傳聲器的規格、標準及動態范圍該如何選擇？磁場和溫度會有什么影響？

HBK聲學與振動

2022年8月4日 09:19

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Brüel & Kj?r擁有70多年的傳聲器設計制造和測試經驗、有嚴格的質量控制流程，是業界的公認標準。

選擇合適的傳聲器

由于有許多不同的類型可供選擇，為特定應用選擇更合適的傳聲器似乎是一項首當其沖的任務。

電容傳聲器是外部極化或預極化的，它們有不同的尺寸：1英寸、1/2英寸、1/4英寸或1/8英寸，并針對自由場、壓力場或擴散場進行了優化。與這些類別不直接對應的傳聲器被稱為“特殊傳聲器”。

下圖矩陣中，并非所有位置都對應于某種型號，例如，1英寸傳聲器通常是外部極化的，因為它們是在預極化傳聲器能足夠穩定地制造之前設計的，并且經典耐用。

1/8英寸傳聲器是壓力場傳聲器，由于體積小，自由場和壓力響應在相當高的頻率下大致相同（例如，自由場校正在15kHz時小于1dB）。

下圖矩陣中對應了Brüel & Kj?r測量傳聲器：

傳聲器的規格、標準及動態范圍該如何選擇？磁場和溫度會有什么影響？的圖1

傳聲器的應用和規格

選擇哪種輸入模塊——經典7針LEMO還是CCLD？

CCLD（即Del Tatron或稱IEPE）只能與預極化傳聲器匹配，經典的 7針LEMO輸入兼容外部極化傳聲器也支持預極化傳聲器。對于便攜式儀器（例如聲級計）以及存在高濕度的地方，首選預極化傳聲器。對于在實驗室或存在高溫場合測量，建議使用外部極化傳聲器。

有關CCLD和經典7針LEMO輸入的信息，請點擊查看傳聲器前置放大器。

傳聲器應該針對哪種聲場進行優化？

例如，在進行戶外測量時，或在吸聲良好的室內環境中，最好使用自由場傳聲器。但是，對于用小型封閉耦合器或靠近硬表面進行的測量，最好使用壓力場傳聲器。

對于在可能出現混響的封閉區域進行測量，最好選用針對擴散場（隨機入射）響應優化的傳聲器。在某些情況下，壓力場傳聲器具有足夠平坦的隨機入射響應。這是因為在頻率范圍內，壓力場傳聲器的隨機入射響應比自由場傳聲器更為平坦。

特殊應用

表面聲波壓力測量，顯而易見應選擇表面傳聲器。對于非常規的應用，可以選擇特殊傳聲器。例如，實驗室參考傳聲器、戶外傳聲器、陣列傳聲器、次聲傳聲器等。

傳聲器標準

實驗室參考傳聲器的標準在國際標準IEC61094—1:2000中規定
測量傳聲器的標準在國際標準IEC61094—4:1995中規定

這些標準使用縮寫WS代表工作標準，例如，日常測量中使用的測量傳聲器，而縮寫LS代表實驗室標準。

“WS”后面的數字表示如下：

1=1英寸傳聲器
2=1/2英寸傳聲器
3=1/4英寸傳聲器

字母“F”表示自由場類型，“P”表示壓力場類型。

電聲標準

相關的更高的電聲標準是IEC61672:2002“電聲-聲級計”。盡管傳聲器只是符合IEC61672的各種系統中的一個重要組件，但仍有許多其他因素需要考慮。除此而外，下表還顯示了哪些傳聲器適用于必須滿足IEC61672要求的系統解決方案。

傳聲器的規格、標準及動態范圍該如何選擇？磁場和溫度會有什么影響？的圖2

量程和動態范圍

固有的噪音： 即使將傳聲器放在“完全安靜”的房間里，傳聲器背板和隔膜也會有一些布朗運動，這些運動產生非常小的壓力波動，并將引起電容的變化，在極化電壓作用下，傳聲器將輸出電壓。與此輸出電壓對應的SPL被定義為傳聲器的固有噪音。

3％失真限 制：盡管電容傳聲器是高度線性的，但在聲壓增大到一定極限時，輸出信號仍會存在失真。在Brüel & Kj?r，我們指定3%的失真限值作為準確測量的建議最大限值。

10％失真限制： 在3%失真限制之后聲壓繼續增加將導致更大的失真。在某些情況下，會指定10%的失真限制。在許多實際情況下，10％的失真限制由前置放大器決定。

最大SPL： 作用在傳聲器上的機械力，最大壓力水平永遠不應超過此限值，否則長期穩定性可能受到影響和/或可能發生機械損壞。相應的聲壓級別稱為最大SPL。

傳聲器/前置放大器組合的動態范圍： 在實際應用中，動態范圍的下限由傳聲器和前置放大器的組合噪聲決定。SPL上限通常由前置放大器的輸出電壓限值決定。當使用CCLD(IEPE)前置放大器時，這一點尤其重要，因為這里的最大電壓受前置放大器的輸入級（開路）電壓的限制。

例如，許多前端使用的供電電壓為28V，將最大電壓限幅限制在20Vpp左右，這將決定傳聲器前置放大器組合的實際最大限值。

Brüel & Kj?r將動態范圍定義為從本底噪聲到SPL的范圍，標明傳聲器/前置放大器組合的3％失真限制，并在相關情況下標稱供電電壓。

注意：使用經典7針LEMO輸入和120V電源，最大SPL會提高約12dB

在磁場中進行測量

在磁場（例如混合動力汽車或電動汽車、靠近風力渦輪發電機發電機、靠近大型MR掃描儀或其他類似設備）中進行聲音測量時，建議使用由鈦制成的新款Brüel & Kj?r傳聲器，例如4948、4949、4955和4988型。

與常規傳聲器使用的金屬材料相比，鈦制傳聲器的輸出受磁場的影響要小得多。磁致信號被視為噪聲，會增加傳聲器的底噪。例如：