第二章声学测量换能器
物理实验技术中的声学测量方法与仪器
物理实验技术中的声学测量方法与仪器引言：声学是研究声波传播的学科，其在物理实验技术中起着至关重要的作用。
声学测量旨在通过仪器来准确地测量和分析声波的特征和参数，从而深入研究声波在各种材料和环境中的传播规律。
本文将介绍一些常见的物理实验技术中的声学测量方法与仪器，以及它们的应用。
一、声级表和频谱分析仪声级表是一种用于测量声音强度的仪器。
它通过麦克风将声音信号转换为电信号，并将其转化为相应的声级数值。
声级表通常具有不同的量程，可以测量从极低的噪音到非常高的音量，例如从机舱噪音到音乐演出的音量。
频谱分析仪是一种用于测量声音频谱的仪器。
它可以将复杂的声音信号分解为不同频率的成分，从而分析声音的谐波、噪音以及其他频率特征。
频谱分析仪可以用于研究音乐、语音和各种声学现象，如共振和谐波产生。
二、声速测量方法与仪器声速是声音在介质中传播的速度，可以通过不同的方法进行测量。
其中最常用的方法之一是通过声源和接收器之间的时间差来计算声速。
例如，可以使用超声波发射器作为声源，然后在一定距离处设置接收器接收超声波，通过测量声波从声源到接收器的时间，即可计算声速。
此外，还可以使用共振法测量声速。
共振法可以通过改变管道或空气柱的长度，使之发生声振动，并调节频率，直到达到共振，即声波与管道长度相符合的情况。
当发生共振时，可以通过测量声波的频率和管道的长度来计算声速。
三、声音品质评估方法与仪器声音品质评估是评价人们对声音感觉的能力和偏好的性质。
在物理实验技术中，有许多方法和仪器用于评估声音品质。
例如，可以使用音频编辑软件来改变声音的频率、振幅和时长，从而评估声音品质的变化。
此外，主观评估和客观评估是常用的声音品质评估方法。
主观评估是通过人们的听觉感知和感受来评估声音品质，可以利用听众对声音的喜好或不喜好进行评估。
客观评估则是通过测量声音的物理参数，如噪音、谐波等，来评估声音的品质。
四、声学显微镜与超声波成像仪声学显微镜是一种利用声波对物质进行非破坏性观测的仪器。
换能器原理介绍
电声换能器电声转换器是把声能转换成电能或电能转换成声能的器件，电声工程中的传声器、扬声器和耳机是最典型的电能、声能之间相互变换的器些器件统称为电声换能器。
目录电声换能器分类电声换能器系统组成电声换能器主要性能电声换能器分类o广义的电声应用的频率范围很宽，包括次声、可听声、超声换能器。
属于可听声频率范围内的电声换能器有传声器、扬声器、送受话器、助听器等等。
按照换能方式，它们又可以分成电动式、静电式、压电式、电磁式、碳粒式、离子式和调制气流式等。
其中后三种是不可逆的，碳粒式只能把声能变成电能，离子式和调制气流式的只能产生声能。
而其他类型换能器则是可逆的。
即可用作声接收器也可用作声发射器。
电声换能器系统组成o各种电声换能器，尽管其类型、功用或工作状态不同，它们都包含两个基本组成部分，即电系统和机械振动系统。
在换能器内部，电系统和机械振动系统之间通过某种物理效应相互联系，以完成能量的转换；在其外部，换能器的电系统与信号发生器的输出回路，或前级放大器的输入回路相匹配；而换能器的机械振动系统，以其振动表面与声场相匹配。
电声换能器它包括三个互相联系的子系统。
1.以辐射或接受声波的振动板为中心的机械一声系统。
2.起电一声两种能量之间相互变换作用的能量变换系统。
3.担任电信号输入、输出的电学系统。
这三个子系统的复合系统之间的能量关系是非常复杂的，是互相联系密不可分的。
这三种体系是互相牵制的，处理得不好往往会顾此失彼。
例如，一个有效的磁系统可能会非常笨重，变成一种令人不能接受的声障碍物；或者声输入阻抗或电输出阻抗的数值，可能根本不能与周围媒质或附属设备相匹配。
由此可见，电声换能器的设计总是在许多相互矛盾的因素中采取折衷的办法。
电声换能器主要性能o 1.换能器的工作频率换能器工作频率的设计依据涉及传声媒质对超声波能量衰减的因素、检测目标（如缺陷）对超声波的反射特性、传声媒质的本底噪声以及辐射阻抗等等。
决定换能器工作频率的影响因素有很多，如激励用电信号的频率、换能器的组装结构设计、工作原理的应用范围与限制条件、换能元件自身的材料物理特性等等。
第一章水声测量资料
相对误差=绝对误差/真值=（测量值-真值）/真值 =测量值/真值-1
（3）分贝误差： 表示某一物理量级的测量误差。
Lp 20lg 1+p
如： *真值=1，测量值=0.99，测量值/真值=0.99 百分比误差=-0.01=-1%，分贝误差=-0.09=0.1dB
1.声源特性研究; 2.媒质特性研究; 3.声波发射与接收的研究; 4.测量方法与手段的研究; 5.声学设备的研究。
3声学测量的特点
1.环境因素影响大； 2.测量信号复杂； 3.测量空间多样； 4.测量精度低、量值传递误差大； 5.测量频域范围宽； 6.外场实验困难； 7.测量结果多用分贝表示。
5声学测量系统
X Lx ln x x0 (NP)
4、常用声学量的级及其基准值（GB3238-82）
声压级表达式为
P Lp 20lg( p / p0 )
其中： p为0 声压基准值； 在空气中为20μPa；
在水中为1μPa。
声强级表达式为
I LI 10lgI / I0
其中： I为0 声强基准值，在水中为1pw/m2。
倍频程是频程的单位
（3）ISO规定
a、1/1倍频程：n=1 b、1/3倍频程：n=1/3 c、十倍频程：
fH fL = 2
1
fH fL 23
fH fL =10
d、三者之间的关系：
十 倍 频 程（1个） 1/1 倍 频 程（3个）
1/3倍频程(3个)
1Hz
2Hz
4Hz
8Hz 10Hz
21/3Hz
第1章 声学测量的基本问题 第2章 测量换能器 第3章 声学测量基本方法（水声测量）
换能器
电能和声能相互转换的器件
01 产品简介
03 性能参数
目录
02 分类 04 应用
基本信息
换能器，是指电能和声能相互转换的器件。在回声测深仪、多普勒计程仪和声相关计程仪中使用。将电能转 换成声能的称为发射换能器;将声能转换成电能的是接收换能器。发射和接收换能器通常是分开使用的，但也可以 共用一个。换能器的主要性能指标有：工作频率、频带宽度、电声频度、谐振频率时的阻抗、指向性（发射波束 宽度）和灵敏度等。按物理特性和使用材料的不同，换能器可分为两类:磁致伸缩换能器和电致伸缩换能器。前者 应用铁磁材料的磁致伸缩效应，常由镍或镍铁合金制成;后者应用电致伸缩效应和压电效应，常由钛酸钡陶瓷和铣 钛酸铅陶瓷等介质电材料制成。换能器安装于船底，其指向性可用波束宽度或半扩散角来表征。
应用
磁致伸缩
压电晶体
磁致伸缩
磁致伸缩有镍片换能器和铁氧体换能器。
压电晶体
最成熟可靠的是以压电效应实现电能与声能相互转换的器件，称为压电换能器。 压电效应将电信号转换为机械振动。这种换能器电声转换效率高，原材料价格便宜，制作方便，也不容易老 化。 常用的材料有石英晶体、钛酸钡和锆钛酸铅。 压电换能器的应用十分广泛，它按应用的行业分为工业、农业、交通运输、生活、医疗及军事等。
产品简介
产品简介
换能器主要有磁致伸缩和压电晶体两大类。
分类
1
元件形状
2
振动模式
3
振动方向
4
压电转换方式
5
传播介质
元件形状
按组成换能器的压电元件形状分为薄板形,圆片形,圆环形,圆管形,圆棒形,薄壳球形,压电薄膜等;
振动模式
按振动模式分为伸缩振动,弯曲振动,扭转分为厚度,切向,纵向,径向等;
换能器灵敏度测量
换能器灵敏度测量一、名词术语1. 自由场：均匀且各项同性的介质中，边界的影响可以不计时的声场。
2. 远场：自由场中，离声源较远处瞬时声压与瞬时质点振动速度同相的声场。
在远场中的声波离开声源时呈球面发散波，即声源在某点产生的声压与该点至声源声中心的距离成反比。
3. （有效）声中心：在发射器上或附近的一个点，在远处观测时，好像声波是从这个点发出的球面发散声波，对于互易换能器，用作接收器与用作发射器时的声中心是一致的。
4. 几何声中心：换能器结构或辐射表面的几何对称中心，如球型换能器的球心。
低频时，声中心和几何中心是一致的。
5. 参考声中心：换能器上某个指定点，用做描述换能器特性时的坐标原点。
该点是任选的，一般为换能器的几何中心。
6. 接收换能器开路输出电压：接收换能器的输出端没有电流流出时，在该点呈现的瞬时电压，单位为V 。
7. 可逆换能器：换能损失与传输方向无关的换能器。
它既能用作发射器又能用做接收器。
8. 互易换能器：线性、无源、可逆并满足互易原理的换能器。
9. 换能器对的电转移阻抗FJ Z ：对于由发射器F 和接收器J 组成的换能器对，在某一频率下的电转移阻抗为，当换能器置于声场中，其主轴相对指向并位于一直线上时，接收换能器开路电压J u 与输入发射器的电流F i 的复数比，单位为Ω，以数学形式表示为F J FJ i u Z /=其模和幅角分别为F J F J FJ I U i u Z //==，F J i u FJ FJ Z φφφ-==arg式中J U 为接收换能器开路电压的有效值，单位为V ，F I 为输入发射器电流的有效值，单位为A ，J u φ为接收换能器电压的相位单位为rad ，F i φ为输入发射器电流的相位，单位为rad 。
电转移阻抗与换能器对所处的声场、电负载、环境等条件有关时，应同时指出这些条件。
换能器对处于自由场远场条件时，其转移阻抗模与换能器对声中心间的距离d 成反比，即d Z FJ =常数10. 自由场（电压）灵敏度f M ：接收换能器输出端的开路电压u 与在自由声场中引入接收换能器前存在于其声中心位置处的瞬时声压f p 的复数比值。
换能器原理介绍
电声换能器电声转换器是把声能转换成电能或电能转换成声能的器件，电声工程中的传声器、扬声器和耳机是最典型的电能、声能之间相互变换的器些器件统称为电声换能器.目录•电声换能器分类•电声换能器系统组成•电声换能器主要性能•电声换能器分类o广义的电声应用的频率范围很宽,包括次声、可听声、超声换能器.属于可听声频率范围内的电声换能器有传声器、扬声器、送受话器、助听器等等。
按照换能方式,它们又可以分成电动式、静电式、压电式、电磁式、碳粒式、离子式和调制气流式等。
其中后三种是不可逆的，碳粒式只能把声能变成电能,离子式和调制气流式的只能产生声能。
而其他类型换能器则是可逆的。
即可用作声接收器也可用作声发射器.•电声换能器系统组成o各种电声换能器，尽管其类型、功用或工作状态不同，它们都包含两个基本组成部分，即电系统和机械振动系统.在换能器内部，电系统和机械振动系统之间通过某种物理效应相互联系，以完成能量的转换；在其外部，换能器的电系统与信号发生器的输出回路,或前级放大器的输入回路相匹配；而换能器的机械振动系统，以其振动表面与声场相匹配.电声换能器它包括三个互相联系的子系统。
1.以辐射或接受声波的振动板为中心的机械一声系统。
2.起电一声两种能量之间相互变换作用的能量变换系统。
3.担任电信号输入、输出的电学系统。
这三个子系统的复合系统之间的能量关系是非常复杂的，是互相联系密不可分的.这三种体系是互相牵制的,处理得不好往往会顾此失彼。
例如，一个有效的磁系统可能会非常笨重,变成一种令人不能接受的声障碍物；或者声输入阻抗或电输出阻抗的数值，可能根本不能与周围媒质或附属设备相匹配。
由此可见，电声换能器的设计总是在许多相互矛盾的因素中采取折衷的办法。
•电声换能器主要性能o1。
换能器的工作频率换能器工作频率的设计依据涉及传声媒质对超声波能量衰减的因素、检测目标（如缺陷）对超声波的反射特性、传声媒质的本底噪声以及辐射阻抗等等。
决定换能器工作频率的影响因素有很多，如激励用电信号的频率、换能器的组装结构设计、工作原理的应用范围与限制条件、换能元件自身的材料物理特性等等。
第二章 声学测量换能器 - 哈尔滨工程大学水声工程学院声学
●扩散场频率响应：当传声器的扩散场灵敏度与频率之间
的关系，以传声器扩散场灵敏度频率响应曲线来表示
back
有效频率范围：某一传声器它的实际频响曲线与典型频
响曲线相比，偏差在允许的范围内的最大频率间隔。对于
每一类型的传声器，生产厂家都要给出一个典型的频率响
应曲线的范围，并且为了保证其产品一致性，还需要规定 实际频响曲线与典型频响曲线允许的误差。
• ②国外：
• ●8100系列
back
（5）使用与维护：
①合理选择水听器.
②标准水听器每年应经计量部门检定一次。 ③检查水听器的绝缘电阻时，试验电压不小于100v。 ④注意存放环境。 ⑤用完后妥善保管
⑥水听器的压电元件电容值不可低于水听器连接电缆本身 的电容值。所以选用低分布电容电缆。
back
2、水声发射换能器
自由声场灵敏度在消声室采用互易法校准，声压灵敏 度在耦合腔中采用互易法校准。
back
传声器的指向性：传声器的灵敏度随声波入射方向而
变化的特性。传声器的指向性常用指向性图、指向性 指数和指向性频率响应来表示。 ●传声器指向性图：在某一频率下的灵敏度随声波入射 角的变化，用极坐标表示所得的曲线。 ●传声器的指向性因数：传声器某一频率的正向自由场 灵敏度的平方与其同频率的扩散场灵敏度平方之比。 用对数表示则为传声器的指向性指数 。
根据其使用材料可分为： a、压电式：压电材料有硫酸锂单晶体、偏 铌酸铅或锆钛酸铅一类的压电陶瓷。最近 又出现复合压电材料聚偏氟乙稀压电薄膜 （PVDF）制作的水听器。 b、动圈式： c、磁致伸缩式： d、光纤式：
(2) 参数：
①水听器接收灵敏度 ②水听器的指向性 ③水声换能器的阻抗 ④动态范围
测量用水声换能器-精品文档
②标准水听器每年应经计量部门检定一次。
③检查水听器的绝缘电阻时，试验电压不小于100v。 ④注意存放环境，用完后妥善保管。 ⑤选用低分布电容电缆。
2.水声发射换能器
（1）分类
同水听器。
（2）发射器介绍
（3）参数：
① 发射换能器发送响应
② 发射换能器指向性 ③ 发射换能器电阻抗 ④ 输入电功率、发射声功率和电声效率
一、二级标准水听器声学性能指标
灵敏度
• 指在水听器输出电缆末端测得的声压灵敏 度或自由场低频灵敏度。 • 按照国家标准规定用于1Hz~100kHz频率 范围的压电型标准水听器（以下同）： • 一级： 不低于-205dB(0dB re 1v /μ Pa) • 二级： 不低于-210dB（0dB re1v/μ Pa）
灵敏度校准及其准确度
• 低频段应用国标GB4130-84中规定的一级校准方法进 行校准，其校准准确度优于±0.5dB；高频段应用国标 GB3223-82中规定的互易法进行校准，其校准准确度 应优于±0.7dB。
• 低频段应用国标GB4130-84中规定的二级校准方法进 行校准，其校准准确度优于±1.0dB；高频段应用国标 GB3223-82中规定的比较法进行校准，其校准准确度 应优于±1.5dB。
在参考方向上（通常指声轴向）远场中某点的声强（或声
压有效值平方）与相同距离上各方向的声强平均值（或声压有
效值平方的平均值）之比为发射指向性因数，此比值的分贝数 称为发射指向性指数。
输入电功率、发射声功率和电声效率
指向性
一级：
水平指向性：在最高使用频率下的-3dB波束宽度应大于300，在 选定方向（或主轴）±50的范围内灵敏度变化应小于±0.2dB。 垂直指向性：在最高使用频率下的-3dB波束宽度应大于150，在
第二部分 超声换能器2
压电效应
压电效应
一 压电学的物理基础
压电效应
– 1880年居里兄弟皮尔（P.Curie ) 与捷克斯 （J.Curie)发现压电效应。经他们实验而发 现，具有压电性的材料有 ：
具有压电性的材料有：闪锌矿（zincblende）、 钠氯酸盐（sodiumchlorate）、电气石 （tourmaline）、石英（quartz）、酒石酸 （tartaricacid）、蔗糖（canesuger）、方硼石 （boracite）、异极矿（calamine）、黄晶 （topaz）及若歇尔盐（Rochellesalt）。这些晶 体都具有非晶方性（anisotropic）结构，晶方性 （isotropic）材料是不会产生压电性的。
– 压电聚合物薄膜，据欧柔软性的塑料薄膜特 性
– 接收灵敏度高， – 容易达到较高厚度谐振基频 – 特性阻抗约为水的3倍。
三 压电材料的主要参数
1 弹性系数
3.压电材料在磁学效应中有：B=μH
– 式中B为磁感应强度，H为磁场强度，μ为磁 导率
4.压电材料在热学效应中有：Q=φσ/ρc
– 式中Q为热量；φ为温度；σ为熵；ρ为介质密 度；c为材料比热。
第一次大战后不久，石英换能器便发展出两项 重要的应用。
– 哈佛大学的皮尔士教授（G.W.Pierce）用石英晶体 制作超声波干涉仪，可定出波在气体介质中的速度。 可求出波在气体中的表减系数。当时用它来测量声 波在二氧化碳中波速对频率的关系，而求出波速的 色散关系。用这种方法，可研究气体在不同混合比 与温度下声波的波速与衰减率。
– 几点耦合系数的各向异性大，
– 径向共振弱，厚度共振强，可获得单纯厚度 模式共振，超声图像清晰，
换能器灵敏度测量
换能器灵敏度测量一、名词术语1.自由场：均匀且各项同性的介质中，边界的影响可以不计时的声场。
2.远场：自由场中，离声源较远处瞬时声压与瞬时质点振动速度同相的声场。
在远场中的声波离开声源时呈球面发散波，即声源在某点产生的声压与该点至声源声中心的距离成反比。
3.（有效）声中心：在发射器上或附近的一个点，在远处观测时，好像声波是从这个点发出的球面发散声波，对于互易换能器，用作接收器与用作发射器时的声中心是一致的。
4.几何声中心：换能器结构或辐射表面的几何对称中心，如球型换能器的球心。
低频时，声中心和几何中心是一致的。
5.参考声中心：换能器上某个指定点，用做描述换能器特性时的坐标原点。
该点是任选的，一般为换能器的几何中心。
6.接收换能器开路输出电压：接收换能器的输出端没有电流流出时，在该点呈现的瞬时电压，单位为V 。
7.可逆换能器：换能损失与传输方向无关的换能器。
它既能用作发射器又能用做接收器。
8.互易换能器：线性、无源、可逆并满足互易原理的换能器。
9.换能器对的电转移阻抗：对于由发射器F 和接收器J 组成的换能器对，在某一频FJ Z 率下的电转移阻抗为，当换能器置于声场中，其主轴相对指向并位于一直线上时，接收换能器开路电压与输入发射器的电流的复数比，单位为，以数学形式表示为J u F i ΩF J FJ i u Z /=其模和幅角分别为，F J F J FJ I U i u Z //==F J i u FJ FJ Z φφφ-==arg 式中为接收换能器开路电压的有效值，单位为V ，为输入发射器电流的有效值，J U F I 单位为A ，为接收换能器电压的相位单位为rad ，为输入发射器电流的相位，单位为J u φF i φrad 。
电转移阻抗与换能器对所处的声场、电负载、环境等条件有关时，应同时指出这些条件。
换能器对处于自由场远场条件时，其转移阻抗模与换能器对声中心间的距离d 成反比，即=常数d Z FJ 10.自由场（电压）灵敏度：接收换能器输出端的开路电压u 与在自由声场中引入接f M 收换能器前存在于其声中心位置处的瞬时声压的复数比值。
换能器原理介绍
电声换能器电声转换器就是把声能转换成电能或电能转换成声能的器件,电声工程中的传声器、扬声器与耳机就是最典型的电能、声能之间相互变换的器些器件统称为电声换能器。
目录•电声换能器分类•电声换能器系统组成•电声换能器主要性能•电声换能器分类o广义的电声应用的频率范围很宽,包括次声、可听声、超声换能器。
属于可听声频率范围内的电声换能器有传声器、扬声器、送受话器、助听器等等。
按照换能方式,它们又可以分成电动式、静电式、压电式、电磁式、碳粒式、离子式与调制气流式等。
其中后三种就是不可逆的,碳粒式只能把声能变成电能,离子式与调制气流式的只能产生声能。
而其她类型换能器则就是可逆的。
即可用作声接收器也可用作声发射器。
•电声换能器系统组成o各种电声换能器,尽管其类型、功用或工作状态不同,它们都包含两个基本组成部分,即电系统与机械振动系统。
在换能器内部,电系统与机械振动系统之间通过某种物理效应相互联系,以完成能量的转换;在其外部,换能器的电系统与信号发生器的输出回路,或前级放大器的输入回路相匹配;而换能器的机械振动系统,以其振动表面与声场相匹配。
电声换能器它包括三个互相联系的子系统。
1、以辐射或接受声波的振动板为中心的机械一声系统。
2、起电一声两种能量之间相互变换作用的能量变换系统。
3、担任电信号输入、输出的电学系统。
这三个子系统的复合系统之间的能量关系就是非常复杂的, 就是互相联系密不可分的。
这三种体系就是互相牵制的,处理得不好往往会顾此失彼。
例如,一个有效的磁系统可能会非常笨重,变成一种令人不能接受的声障碍物;或者声输入阻抗或电输出阻抗的数值,可能根本不能与周围媒质或附属设备相匹配。
由此可见,电声换能器的设计总就是在许多相互矛盾的因素中采取折衷的办法。
•电声换能器主要性能o1、换能器的工作频率换能器工作频率的设计依据涉及传声媒质对超声波能量衰减的因素、检测目标(如缺陷)对超声波的反射特性、传声媒质的本底噪声以及辐射阻抗等等。
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数称为换能器的电导纳。
back
动态范围 水听器的过载声压级与等效噪声声压级之差
水听器的过载声压级
引起水听器过载的作用声压级 水听器的等效噪声压
水听器主轴方向入射的正弦平面行波使水听器产生的开路电压
等于水听器实际输出的带宽1Hz的开路噪声电压时，则该声波的
声压级就是水听器的等效噪声声压级
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(3)GB/T4128-1995
指向性 自由场灵 敏度频率 响应
灵敏度
一、二级标准水听器声学 性能指标要求
灵敏度校准 及其准确度
稳定性 动态范围
back
灵敏度
• 指在水听器输出电缆末端测得的声压灵敏度或自由场低频灵敏度。
• 按照国家标准规定用于1Hz~100kHz频率范围的压电型标准水听 器（以下同）：
灵敏度校准及其准确度
• 低频段应用国标GB4130-84中规定的一级校准方法进行 校准，其校准准确度优于±0.5dB；高频段应用国标 GB3223-82中规定的互易法进行校准，其校准准确度应 优于±0.7dB。
• 低频段应用国标GB4130-84中规定的二级校准方法进行 校准，其校准准确度优于±1.0dB；高频段应用国标 GB3223-82中规定的比较法进行校准，其校准准确度应 优于±1.5dB。
back
（2）参数
灵敏度
指向性
频率响应
有效频 率范围
输出 阻抗
动态 范围
back
传声器的灵敏度：
*声场灵敏度
—平面自由声场灵敏度
—扩散声场灵敏度
*声压灵敏度
传声器平面自由声场灵敏度 是指在给定频率的正弦声波 激励下，传声器的开路输出 电压与传声器放入声场以前 传声器中心位置上平面自由 声场声压之比
动态范围
• 一级： • 在60dB的动态范围内，非线性偏差应小于±0.2dB。
• 二级： • 在60dB的动态范围内，非线性偏差应小于±0.5dB。
稳定性
• 时间稳定性：
每年校准一次，其变化应在校准准确度以内。
• 温度稳定性：
在0~400C工作温度范围内，灵敏度变化应小于0.04 dB/ 0C。 在0~400C工作温度范围内，灵敏度变化应小于0.05 dB/ 0C。
自由声场灵敏度在消声室采用互易法校准，声压灵敏 度在耦合腔中采用互易法校准。
back
传声器的指向性：传声器的灵敏度随声波入射方向而
变化的特性。传声器的指向性常用指向性图、指向性 指数和指向性频率响应来表示。 ●传声器指向性图：在某一频率下的灵敏度随声波入射 角的变化，用极坐标表示所得的曲线。 ●传声器的指向性因数：传声器某一频率的正向自由场 灵敏度的平方与其同频率的扩散场灵敏度平方之比。 用对数表示则为传声器的指向性指数 。
●压电传声器：利用压电晶体的压电效
应制作。它的输出电平高，价格低，但稳 定性和频率响应不理想，不适于高质量工 作，已趋淘汰。
back
驻极体传声器
利用驻极体材料制作的电容传声器，音质接近电容 式，无需极化电压，阻抗变换用前置放大器使用低 噪声场效应管，由电池供电。这种传声器结构简单， 电声性能好，体积小，耐振动，价格较低，有较广 泛的应用。
1.指向性响应图
2.指向性指数
3.指向性因数
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指向性响应图
R
表示远场传来的平面波入射 到水听器接收面上的平均声 压随入射方向变化的曲线图， 或者说，它是水听器在远场 平面波作用下，所产生的开 路输出电压随入射方向变化 的曲线图。 发射指向性图是表示它在自由场中辐射 声波时，在其远场中声能空间分布的图 象。换能器的发射指向性图会随发射信 号频率的改变而变化，即同一发射换能 器当发射不同频率的信号时，其辐射声 能在空间的分布是不同的.
根据其使用材料可分为： a、压电式：压电材料有硫酸锂单晶体、偏 铌酸铅或锆钛酸铅一类的压电陶瓷。最近 又出现复合压电材料聚偏氟乙稀压电薄膜 （PVDF）制作的水听器。 b、动圈式： c、磁致伸缩式： d、光纤式：
(2) 参数：
①水听器接收灵敏度 ②水听器的指向性 ③水声换能器的阻抗 ④动态范围
水听器接收灵敏度 • 水听器自由场电压灵敏度：
• 静压稳定性：
0~4MPa工作静压范围内，灵敏度变化应小于0.3 dB/MPa。在 0~4MPa工作静压范围内，灵敏度变化应小于0.4 dB/MPa
其他技术要求
机械性能要求：
•水听器暴露于水中的所有金属和非金属部件都要采用耐腐蚀材料制作。
•水听器的参考声中心位置及测量方向要有明显标志。 •水听器相对于它的周围媒质应是声学刚性的。
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1、传声器
（1） 分类
（2） 参数
（3） 使用与维护
传声器（Microphone） 俗称话筒，音译作麦
克风，是一种声－电
换能器件。
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（1）分类
①按照准确度和用途分
——基准传声器 ——标准传声器 ——工作传声器
②按工作原理分 电动式：
——动圈式传声器 ——带式传声器
电动传声器是以电磁 感应为原理，以在磁 场中运动的导体上获 得输出电压的传声器， 常见的有动圈式和带 式两种
●扩散场频率响应：当传声器的扩散场灵敏度与频率之间
的关系，以传声器扩散场灵敏度频率响应曲线来表示
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有效频率范围：某一传声器它的实际频响曲线与典型频
响曲线相比，偏差在允许的范围内的最大频率间隔。对于
每一类型的传声器，生产厂家都要给出一个典型的频率响
应曲线的范围，并且为了保证其产品一致性，还需要规定 实际频响曲线与典型频响曲线允许的误差。
动圈式传声器：
以悬浮于磁路系统中 的音圈切割磁力线而 产生电压输出。它的 结构牢固，性能稳定， 电声性能良好，能承 受强音而不失真，价 格较便宜，是一种耐 用的传声器，广泛应 用于一般音响系统。
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静电式传声器
●电容传声器：以振膜与后极板间的电
容量变化通过前置放大器变换为输出电压。 它能提供非常高的音响质量，频率响应宽 而平坦，是高性能传声器，但这种传声器 制造工艺复杂，价格高，需外加60～200V 的极化电压源，一般在专业领域使用较多。
（1）分级： 标准声源与测量用声源两级。 （2）参数： ① 发射换能器发送响应 ② 输入电功率、发射声功率和电声效率 ③ 指向性、阻抗
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发射换能器发送响应：
分为三类：
• 发送电压响应 • 发送电流响应 • 发送功率响应 发送电压响应：发射 换能器在某频率下、 在指定方向上的远场 中离其声中心某参考 距离处的声压和该参 考距离的乘积与加到 输入电端的电压的比 值。
• 一级：不低于-205dB(0dB re 1v /μpa)
• 二级：不低于-210dB（0dB re 1v/μpa）
自由场灵敏度频率响应
• 自由场灵敏度频响相对于声压灵敏度在整个使 用频率范围内，至少有三个十倍频程范围：
• 一级：其灵敏度的不均匀性小于±1.5dB，在其他频率
范围内灵敏度变化不超过+6dB或-10dB。 • 二级：其灵敏度的不均匀性小于±2dB，在其他频率范 围内灵敏度变化不超过+6dB或-10dB。
• ②国外：
• ●8100系列
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（5）使用与维护：
①合理选择水听器.
②标准水听器每年应经计量部门检定一次。 ③检查水听器的绝缘电阻时，试验电压不小于100v。 ④注意存放环境。 ⑤用完后妥善保管
⑥水听器的压电元件电容值不可低于水听器连接电缆本身 的电容值。所以选用低分布电容电缆。
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2、水声发射换能器
静电式：
——压电式传声器 ——电容式传声器
*驻极体传声器
静电传声器是以电 场变化为原理的传 声器，常见的有电 容式和压电式两种
③按与音响设备连接方式分 有线传声器 无线传声器
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电动式传声器
●带式传声器：
振动系统是一条悬挂在 强磁场中的波状合金箔。 它的频率响应极好，特 别是瞬态特性好，音色 柔和自然，指向性为双 向，但输出电平极低， 而且防风耐震性差，易 损坏，不宜在室外使用。 目前除特殊用途外，已 很少使用。
电学性能要求：
•对于不带前放的水听器，在电缆端测得的绝缘电阻应大于100MΩ（测试电
压不小于100V）。 •高阻抗的敏感元件应有电屏蔽。 •连接电缆应不少于10m，当敏感元件的电容量小于连接电缆的电容量时一 般应连接前置放大器。
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（4）国内外典型水听器介绍
• ①国内：
• ●RHS、RHC和RHA系列
传声器扩散声场灵敏度是 指传声器的开路输出电压 与传声器放入扩散声场之 前在传声器放置位置上的 扩散声场声压之比
传声器声压灵敏度是 指实际作用在传声器 膜片上的声压与其开
路输出电压之比
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声压灵敏度与声场灵敏度的区别： •两者的频响曲线不同，特别在高频端。 •使用场合不同 平面自由场灵敏度用于消声室等自由场环境下测试， 而扩散声场灵敏度则使用于扩散场中，声压灵敏度用 于仿真耳等腔室内测量使用。 •校准方法不同
一、测量用水声换能器 二、测量用电声换能器
三、测振传感器—加速度计
一、测量用水声换能器
1、水听器
2、水声发射换能器
1、水听器
（1）分类 （2）参数 （3） GB/T4128-1995 （4）其他技术要求 （5）国内外典型水听器介绍
(1) 分类： 根据其用途和校准的准确度 根据其使用材料
根据其用途和校准的准确度分为两级： a、一级标准水听器：建立水声声压基准， 并通过它传递声学量单位。绝对法校准。 b、二级标准水听器（测量水听器）：用作 实验室中一般测试。比较法校准。
eOC MP , 单位 V Pa P