NVH基础知识四

一、传声器及其参数特性

传声器是最基本的声学测量设备，是一种装有换能器的电声器件，能把声波的机械能转换为电能（Microphone 俗称话筒，音译作麦克风）。

传声器可以分为静电和电动两种：

静电传声器是以电场变化为原理的传声器，常见的有电容式、驻极体式和压电式三种。

电动传声器是用电磁感应为原理，以在磁场中运动的导体上获得输出电压的传声器，常见的有动圈式 和带式传声器。

1、动圈式传声器：动圈式传声器以悬浮于磁路系统中的音圈切割磁力线而产生电压输出。它的结构牢固，性能稳定，能承受强音而不失真，价格较便宜，是一种耐用的传声器，广泛应用于一般音响系统。是在生活中最常见的传声器，但在声学测量中很少使用。

动圈式传声器：主要由振动膜片、音圈、永义磁铁和升压变压器等组成。它的工作原理是当人对着话筒讲话时，膜片就随着声音前后颤动，从而带动音圈在磁场中作切割磁力线的运动。根据电磁感应原理，在线圈两端就会产生感应音频电动势，从而完成了声电转换。为了提高传声器的输出感应电动势和阻抗，还需装置一只升压变压器。

动圈传声器结构简单、稳定靠、使用方便、固有噪声小，被广泛用于语言广播和扩声系统中。但缺点是灵敏度较低、频率范围窄。不适合做声学测量。 

2、带式传声器

带式传声器的振动系统是一条悬挂在强磁场中的波状合金箔。它的频率响应极好，特别是瞬态特性好，音色柔和自然，指向性为双向，但输出电平极低，而且防风耐震性差，易损坏，不宜在室外使用。目前除特殊用途外，已很少使用。

3、静电传声器

按换能方式分，又可以分为：  电容式传声器，压电传声器，驻极体传声器三种。

按感应方式分，又可以分为：  压强式、压差式和相移式三种其中压强式是常用的。

二、传声器特点及主要性能

1、传声器参数指标

2、传声器灵敏度

传声器灵敏度也称响应，指输出端电压和输入端有效声压的比值。S=输出电压/输入端声压，实际使用时也常用对数（分贝）来表示灵敏度，称作灵敏度级。但在噪声测量中，常把灵敏度级称为灵敏度。灵敏度反映的是传声器对声音的测量灵敏程度。

1）灵 敏 度： 20mV/Pa（驻极体传声器），频响特性：100Hz-12KHz

2）灵 敏 度：18mV/Pa（驻极体传声器），频响特性：150Hz-12500Hz

3）灵敏度：1KHz、4.5V、2.2KΩ，频响特性：50—1000Hz

–48dB ~ –28dB (0dB=1V/pa)

–68dB ~  –48dB (0dB=1V/μbar 0.1Pa)

3、传声器频响特性

传声器的灵敏度对频率的响应情况（即传声器灵敏度随频率的变化情况）称为传声器的频率响应特性。

理想情况下，传声器的频率响应特性应尽可能平直，即在测量范围内输出恒定，灵敏度保持不变，但实际的传声器往往出现高低起伏的变化。

4、传声器输出阻抗

传声器的输出阻抗是指传声器的两根输出线之间在1KHz（即1千赫）时的阻抗。有低阻（如50Ω、150Ω、200Ω、250Ω、600Ω等）和高阻（如10KΩ、20KΩ、50KΩ）两种。

频率不同，传声器的阻抗也有所不同，一般来说，频率较低时阻抗会较大，为确保低频响应，设计测量系统时要注意阻抗匹配。

5、传声器指向特性

传声器感应面上的声压变化不仅与声波频率、传声器形状和尺寸有关，而且还与声波的传播方向有关。传声器这种灵敏度随声波入射方向变化的特性称为传声器的指向性。

一般用当声波以一个角度入射时，传声器灵敏度与轴向入射轴向灵敏度的比值来表示指向性。

一般来说，同一传声器对不同频率的声音指向特性不同，频率越高，指向特性越明显。

指向性图案：

一般来说，传声器尺寸与波长相比很小可以忽略时，传声器可以看作是无指向性的，但如果尺寸不可忽略，传声器将表现出明显的指向性。

6、传声器动态范围

传声器灵敏度保持不变的声压变化范围称为动态范围，传声器动态范围宽，则可测量的声压范围大。

传声器最小测量声级主要由电路内部噪声决定，上限可测范围一般指出现3％谐波失真时的声级，一般来说，传声器直径越小，可测上限声级越高。

7、传声器其他参数

信噪比（固有噪声）、工作电压、工作电流、外型尺寸

8、静电式传声器的结构及工作原理

传声器均有两部分组成；

声接收器：一般由膜片及壳体等构成。将声压转化为位移或速度。

电换能器：将位移或速度转化为电量。电容式，驻极体式换能器为可变电容；压电式传声器为压电晶片。

9、电容式传声器

由模片和后极板构成一电容位移传感器。在极化电压作用下，在有声压变化时，会有电流产生，并输出电压。

灵敏度高，频响特性宽而且平直，动态范围广，从12～170dB均可测量。输出稳定，环境适应性强。但制造成本高，制造复杂，而且需要极化电压（不同传声器的极化电压有所不同）。

10、驻极体式传声器

利用驻极体换能器进行工作的传声器称为驻极体传声器，通常使用聚四氟乙烯材料作为振动膜片。由于这种材料经特殊电处理后，表面被永久地驻有极化电荷，从而取代了电容传声器的极板，故名为驻极体电容传声器。

其工作原理与电容式传声器比较接近，只是不再需要极化电压，实际上是一种自偏压式电容位移传感器。

全指向性驻极体传声器：Omnidirectional Electret Condenser Microphone Cartridge 

驻极体传声器由于不需要极化电压，可直接与放大器相连接，结构坚固，成本低，便于使用。但高频频响差，稳定性不高。

11、压电传声器

压电传声器是利用压电晶体作为感应器，在声压变化时，压电晶体会随之产生电荷，输出电压信号。由于压电晶体比电容传声器模片厚得多，因而固有频率低，频响特性较窄，灵敏度也比较低。只适合于普通场合的的噪声测量。

三、倍频程及计权声级

1、频谱：以频率为横坐标，声压级或者声强级为纵坐标给出的噪声测量图形称为频谱图，一般来说频谱图中各峰值所对应的频率就是某声源造成。

2、倍频程

可听声范围从20Hz到20KHz频率变化范围高达1000倍，为实用方便，把频率变化范围划分为若干频程，每个频程有上下限和中心频率，如果两个频率相差一倍则称为相差一个倍频程。

按国际通用取法，人耳能听到的频率范围按倍频程分为9段：

3、1/3倍频程

倍频程划分频率太粗略，为使频带更窄一点，通常把一个频程再分为三份，称为1/3倍频程。

从31.5~4000Hz共26个频率段来表示：

1/3倍频程声压级：

4、A计权声压级

对声或者噪声的客观量度一般采用声压级、声强级或声功率级表示，但人的主观感受还很大程度上受频率的影响。模拟40方等响曲线对声音进行修正，模拟人的主观感觉，这样得到的声压级称为A计权声级。

习惯上，常按1/3倍频程的中心频率给出各个频段的修正值。计算总的计权声级时，将各个频带的声级根据中心频率进行修正后再进行叠加。

在声级叠加时需要进行分贝的合成，分贝合成：

从声贝的合成可以看到，如果两个声源中一个噪声级超过另外一个6～8分贝，则较弱者可以忽略不计。

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