中國計量院建立次聲源標準裝置

本報訊 （劉旭紅 記者史玉成）日前，記者從中國計量科學研究院了解到，該院建立的基於雷射活塞發生器法的次聲源標準裝置，失真度和頻率下限達到國際最高水平，並填補了我國低於20Hz的次聲聲壓量值復現與傳遞能力的空白，為次聲的監測防護和利用提供技術支撐。

次聲是頻率低於20Hz的聲波，人耳聽不到，也很少意識到它的存在。作為一種低頻聲波，次聲總是伴隨著許多自然現象而出現。工業設施或機電設備甚至人體自身都能產生次聲。次聲的波長很長，不容易衰減，可傳播很遠的距離。某些頻率的次聲可與人體器官發生共振，易導致頭暈、心慌、神志不清等現象，超過一定強度時可致人死亡。

一般來說，次聲波強度都較弱，對人體不會產生損傷。但是隨著現代工業的發展，汽車及高速列車行使、大型機械運行、高大建築中均產生大量的次聲波。隨著人們對次聲波損傷效應的認識不斷加深，世界各國正積極採取措施，監測並減少次聲對人體的傷害。

次聲聲壓量值的準確測量是人體避免次聲傷害和次聲技術廣泛應用的前提和保障。目前我國聲壓基準的頻率範圍為20Hz~25kHz，在低於20Hz的次聲頻段，尚沒有量值溯源能力和量值傳遞手段，而在此領域技術水平最高的英國、丹麥等國家的計量實驗室已經將聲學傳感器的校準頻段拓展至1Hz甚至更低。

中國計量科學研究院和浙江大學經多年合作研究，在國際上首次提出利用位移反饋型的雷射活塞發生器獲得低失真的次聲聲壓，並建立次聲聲壓校準裝置。據了解，該裝置在0.1Hz~20Hz範圍內，聲信號總諧波失真小於0.8%；穩定性優於0.01dB，聲壓級不確定度在0.1Hz~20Hz，範圍為：0.20dB~0.04dB(k=2)。

該裝置採用高精度的活塞-腔體套組，使得低頻測量下限可延伸至0.01Hz，活塞發聲器的洩露時間常數達到50s，技術指標高於國際同行目前已公布的結果，此前，洩漏時間常數最好結果是英國國家物理實驗室的12s。該常數是腔內的脈衝壓力衰減至1/e時對應的時間，洩露時間常數越大，意味著計算腔內的聲壓時所需的聲洩漏修正值越小。

據課題負責人何龍標博士介紹，該方法的主要原理是：利用超低頻振動臺推動活塞在腔體內作往復運動產生聲壓，採用雷射測振儀測量活塞位移得到腔內氣體體積變化量，依據理想氣體狀態方程計算獲得聲壓。次聲源標準裝置由信號源、功率放大器、光柵位移測量及失真反饋系統、低頻振動臺、活塞、腔體、雷射測振儀、數據採集和處理系統等組成。

次聲源標準裝置的建立，實現了次聲頻段聲壓量值的復現和傳遞，有助於我國次聲傳感器研製水平和環境次聲監測水平的提升，為次聲防護和應用提供技術保障。