一、測量傳聲器的原理
測量傳聲器以聲波引起的物理變化為基礎,通過特定結構將聲壓信號轉換為電信號,其核心原理與關鍵技術如下:
電容式工作原理
主流測量傳聲器采用電容結構,由金屬振膜、背板和絕緣體組成電容器。當聲波作用于振膜時,振膜與背板間距變化導致電容值改變。若在電容器兩極施加極化電壓,電容變化將轉化為電壓信號輸出。例如,½英寸傳聲器在1帕斯卡壓力下,振膜位移僅5納米,通過精密電路可檢測這種微小變化。
聲壓-電信號轉換機制
振膜在聲壓作用下產生機械振動,通過電磁感應(動圈式)或壓電效應(壓電式)將振動轉換為電信號。電容式傳聲器因靈敏度高、頻率響應平坦,成為聲學測量的選擇。其靈敏度通常在-50dBV/ubar至-125dBV/ubar之間,動態范圍可達100dB以上。
聲場適應性設計
根據測量環境,傳聲器分為自由場、壓力場和擴散場三種類型:
自由場傳聲器:校正高頻衍射效應,適用于消聲室等無反射環境,如聲級計測量。
壓力場傳聲器:測量膜片表面實際聲壓,用于耳機測試或耦合器校準。
擴散場傳聲器:適應混響室等反射環境,聲波從多方向均勻入射。
二、測量傳聲器的應用
測量傳聲器憑借高精度和適應性,在聲學測量、環境監測、工業控制等領域發揮關鍵作用,典型應用場景如下:
聲學測量與材料性能分析
吸聲系數測量:在阻抗管中,通過雙傳聲器測量法向入射聲波的反射與透射,計算材料吸聲系數。例如,使用B&K4206阻抗管配合B&K4187傳聲器,可測量50Hz-6.4kHz頻率范圍內的吸聲特性。
聲阻抗與衰減系數:通過脈沖管法測量材料復反射系數,推導聲阻抗、縱波聲速等參數,用于建筑聲學設計或噪聲控制。
環境噪聲監測
聲級計核心部件:作為聲級計的“耳朵”,傳聲器將環境噪聲轉換為電信號,經A/C計權網絡處理后顯示分貝值。例如,2級聲級計用于環境噪聲普查,1級聲級計用于低頻噪聲或高精度測量。
職業噪聲暴露評估:依據GBZ2.2-2007標準,使用積分聲級計測量工人每日噪聲暴露水平(Lex),保護聽力健康。
工業與建筑聲學
機器噪聲測試:在生產線中監測設備噪聲,確保符合ISO9612等衛生標準。例如,測量風機、壓縮機等設備的A聲級,評估其對操作人員的影響。
建筑音質評價:在禮堂、體育館等場所測量混響時間(RT60),優化聲學設計,提升語音清晰度或音樂豐滿度。
聲學設備研發與校準
麥克風校準:使用耦合腔互易法校準傳聲器聲壓靈敏度,確保測量數據可追溯至國際單位制(SI)。
揚聲器性能測試:在消聲室中測量揚聲器頻率響應、失真度等參數,為產品研發提供數據支持。