声压波形;下:功率谱)
如果声级计量程不合适，也会产生类似的波形。例如，如果声级计的量程设置为 40-100 dB 或 30-90 dB，而使用 114 dB 的声学校准器，就会出现这种情况。分析设备（例如 DS-3000）不会显示过电压，但声级计会显示过电压 (OV) 指示。
请注意，活塞式声学校准器的失真相对较高，可能会观察到校准信号的谐波分量。对于总失真为 2.5% 的声学校准器，可能会观察到小于或等于校准信号 32 dB (= 20 × log10(0.025)) 的谐波；这是正常现象。为了将其与输入过载或量程过载区分开来，请检查分析设备/声级计的过载指示器。
电缆断开时
图 5 显示了声级计与 DS-3000 连接线断开时测得的校准信号。如果断开距离很短，信号会通过空气传播，从而观察到看似合理的时域波形和功率谱。在此数据中，电压信号的幅度为 0.368 V，略小于原始值 (0.5 V)。如果使用此信号输入进行声学校准，声压波形和功率谱将显示正常值。然而，观察电压波形和声压波形，可以看出整个波形都在缓慢地上下波动。此外，观察功率谱，可以看到 50 Hz 及其谐波的频谱，这被认为是电源噪声。
由于DS-3000等分析装置施加过电压等原因，输入段的保险丝断了或输入部的电路发生故障等情况下，也有观测到这种信号的情况。
这里显示的波形是一个示例。如果由于断开或故障而根本不显示波形，则会立即注意到异常，但作为示例，可能会显示与此处显示的正常波形略有不同的波形。
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图5电缆断开时的校准信号
(上:电压波形;中:声压波形;下:功率谱)
正确校准值
电压范围电平为了确认由于超出范围、断线、故障或其他原因导致声校准失败，可以在声校准后检查校准值 (V/EU值) 。
对于像我们的声级计这样的产品，其在量程上限处的有效输出值为 0.707 V，校准值如表 1 所示。如果 0 dB 参考值设置为 2E-5 (20 μPa)，则值在第三列；如果 0 dB 参考值设置为 1，则值在第四列。
表1电平范围与校正值的关系
| 电平范围 | 范围上限值的 声压有效值 [Pa] |
校正值 (0dB基准:20μPa) |
校正值 (0dB标准:1) |
| 60-130 dB | 63.2 Pa | 0.01118 V/EU | 2.236E-07 |
| 50-120 dB | 20.0 Pa | 0.03535 V/EU | 7.070E-07 |
| 40-110 dB | 6.32 Pa | 0.1118 V/EU | 2.236E-06 |
| 30-100 dB | 2.00 Pa | 0.3535 V/EU | 7.070E-06 |
| 20-90 dB | 0.632 Pa | 1.118 V/EU | 2.236E-05 |
| 10-80 dB | 0.200 Pa | 3.535 V/EU | 7.070E-05 |
总结
当使用诸如FFT分析仪或数据工作站等分析设备分析传声器或声级计记录的声音信号时，声学校准是利用声学校准器或声级计的参考信号（校准信号）进行的。如果存在设置错误、设备故障或电缆断裂，则会观察到与正常校准信号不同的校准信号。
尽管如此，有时很难区分它，即使它说“它不是正常的校准信号”，所以这次我们故意生成并引入了“错误的校准信号”。
(摘自2018年6月20日发行的电子邮件杂志)
