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[综合讨论] 传声器的规格、标准及动态范围该如何选择?磁场和温度会有什...

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发表于 2022-8-4 09:22 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 BK声学与振动 于 2022-8-4 09:24 编辑

Brüel & Kjær拥有70多年的传声器设计制造和测试经验、有严格的质量控制流程,是业界的公认标准。

选择合适的传声器

由于有许多不同的类型可供选择,为特定应用选择更合适的传声器似乎是一项首当其冲的任务。

电容传声器是外部极化或预极化的,它们有不同的尺寸:1英寸、1/2英寸、1/4英寸或1/8英寸,并针对自由场、压力场或扩散场进行了优化。与这些类别不直接对应的传声器被称为“特殊传声器”。 下图矩阵中,并非所有位置都对应于某种型号,例如,1英寸传声器通常是外部极化的,因为它们是在预极化传声器能足够稳定地制造之前设计的,并且经典耐用。

1/8英寸传声器是压力场传声器,由于体积小,自由场和压力响应在相当高的频率下大致相同(例如,自由场校正在15kHz时小于1dB)。

下图矩阵中对应了Brüel & Kjær测量传声器:  


                               
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传声器的应用和规格

选择哪种输入模块——经典7针LEMO还是CCLD?CCLD(即DelTatron或称IEPE)只能与预极化传声器匹配,经典的7针LEMO输入兼容外部极化传声器也支持预极化传声器。对于便携式仪器(例如声级计)以及存在高湿度的地方,首选预极化传声器。对于在实验室或存在高温场合测量,建议使用外部极化传声器。

有关CCLD和经典7针LEMO输入的信息,请点击查看传声器前置放大器

传声器应该针对哪种声场进行优化?例如,在进行户外测量时,或在吸声良好的室内环境中,最好使用自由场传声器。但是,对于用小型封闭耦合器或靠近硬表面进行的测量,最好使用压力场传声器。

对于在可能出现混响的封闭区域进行测量,最好选用针对扩散场(随机入射)响应优化的传声器。在某些情况下,压力场传声器具有足够平坦的随机入射响应。这是因为在频率范围内,压力场传声器的随机入射响应比自由场传声器更为平坦。

特殊应用表面声波压力测量,显而易见应选择表面传声器。 对于非常规的应用,可以选择特殊传声器。例如,实验室参考传声器、户外传声器、阵列传声器、次声传声器等。




传声器标准

  • 实验室参考传声器的标准在国际标准IEC61094—1:2000中规定
  • 测量传声器的标准在国际标准IEC61094—4:1995中规定
这些标准使用缩写WS代表工作标准,例如,日常测量中使用的测量传声器,而缩写LS代表实验室标准。

“WS”后面的数字表示如下:

  • 1=1英寸传声器
  • 2=1/2英寸传声器
  • 3=1/4英寸传声器
字母“F”表示自由场类型,“P”表示压力场类型。

电声标准相关的更高的电声标准是IEC61672:2002“电声-声级计”。尽管传声器只是符合IEC61672的各种系统中的一个重要组件,但仍有许多其他因素需要考虑。除此而外,下表还显示了哪些传声器适用于必须满足IEC61672要求的系统解决方案。


                               
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量程和动态范围

固有的噪音:即使将传声器放在“完全安静”的房间里,传声器背板和隔膜也会有一些布朗运动,这些运动产生非常小的压力波动,并将引起电容的变化,在极化电压作用下,传声器将输出电压。与此输出电压对应的SPL被定义为传声器的固有噪音。

3%失真限制:尽管电容传声器是高度线性的,但在声压增大到一定极限时,输出信号仍会存在失真。在Brüel & Kjær,我们指定3%的失真限值作为准确测量的建议最大限值。

10%失真限制:在3%失真限制之后声压继续增加将导致更大的失真。在某些情况下,会指定10%的失真限制。在许多实际情况下,10%的失真限制由前置放大器决定。

最大SPL:作用在传声器上的机械力,最大压力水平永远不应超过此限值,否则长期稳定性可能受到影响和/或可能发生机械损坏。相应的声压级别称为最大SPL。

传声器/前置放大器组合的动态范围:在实际应用中,动态范围的下限由传声器和前置放大器的组合噪声决定。SPL上限通常由前置放大器的输出电压限值决定。当使用CCLD(IEPE)前置放大器时,这一点尤其重要,因为这里的最大电压受前置放大器的输入级(开路)电压的限制。

例如,许多前端使用的供电电压为28V,将最大电压限幅限制在20Vpp左右,这将决定传声器前置放大器组合的实际最大限值。

Brüel & Kjær将动态范围定义为从本底噪声到SPL的范围,标明传声器/前置放大器组合的3%失真限制,并在相关情况下标称供电电压。


                               
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注意:使用经典7针LEMO输入和120V电源,最大SPL会提高约12dB




在磁场中进行测量

在磁场(例如混合动力汽车或电动汽车、靠近风力涡轮发电机发电机、靠近大型MR扫描仪或其他类似设备)中进行声音测量时,建议使用由钛制成的新款Brüel & Kjær传声器,例如4948、4949、4955和4988型。

与常规传声器使用的金属材料相比,钛制传声器的输出受磁场的影响要小得多。磁致信号被视为噪声,会增加传声器的底噪。例如:
[url=]字数检查[/url]
  • 1/4英寸阵列传声器4958对于80A/m 50Hz的磁场,相当于40dB的等效SPL
  • 1/2英寸的4189型自由场传声器对于80A/m 50Hz磁场的等效SPL相当于6dBSPL
  • 4955和4988型钛传声器暴露在80A/m、50Hz磁场影响微乎其微,低于可检测的的下限

温度的影响

在高温下(+80°C以上)会发生什么?

  • 电子元件可能会超过其最高结温,这是非常严重的,应该避免。
  • 预极化传声器可能会失去驻极体电压。这将导致永久性灵敏度损失,这意味着,如果需要进行较长时间的高温测试,应始终使用外部极化传声器。
  • 膜片张力将减小,这意味着灵敏度的升高和频率响应的变化。
  • 电缆护套和其他绝缘器件可能会融化。虽然这不期望,但有时也并不是灾难性的。
  • 实际上,在所有温升情况下,固有的电子噪声都呈指数级增加。基本的经验法则:每温升10°C,许多温度影响因素将成倍增长(Arrhenius定律)。
传声器在23°C进行校准,温度系数指定传声器在温度变化时的行为方式。此参数描述传声器的稳定性和质量。

通用传声器,例如4189型传声器,在-30°C至+150°C的温度范围内,在规格范围内表现良好。 通用前置放大器具有相对稳定的直流偏置,可工作至80°C左右。它们的规定范围为-20至+60°C(-4至+140°F),但在高达+80°C的温度下工作非常好,噪音会有所增加。

1706型高温前置放大器设计用于高达125°C的性能。在高温下,相比其他型号,它的直流偏置点更稳定,最大SPL限制不会降低。高温时电噪声会增加,这会影响传声器/前置放大器组合动态范围的下限,并限制其测量非常低声压级的能力。

关于在高温下电缆的使用问题,应注意不建议使用PUR电缆。考虑额定温度为150°C的硅胶电缆或PFA电缆,如电缆AO-0406,工作范围为-75至+250°C。

如果真的很热(+125°C)怎么办?

  • 你必须让前置放大器远离热点
  • 齐平安装套件UA-0122和UA-0123或天鹅颈UA-0196是很好的使用工具
  • 有时探针传声器4182型更胜任这项工作
4182型允许在狭小的地方或恶劣环境中进行声压测量(高达700°C)。探头内置的传声器具有从1Hz到20kHz的平滑频率响应,高频滚降非常顺滑。

由于体积小,可以在距离声源极为接近的地方进行测量。当需要高空间分辨率时,测量点可以紧密间隔。

在极低温度下进行测量(-160°C)
4944-W-005型是一款特殊的传声器,旨在处理低至-80°C以下的测量,非常适合在低温风洞中使用。


                               
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