一、测量传声器的原理
测量传声器以声波引起的物理变化为基础,通过特定结构将声压信号转换为电信号,其核心原理与关键技术如下:
电容式工作原理
主流测量传声器采用电容结构,由金属振膜、背板和绝缘体组成电容器。当声波作用于振膜时,振膜与背板间距变化导致电容值改变。若在电容器两极施加极化电压,电容变化将转化为电压信号输出。例如,½英寸传声器在1帕斯卡压力下,振膜位移仅5纳米,通过精密电路可检测这种微小变化。
声压-电信号转换机制
振膜在声压作用下产生机械振动,通过电磁感应(动圈式)或压电效应(压电式)将振动转换为电信号。电容式传声器因灵敏度高、频率响应平坦,成为声学测量的选择。其灵敏度通常在-50dBV/ubar至-125dBV/ubar之间,动态范围可达100dB以上。
声场适应性设计
根据测量环境,传声器分为自由场、压力场和扩散场三种类型:
自由场传声器:校正高频衍射效应,适用于消声室等无反射环境,如声级计测量。
压力场传声器:测量膜片表面实际声压,用于耳机测试或耦合器校准。
扩散场传声器:适应混响室等反射环境,声波从多方向均匀入射。
二、测量传声器的应用
测量传声器凭借高精度和适应性,在声学测量、环境监测、工业控制等领域发挥关键作用,典型应用场景如下:
声学测量与材料性能分析
吸声系数测量:在阻抗管中,通过双传声器测量法向入射声波的反射与透射,计算材料吸声系数。例如,使用B&K4206阻抗管配合B&K4187传声器,可测量50Hz-6.4kHz频率范围内的吸声特性。
声阻抗与衰减系数:通过脉冲管法测量材料复反射系数,推导声阻抗、纵波声速等参数,用于建筑声学设计或噪声控制。
环境噪声监测
声级计核心部件:作为声级计的“耳朵”,传声器将环境噪声转换为电信号,经A/C计权网络处理后显示分贝值。例如,2级声级计用于环境噪声普查,1级声级计用于低频噪声或高精度测量。
职业噪声暴露评估:依据GBZ2.2-2007标准,使用积分声级计测量工人每日噪声暴露水平(Lex),保护听力健康。
工业与建筑声学
机器噪声测试:在生产线中监测设备噪声,确保符合ISO9612等卫生标准。例如,测量风机、压缩机等设备的A声级,评估其对操作人员的影响。
建筑音质评价:在礼堂、体育馆等场所测量混响时间(RT60),优化声学设计,提升语音清晰度或音乐丰满度。
声学设备研发与校准
麦克风校准:使用耦合腔互易法校准传声器声压灵敏度,确保测量数据可追溯至国际单位制(SI)。
扬声器性能测试:在消声室中测量扬声器频率响应、失真度等参数,为产品研发提供数据支持。