傳聲器作為一個聲-電換能器,靈敏度是其重要指標,直接決定了分析儀分析出的信號與實際聲壓的等效關系。每個傳聲器出廠時都會明確給出其靈敏度值,但細心的用戶會發(fā)現(xiàn)一個問題,出廠報告上給出的靈敏度與實際校準出來的靈敏度不一致,報告上的靈敏度會偏大。這是什么問題呢?
拋開老化導致的傳聲器靈敏度下跌的可能,其實這兩個靈敏度不一致主要是因為他們表述的是兩個不同系統(tǒng)的靈敏度。傳聲器報告中給出的靈敏度叫開路靈敏度,它標明的是該傳聲器不帶任何負載情況下的實際聲能轉(zhuǎn)換能力;而我們在實際應用中,校準出來的靈敏度是負載靈敏度,他包含了前置放大器、線纜、分析儀等整個系統(tǒng)的靈敏度。
首先,前置放大器的影響。前置放大器是一個輸入電阻很高、輸入電容很低、輸出阻抗也很低的特種放大器。我們聲學測量中一般使用電容傳聲器,其等效輸出阻抗非常大,是無法直接連接到分析儀上的,所以我們需要一個前置放大器配合使用,以進行阻抗變換。傳聲器與前置放大器的等效圖如下圖所示:
voc表示輸入電壓,cm表示電容傳聲器的等效電容,在ci表示前置放大器的輸入電容、ri表示前置放大器的輸入電阻,g表示前置放大器的傳輸增益、ro表示輸出電阻,cc表示線纜的等效電容,vo表示輸出電壓。
對整個系統(tǒng)進行分析,則該系統(tǒng)的傳輸公式如下。
由于前置放大器的輸入阻抗一般大于2gω,在計算中可以忽略不計,而線纜電容、輸出電阻主要對信號的高頻影響比較大,所以此公式可化簡為如下:
將其以db表示,則得到如下公式:
通過這個公式,我們可以大致算出傳聲器配合前置放大器后的輸出衰減。這些指標我們可以從傳聲器和前置放大器的說明中得到,比如我們常用的awa14423傳聲器,它的電容量(cm)約為19pf;awa14604型前置放大器,它的傳輸增益(g)約為-0.15db,輸入電阻(ri)>10gω,輸入電容(ci)0.35pf,輸出電阻(ro)<150ω。則awa14423配合awa14601使用時,其靈敏度級較awa14423的開路靈敏度級相差約20*log(19/(19+0.35)-0.15=0.3db。
其次,分析儀的誤差,校準器的差異都會導致開路靈敏度與實際校準靈敏度的差異。信號分析儀的誤差主要表現(xiàn)在其幅值準確性上,awa6290l的準確度控制在±0.1db;而1級校準器其聲壓級準確度控制在±0.3db,2級校準器其聲壓級準確度控制在±0.5db。這些誤差都可能疊加在實際的校準靈敏度上。
此外,實際校準過程中,自由場的修正,外界聲場的干擾,溫濕度的影響等都可能對影響我們的校準靈敏度結(jié)果。報告中給出的開路靈敏度一般以250hz頻率點給出,此時壓力場開路靈敏度與自由場開路靈敏度相同,而實際校準中大部分情況下在1khz處進行,此時如果是自由場傳聲器便要進行自由場修正。1/2’’傳聲器約進行0.2db的修正,1’’傳聲器約進行0.4db的修正。
所以在實際使用中,awa14423、awa14604、awa6290l配合使用時,其實際校準靈敏度級可能比開路靈敏度級小1db左右。如果兩者相差較多,便要考慮傳聲器的老化破損可能了。