DIN EN 61094-2-2009 Electroacoustics - Measurement microphones - Part 2 Primary method for pressure calibration of laboratory standard microphones by the reciprocity technique (IEC.pdf

1、September 2009DEUTSCHE NORM Normenausschuss Akustik, Lrmminderung und Schwingungstechnik (NALS) im DIN und VDIDKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDEPreisgruppe 16DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur

2、mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.V., Berlin, gestattet.ICS 17.140.50; 33.160.50!$WX1“1525314www.din.deDDIN EN 61094-2Elektroakustik Messmikrofone Teil 2: Primrverfahren zur Druckkammer-Kalibrierung vonLaboratoriums-Normalmikrofonen nach der Reziprozittsmethode(IEC 61094-2:2009

3、);Deutsche Fassung EN 61094-2:2009Electroacoustics Measurement microphones Part 2: Primary method for pressure calibration of laboratory standard microphones by thereciprocity technique (IEC 61094-2:2009);German version EN 61094-2:2009lectroacoustique Microphones de mesure Partie 2: Mthode primaire

4、pour ltalonnage en pression des microphones talons delaboratoire par la mthode de rciprocit (CEI 61094-2:2009);Version allemande EN 61094-2:2009Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN EN 61094-2:1994-02www.beuth.deGesamtumfang 40 SeitenDIN EN 61094-2:2009-09 2 Nati

5、onales Vorwort Diese Norm enthlt die deutsche Fassung der europischen Norm EN 61094-2:2009. Die dieser europi-schen Norm zugrunde liegende internationale Norm IEC 61094-2:2009 ist im Technischen Komitee 29 Electroacoustics“ der IEC (Sekretariat DS, Dnemark) unter deutscher Mitarbeit erstellt worden.

6、 Fr die deutsche Mitarbeit ist der Gemeinschaftsausschuss NA 001-01-03 GA (NALS/DKE A 3) Schallmess-gerte“ unter Federfhrung des NALS zustndig. Zu den im Inhalt genannten Internationalen Normen und anderen Schriftstcken wird im Folgenden auf die entsprechenden Deutschen Normen hingewiesen: IEC 61094

7、1 siehe DIN EN 61094-1 ISO/IEC Guide 98-3 siehe DIN V ENV 13005 Die Deutschen Normen sind in Anhang NA aufgefhrt. nderungen Gegenber DIN EN 61094-2:1994-02 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) Abschnitt 6 wurde berarbeitet, um die Anforderungen des ISO/IEC Guide 98-3 zu erfllen; b) die Theorie

8、 der Wrmeleitung in Anhang A (Hinweis auf die vollstndige Lsung in der Literatur fr sehr tiefe Frequenzen) und die Betrachtung der Reibungsverluste bei hheren Frequenzen wurden verfeinert; c) Betrachtungen zu Druck-Koeffizienten fr sehr tiefe Frequenzen wurden aufgenommen; d) die Fit-Methode zur Bes

9、timmung der akustischen Impedanz von Mikrofonen wurde in Anhang E einbezogen; e) Gleichungen und Zahlenwerte samt ihrer relativen Unsicherheit fr die Eigenschaften von feuchter Luft in Anhang F wurden unter Einbeziehung neuerer Literatur ergnzt; f) einige Gleichungen wurden korrigiert und Zahlenwert

10、e neu berechnet; g) Literaturangaben wurden aktualisiert. Frhere Ausgaben DIN EN 61094-2: 1994-02 Nationaler Anhang NA (informativ) Literaturhinweise DIN V ENV 13005, Leitfaden zur Angabe der Unsicherheit beim Messen DIN EN 61094-1:2001-08, Messmikrofone Teil 1: Anforderungen an Laboratoriums-Normal

11、mikrofone (IEC 61094-1:2000); Deutsche Fassung EN 61094-1:2000 EUROPISCHE NORM EN 61094-2 EUROPEAN STANDARD NORME EUROPENNE April 2009 CENELEC Europisches Komitee fr Elektrotechnische Normung European Committee for Electrotechnical Standardization Comit Europen de Normalisation Electrotechnique Zent

12、ralsekretariat: avenue Marnix 17, B - 1050 Brssel 2009 CENELEC - Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den Mitgliedern von CENELEC vorbehalten. Ref. Nr. EN 61094-2:2009 D ICS 17.140.50 Ersatz fr EN 61094-2:1993Deutsche Fassung Elektroakustik Messm

13、ikrofone Teil 2: Primrverfahren zur Druckkammer-Kalibrierung von Laboratoriums-Normalmikrofonen nach der Reziprozittsmethode (IEC 61094-2:2009) Electroacoustics Measurement microphones Part 2: Primary method for pressure calibration of laboratory standard microphones by the reciprocity technique (IE

14、C 61094-2:2009) lectroacoustique Microphones de mesure Partie 2: Mthode primaire pour ltalonnage en pression des microphones talons de laboratoire par la mthode de rciprocit (CEI 61094-2:2009) Diese Europische Norm wurde von CENELEC am 2009-03-01 angenommen. CENELEC-Mitglieder sind gehalten, die CEN

15、/CENELEC-Geschftsordnung zu erfllen, in der die Bedingungen festgelegt sind, unter denen dieser Europische Norm ohne jede nderung der Status einer nationalen Norm zu geben ist. Auf dem letzten Stand befindliche Listen dieser nationalen Normen mit ihren bibliographischen Angaben sind beim Zentralsekr

16、etariat oder bei jedem CENELEC-Mitglied auf Anfrage erhltlich. Diese Europische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Franzsisch). Eine Fassung in einer anderen Sprache, die von einem CENELEC-Mitglied in eigener Verantwortung durch bersetzung in seine Landessprache gemacht u

17、nd dem Zentralsekretariat mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die offiziellen Fassungen. CENELEC-Mitglieder sind die nationalen elektrotechnischen Komitees von Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Lettland, Lit

18、auen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Republik, Ungarn, dem Vereinigten Knigreich und Zypern. EN 61094-2:2009 2 Inhalt Seite Vorwort 3 1 Anwendungsbereich .4 2 Normative Verw

19、eisungen4 3 Begriffe .4 4 Referenz-Umgebungsbedingungen.5 5 Grundlagen der Druckkammer-Reziprozittskalibrierung 5 5.1 Allgemeine Grundlagen 5 5.2 Grundgleichungen.6 5.3 Ersatzspannungsverfahren 7 5.4 Berechnung der akustischen Transferimpedanz .7 5.5 Wrmeleitungskorrektion .9 5.6 Kapillarkorrektion

20、 10 5.7 Gleichungen des Druck-bertragungskoeffizienten. 10 6 Einflussgren auf den Druck-bertragungskoeffizienten eines Mikrofons. 11 6.1 Allgemeines. 11 6.2 Polarisationsspannung 11 6.3 Referenz-Abschirmkonfiguration 11 6.4 Druckverteilung auf der Membran 12 6.5 Abhngigkeit von Umgebungsbedingungen

21、 . 12 7 Beitrge zur Unsicherheit der Kalibrierung . 13 7.1 Allgemeines. 13 7.2 Elektrische Transferimpedanz. 13 7.3 Akustische Transferimpedanz. 14 7.4 Vereinfachungen bei den Annahmen . 16 7.5 Unsicherheit des Druck-bertragungsmaes . 16 Anhang A (normativ) Wrmeleitung und Verluste aufgrund der Visk

22、ositt in einem geschlossenen Hohlraum 18 Anhang B (normativ) Akustische Impedanz eines Kapillarrhrchens . 21 Anhang C (informativ) Beispiele zylindrischer Kuppler fr die Kalibrierung von Mikrofonen. 24 Anhang D (informativ) Umgebungseinflsse auf den bertragungskoeffizienten von Mikrofonen 28 Anhang

23、E (informativ) Verfahren zur Ermittlung von Mikrofonparametern . 31 Anhang F (informativ) Eigenschaften von feuchter Luft 33 Anhang ZA (normativ) Normative Verweisungen auf internationale Publikationen mit ihren entsprechenden europischen Publikationen. 38 DIN EN 61094-2:2009-09EN 61094-2:2009 3 Vor

24、wort Der Text des Schriftstcks 29/671/FDIS, zuknftige 2. Ausgabe von IEC 61094-2, ausgearbeitet von dem IEC/TC 29 Electroacoustics“, wurde der IEC-CENELEC-parallelen Abstimmung unterworfen und von CENELEC am 2009-03-01 als EN 61094-2 angenommen. Diese Europische Norm ersetzt EN 61094-2:1993. Gegenbe

25、r EN 61094-2:1993 wurden in EN 61094-2:2009 die folgenden wesentlichen inhaltlichen nde-rungen vorgenommen: Abschnitt 6 wurde berarbeitet, um die Anforderungen des ISO/IEC Guide 98-3 zu erfllen. Die Theorie der Wrmeleitung in Anhang A wurde verfeinert. Anhang F Eigenschaften von feuchter Luft“ wurde

26、 berarbeitet. Nachstehende Daten wurden festgelegt: sptestes Datum, zu dem die EN auf nationaler Ebene durch Verffentlichung einer identischen nationalen Norm oder durch Anerkennung bernommen werden muss (dop) 2009-12-01 sptestes Datum, zu dem nationale Normen, die der EN entgegenstehen, zurckgezoge

27、n werden mssen (dow) 2012-03-01 Der Anhang ZA wurde von CENELEC hinzugefgt. Anerkennungsnotiz Der Text der Internationalen Norm IEC 61094-2:2009 wurde von CENELEC ohne irgendeine Abnderung als Europische Norm angenommen. DIN EN 61094-2:2009-09EN 61094-2:2009 4 1 Anwendungsbereich Dieser Teil der Rei

28、he IEC 61094 von Internationalen Normen gilt fr Laboratoriums-Normalmikrofone, die die An forderungen von IEC 61094-1 erfllen, und auch fr andere Typen von Kondensatormikrofonen, sofern sie identische Abmessungen haben; legt ein Primrverfahren zur Ermittlung des komple xen Druck-bertragungskoeffizie

29、nten fest, womit eine reproduzierbare und genaue Grundlage fr Schalldruckmessungen geschaffen wird. Alle Gren sind in SI-Einheiten angegeben. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bez

30、ug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). IEC 61094-1:2000, Measurement microphones Part 1: Specifications for laboratory standard microphones ISO/IEC Guide 98-3, Uncertainty of measurement Part 3: Gu

31、ide to the expression of uncertainty in measurement (GUM:1995)1)3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die Begriffe nach IEC 61094-1 und dem ISO/IEC Guide 98-3 sowie die folgenden Begriffe. 3.1 reziprokes Mikrofon lineares passives Mikrofon, bei dem die Leerlauf-Transferimpedanzen im Vo

32、rwrts- und im Rckwrtsbetrieb dem Betrag nach gleich sind 3.2 Phasenwinkel des Druck-bertragungskoeffizienten eines Mikrofons bei einer bestimmten Frequenz der Phasenwinkel zwischen der Leerlaufspannung und einem gleichfrmig auf die Membran einwirkenden Schalldruck ANMERKUNG Der Phasenwinkel wird in

33、Grad () oder Radiant (rad) angegeben. 3.3 elektrische Transferimpedanz bei einem aus zwei akustisch gekoppelten Mikrofonen bestehenden System das Verhltnis der Leerlauf-spannung des als Empfnger arbeitenden Mikrofons zum Eingangsstrom durch die Klemmen des als Sender arbeitenden Mikrofons ANMERKUNG

34、1 Die elektrische Transferimpedanz wird in Ohm () angegeben. ANMERKUNG 2 Diese Impedanz gilt fr die Referenz-Abschirmkonfiguration nach IEC 61094-1:2000, 7.2. 1) Der ISO/IEC Guide 98-3:2008 ist eine Neuausgabe des Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM), 1995. DIN EN 61094-2:2009

35、09EN 61094-2:2009 5 3.4 akustische Transferimpedanz bei einem aus zwei akustisch gekoppelten Mikrofonen bestehenden System das Verhltnis des Schalldrucks, der auf die Membran des als Empfnger arbeitenden Mikrofons wirkt, zum Kurzschluss-Volumenstrom, der durch das als Sender arbeitende Mikrofon erz

36、eugt wird ANMERKUNG Die akustische Transferimpedanz wird in Pascalsekunde je Kubikmeter (Pas/m3) angegeben. 3.5 Kuppler Vorrichtung, die, wenn Mikrofone an sie angeschlossen sind, einen Hohlraum vorbestimmter Form und Abmessungen bildet und damit als akustisches Verbindungselement zwischen den Mikro

37、fonen wirkt 4 Referenz-Umgebungsbedingungen Die Referenz-Umgebungsbedingungen sind wie folgt festgelegt: Temperatur: 23,0 C Luftdruck: 101,325 kPa relative Luftfeuchte: 50 %. 5 Grundlagen der Druckkammer-Reziprozittskalibrierung 5.1 Allgemeine Grundlagen 5.1.1 Allgemeines Eine Reziprozittskalibrieru

38、ng von Mikrofonen kann mit drei Mikrofonen, von denen zwei reziprok sein mssen, oder mit einer Hilfsschallquelle und zwei Mikrofonen, von denen eines reziprok sein muss, durch-gefhrt werden. ANMERKUNG Wenn ein Mikrofon nicht reziprok ist, kann es nur als Schallempfnger verwendet werden. 5.1.2 Allgem

39、eine Grundlagen bei Verwendung von drei Mikrofonen Zwei der Mikrofone werden mittels eines Kupplers akustisch miteinander verbunden. Bei Verwendung eines Mikrofons als Schallsender und des anderen als Schallempfnger wird die elektrische Transferimpedanz gemessen. Sofern die akustische Transferimpeda

40、nz des Systems bekannt ist, lsst sich das Produkt der Druck-bertragungskoeffizienten der beiden gekoppelten Mikrofone ermitteln. Indem die drei Mikrofone (1), (2) und (3) paarweise kombiniert werden, ergeben sich drei voneinander unabhngige Produkte, aus denen ein Ausdruck fr den Druck-bertragungsko

41、effizienten eines jeden der drei Mikrofone abgeleitet werden kann. 5.1.3 Allgemeine Grundlagen bei der Verwendung von zwei Mikrofonen und einer Hilfsschallquelle Zunchst werden die beiden Mikrofone mittels eines Kupplers akustisch miteinander verbunden und das Produkt der Druck-bertragungskoeffizien

42、ten nach 5.1.2 ermittelt. Danach werden die beiden Mikrofone dem gleichen, von der Hilfsschallquelle erzeugten Schalldruck ausgesetzt. Das Verhltnis der zwei Ausgangs-spannungen ist dann gleich dem Verhltnis der beiden Druck-bertragungskoeffizienten. Aus dem Produkt und dem Verhltnis der Druck-bertr

43、agungskoeffizienten der beiden Mikrofone kann ein Ausdruck fr den Druck-bertragungskoeffizienten eines jeden der beiden Mikrofone abgeleitet werden. ANMERKUNG Um das Verhltnis der Druck-bertragungskoeffizienten zu erhalten, darf ein Verfahren mit direktem Vergleich angewandt werden. Die Hilfsschallq

44、uelle darf ein drittes Mikrofon mit anderen mechanischen oder akustischen Eigenschaften als denjenigen der zu kalibrierenden Mikrofone sein. DIN EN 61094-2:2009-09EN 61094-2:2009 6 5.2 Grundgleichungen Laboratoriums-Normalmikrofone und hnliche Mikrofone werden als reziprok angesehen. Folglich knnen

45、ihre Zweitor-Gleichungen (Vierpol-Gleichungen) wie folgt geschrieben werden: pqzizUqziz=+=+22211211(1) Dabei ist p der gleichfrmig an den akustischen Klemmen (Membran) des Mikrofons wirkende Schalldruck in Pa; U die Signalspannung in V an den elektrischen Klemmen des Mikrofons; q der Volumenstrom in

46、 m3/s an den akustischen Klemmen (Membran) des Mikrofons; i der Strom in A an den elektrischen Klemmen des Mikrofons; z11= Zedie elektrische Impedanz des Mikrofons in bei blockierter Membran; z22= Zadie akustische Impedanz des Mikrofons in Pas/m3im elektrischen Leerlauf; z12= z21= MpZadie identische

47、 Rckwrts- und Vorwrts-Transferimpedanzen in V s/m3, wobei Mpder Druck-bertragungskoeffizient des Mikrofons in V/Pa ist. ANMERKUNG Unterstrichene Formelzeichen deuten komplexe Gren an. Die Gleichungen (1) knnen damit auch folgendermaen geschrieben werden: pqZiZMUqZMiZ=+=+aapape(1a) Das sind die Rezip

48、rozittsgleichungen eines Mikrofons. Die Mikrofone (1) und (2) mit den Druck-bertragungskoeffizienten Mp,1und Mp,2seien mittels eines Kupplers akustisch miteinander verbunden. Aus den Gleichungen (1a) lsst sich ablesen, dass der Strom i1an den elektrischen Klemmen des Mikrofons (1) den Kurzschluss-Vo

49、lumenstrom Mp,1i1(bei p = 0 an der Membran) erzeugt und somit an den akustischen Klemmen des Mikrofons (2) den Schalldruck p2= Za,12Mp,1i1her-vorruft, wobei Za,12die akustische Transferimpedanz des Systems ist. Die Leerlaufspannung des Mikrofons (2) ergibt sich daraus zu 1a,12p,2p,12p,22iZMMpMU = Damit lautet das Produkt der Druck-bertragungskoeffizienten 12a,12p,2p,11i