声学测量第3章 声学仪器与声学设施

7.测量传声器的稳定度
温度、湿度、气压等气象条件的变化会影响传声器灵敏度，可 以用稳定度来描述这种变化的影响。其中温度的影响比较严重， 通常电容式传声器可以在-50～150℃的环境条件下使用，其温 度稳定性较好。在35℃时，其稳定度大约为：短期稳定性，每 年0.1dB;长期稳定性，每年小于0.5dB。在-50～150℃时，温度 变化1℃，其灵敏度变化大约为0.008dB。在相对湿度为0～90% 的环境条件下，其灵敏度的变化小于0.5dB；大气静压强的影响 大约为-0.003dB/mmHg(1mmHg≈133.3Pa)。对于驻极体电容式 传声器，稳定度较差，在0～55℃环境条件下，温度系数大约 为每度0.03dB，驻极体电容式传声器在室温条件下放置15个月， 其灵敏度变化大约为±1dB。
2.自由场灵敏度校准
图3.1.10 自由场灵敏度校准示意图
3.活塞发生器校准
图3.1.11 活塞发声器校准气压修正曲线
4.声级校准器的校准
声级校准器包括一个性能稳定的频率为1kHz的振荡器和压电元 件。使用时，振荡器的输出馈给压电元件，带动膜片振动并在 耦合腔内产生1Pa的声压(94dB)。上述系统工作在共振频率，其 等效耦合体积约为200cm3，所以产生的声压与传声器等效容积 无关。在现场用它来校准传声器，其准确度可达±0.3dB。
5.高声强传声器校准器
高声强传声器校准器用电动激振器推动活塞，它的空腔较小， 允许在164dB声压级条件下校准12″、14″、1/8″三种电容式传声 器。如果使用脉冲信号源，则校准声压级可以提高到172dB。 在使用不同容积的耦合腔时，其校准频率范围为10－2Hz～1kH z，校准的准确度大约为±1.5dB，不受空腔体积和大气静压力 的影响。
3.1.3 测量传声器等效电路
图3.1.7 电容式传声器与其负载相连时的等效电路
3.1.3 测量传声器等效电路
图3.1.8 电容式传声器的等效电路
3.1.4 测量传声器的选择
表3.1.1 国产CH系列电容式传声器参考特性
3.1.4 测量传声器的选择
表3.1.2 B&K公司电容式传声器的空载灵敏度
1.声压灵敏度校准
图3.1.9 耦合腔互易校准方法示意图
2.自由场灵敏度校准
1)以辅助的可逆换能器用作声源，送入电流IT，测量放在距离d 处作接收用的待校准传声器2的开路电压U2。 2)用一个恒定输出的辅助声源3作发射器，将传声器1、2放在该 声源产生的声场中相同的点，其距离d应该足够大，以保证通 过该点的声波是一平面波，测量出两个传声器的开路电压Ｕ′1 和Ｕ′2。
声学测量
第3章 声学仪器与声学设施
3.1 传声器 3.2 声级计 3.3 声强测量系统 3.4 数字式声学仪器 3.5 声学设施
3.1 传声器
3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 3.1.6
传声器的分类及工作原理 测量传声器及其主要性能参数 测量传声器等效电路 测量传声器的选择 测量传声器的校准 测量传声器的附件
6.最大声压级和动态范围
在强声波的作用下，传声器的输出会产生非线性畸变。当非线 性畸变达到3%时的声压级，习惯上规定为传声器能测量的最高 声压级。测量传声器能够测量的声压大小，上限受非线性畸变 限制，下限受固有噪声限制。因此，最高声压级减去等效噪声 级就是测量传声器的动态范围。一般说来，电容式传声器的最 高声压级大约分别为：1″为150dB，1/2″为160dB，1/4″为175dB， 1/8″为180dB。若允许超过3%的谐波畸变，则尚可提高10～15d B，接近于传声器膜片破裂的情况。对于驻极体电容式传声器 的最高声压级大约为：1″为140dB，1/2″为145dB，1/4″为150dB， 若再提高20dB，驻极体就会破裂。
2.频率响应
图3.1.5 电容式传声器频率响应曲线
3.指向特性
图3.1.6 测量传声器灵敏度指向特性
4.输出阻抗及输出阻抗特性曲线
从传声器输出端测得的内阻抗的模值即为传声器输出阻抗，简 称传声器阻抗。一般测量1kHz时的阻抗值为该传声器的输出阻 抗。
5.传声器的噪声级
(1)等效噪声级 当作用在传声器膜片上的声压为零时，传声器 仍有输出电压，称这个电压为传声器的固有噪声电压，它是由 传声器内部的电路噪声及导线中分子热运动而产生的，这种固 有噪声电压，可以看做是由能产生相同输出电压的外部声压级 引起的，故称等效噪声级。 (2)磁感应噪声级 传声器受到交流电磁场的作用时，在其输出 端会产生感应噪声电压，即为传声器的磁感应噪声。
3.1.1 传声器的分类及工作原理
1.动圈式传声器 2.电容式传声器 3.驻极体电容式
3.1.1 传声器的分类及工作原理
传声器传声器的分类方法有多种。若按换能方式分类，可分为 电动式、电容式和压电式等。按接收方式可分为压强式、压差 式、复合式等。若按传声方式分类，可分为有线传声器和无线 传声器两类。若按指向特性分类，可分为无指向性、双指向性 和单指向性(包括心形和钳形)三类。若按声波接收原理分类， 可分为声压式和压差式两类。
3.1.4 测量传声器的选择
表3.1.3 B&K公司电容式传声器的选用
3.1.5 测量传声器的校准
1.声压灵敏度校准 2.自由场灵敏度校准 3.活塞发生器校准 4.声级校准器的校准 5.高声强传声器校准器 6.声压灵敏度频率响应的测量 7.各种传声器校准方法的比较
1.声压灵敏度校准
1)将传声器1、2 放入耦合空腔。 2)将换能器 3、传声器 2 放入耦合空腔。 3)将换能器 3、传声器 1 放入耦合空腔。
1.动圈式传声器
图3.1.1 动圈式传声 器的结构示意图
2.电容式传声器
图3.1.2 电容式传声器的 结构示意图
3.驻极体电容式传声器
图3.1.3 驻极体电容式传 声器结构示意图
3.1.2 测量传声器及其主要性能参数
1.灵敏度 2.频率响应 3.指向特性 4.输出阻抗及输出阻抗特性曲线 5.传声器的噪声级 6.最大声压级和动态范围 7.测量传声器的稳定度
1.灵敏度
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传声器的灵敏度是指
传声器输出电压与该
传声器所受声压之比， 常以符号M表示，单 位为V/Pa(以前曾普遍 采用V/μbar)。通常情 况下，传声器的灵敏 度是指传声器在1kHz 频率处接受1Pa声压 时，传声器的开路输
出电压。灵敏度越高， 表示传声器声—电转 换能力越强。
图3.1.4 1/2″电容式传声器 自由场校准曲线