传声器的规格、标准及动态范围该如何选择？磁场和温度会有什么影响？

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：  

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。

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。

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。 

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：

• 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。