第二章 測量用換能器

1、一、水聲換能器一、水聲換能器二、電聲換能器二、電聲換能器三、振動傳感器三、振動傳感器第第2 2章章 測量換能器測量換能器一、水聲換能器一、水聲換能器1.1.水聽器水聽器2. .水聲發(fā)射換能器水聲發(fā)射換能器3.3.實驗實驗1.1.水聽器水聽器（1 1） 分類分類（2 2） 參數(shù)參數(shù)（3 3） GB/T4128-1995GB/T4128-1995（4 4） 國內(nèi)外典型水聽器介紹國內(nèi)外典型水聽器介紹（5 5） 使用與維護使用與維護 (1) (1) 分類分類 根據(jù)其用途和校準的準確度根據(jù)其用途和校準的準確度 根據(jù)其使用材料根據(jù)其使用材料 根據(jù)其用途和校準的準確度分為兩級： A.A.一級標準水聽器一級標

2、準水聽器 建立水聲聲壓基準，并通過它傳遞聲學(xué)量單位。絕對法校準。 B.B.二級標準水聽器（測量水聽器）二級標準水聽器（測量水聽器） 用作實驗室中一般測試。比較法校準。根據(jù)其使用材料可分為：a a、壓電式：、壓電式： 壓電材料有硫酸鋰單晶體、偏鈮酸鉛或鋯鈦酸鉛一類的壓電陶瓷。 后來又出現(xiàn)復(fù)合壓電材料聚偏氟乙稀壓電薄膜（PVDF）制作的水聽器。b b、動圈式（電動式）、動圈式（電動式）c c、磁致伸縮式、磁致伸縮式d d、光纖式、光纖式(2) (2) 參數(shù)參數(shù) 水聽器接收靈敏度水聽器接收靈敏度 水聽器的指向性水聽器的指向性 水聽器的電阻抗水聽器的電阻抗 動態(tài)范圍動態(tài)范圍 水聽器自由場電壓靈敏度：水

3、聽器自由場電壓靈敏度：水聽器接收靈敏度水聽器在水聽器在平面自由聲場平面自由聲場中輸出端的中輸出端的開路電開路電壓壓與聲場中與聲場中放入水聽器之前放入水聽器之前存在于水聽器存在于水聽器聲中心聲中心位置處位置處自由場聲壓自由場聲壓的比值。的比值。f,ocPeVMPaP單位 水聽器聲壓靈敏度：水聽器聲壓靈敏度：oc,PpeVMPaP單位水聽器輸出端的水聽器輸出端的開路電壓與作用于水聽與作用于水聽器器接收面上的上的實際聲壓的比值。的比值。 指向性響應(yīng)圖指向性響應(yīng)圖 指向性指數(shù)指向性指數(shù) 指向性因數(shù)指向性因數(shù) 水聽器的指向性水聽器的指向性圖表示遠場傳來的平面波入射到水聽器表示遠場傳來的平面波入射到水聽器

4、接收面上的平均聲壓隨入射方向變化接收面上的平均聲壓隨入射方向變化的曲線圖，或者說，它是水聽器在遠的曲線圖，或者說，它是水聽器在遠場平面波作用下，所產(chǎn)生的開路輸出場平面波作用下，所產(chǎn)生的開路輸出電壓隨入射方向變化的曲線圖。電壓隨入射方向變化的曲線圖。 波束寬度：主瓣或主聲束兩側(cè)的兩個方向波束寬度：主瓣或主聲束兩側(cè)的兩個方向之間的夾角。之間的夾角。指向性響應(yīng)圖參數(shù)波束寬度和旁瓣級dB32dB62dB102旁瓣級：旁瓣級：0001800900270dB0dB10dB32dB20dB102dB-3指向性指數(shù) 和指向性因數(shù)RRDIlg10DI 對于水聽器，其指向性因數(shù)代表定對于水聽器，其指向性因數(shù)代表定

5、向接收器輸出端的信噪比比無指向性接向接收器輸出端的信噪比比無指向性接收器輸出端的信噪比提高的倍數(shù)。收器輸出端的信噪比提高的倍數(shù)。指向性指數(shù)和指向性因數(shù)是用來度量指向性圖主瓣或主波束的尖銳程度的特征參量，也是聲吶方程的一個重要參數(shù)。指在它的輸出端測得的等效電阻抗（或電導(dǎo)納）。指在它的輸出端測得的等效電阻抗（或電導(dǎo)納）。 在某頻率下加于換能器電端的瞬時電壓與所引在某頻率下加于換能器電端的瞬時電壓與所引起的瞬時電流的復(fù)數(shù)比。換能器電阻抗的倒數(shù)稱起的瞬時電流的復(fù)數(shù)比。換能器電阻抗的倒數(shù)稱為換能器的電導(dǎo)納。為換能器的電導(dǎo)納。水聽器的電阻抗 水聽器主軸方向入射的正弦平面行波使水聽器產(chǎn)生的開路電壓等于水聽器

6、實際輸出的帶寬1Hz的開路噪聲電壓時，則該聲波的聲壓級就是水聽器的等效噪聲聲壓級。水聽器的過載聲壓級與等效噪聲聲壓級之差。水聽器的過載聲壓級與等效噪聲聲壓級之差。水聽器的過載聲壓級水聽器的過載聲壓級 動態(tài)范圍引起水聽器過載的作用聲壓級。水聽器的等效噪聲壓級水聽器的等效噪聲壓級（3 3）GB/T4128-1995GB/T4128-1995一、二級標準水聽器聲學(xué)性能指標一、二級標準水聽器聲學(xué)性能指標靈敏度靈敏度 指在水聽器輸出電纜末端測得的聲壓靈敏度或自由場低頻靈敏度。 按照國家標準規(guī)定用于1Hz100kHz頻率范圍的壓電型標準水聽器（以下同）： 一級： 不低于-205dB-205dB(0dB r

7、e 1v /Pa) 二級： 不低于-210dB-210dB（0dB re1v/Pa）自由場靈敏度頻率響應(yīng)自由場靈敏度頻率響應(yīng) 自由場靈敏度頻響相對于聲壓靈敏度在整個使用頻率范圍內(nèi)，至少有三個十倍頻程范圍： 一級一級：其靈敏度的不均勻性小于1.5dB1.5dB，在其他頻率范圍內(nèi)靈敏度變化不超過+6dB或-10dB。 二級二級：其靈敏度的不均勻性小于2dB2dB，在其他頻率范圍內(nèi)靈敏度變化不超過+6dB或-10dB。 靈敏度校準及其準確度靈敏度校準及其準確度 低頻段應(yīng)用國標GB4130-84中規(guī)定的一級校準方法進行校準，其校準準確度優(yōu)于0.5dB0.5dB；高頻段應(yīng)用國標GB3223-82中規(guī)定的

8、互易法進行校準，其校準準確度應(yīng)優(yōu)于0.7dB0.7dB。 低頻段應(yīng)用國標GB4130-84中規(guī)定的二級校準方法進行校準，其校準準確度優(yōu)于1.0dB1.0dB；高頻段應(yīng)用國標GB3223-82中規(guī)定的比較法進行校準，其校準準確度應(yīng)優(yōu)于1.5dB1.5dB。 指向性指向性 一級： 水平指向性：在最高使用頻率下的-3dB-3dB波束寬度波束寬度應(yīng)大于30300 0，在選定方向（或主軸）5 50 0的范圍內(nèi)靈敏度變化應(yīng)小于0.2dB0.2dB。 垂直指向性：在最高使用頻率下的-3dB-3dB波束寬度波束寬度應(yīng)大于15150 0，在選定方向（或主軸）2 20 0的范圍內(nèi)靈敏度變化應(yīng)小于0.2dB0.2d

9、B。 二級： 在使用的頻率范圍內(nèi)，其水平指向性圖與理想的全指向性圖的偏差應(yīng)小于2dB2dB。 動態(tài)范圍動態(tài)范圍 一級： 在60dB60dB的動態(tài)范圍內(nèi)，非線性偏差應(yīng)小于0.2dB0.2dB。 二級： 在60dB60dB的動態(tài)范圍內(nèi)，非線性偏差應(yīng)小于0.5dB0.5dB。 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 時間穩(wěn)定性時間穩(wěn)定性： 每年校準一次，其變化應(yīng)在校準準確度以內(nèi)。 溫度穩(wěn)定性溫度穩(wěn)定性： 在0400C溫度范圍內(nèi)，靈敏度變化應(yīng)小于0.04 dB/ 0C。 在0400C溫度范圍內(nèi)，靈敏度變化應(yīng)小于0.05 dB/ 0C。 靜壓穩(wěn)定性靜壓穩(wěn)定性： 04MPa工作靜壓范圍內(nèi)，靈敏度變化應(yīng)小于0.3 dB/MPa。 0

10、4MPa工作靜壓范圍內(nèi)，靈敏度變化應(yīng)小于0.4 dB/MPa其他技術(shù)要求其他技術(shù)要求機械性能要求：水聽器暴露于水中的所有金屬和非金屬部件都要采用耐腐蝕材料制作。水聽器暴露于水中的所有金屬和非金屬部件都要采用耐腐蝕材料制作。水聽器的參考聲中心位置及測量方向要有明顯標志。水聽器的參考聲中心位置及測量方向要有明顯標志。水聽器相對于它的周圍媒質(zhì)應(yīng)是聲學(xué)剛性的。水聽器相對于它的周圍媒質(zhì)應(yīng)是聲學(xué)剛性的。電學(xué)性能要求：對于不帶前放的水聽器，在電纜端測得的絕緣電阻應(yīng)大于對于不帶前放的水聽器，在電纜端測得的絕緣電阻應(yīng)大于100M100M（測試電壓不（測試電壓不小于小于100V100V）。）。高阻抗的敏感元件應(yīng)有

11、電屏蔽。高阻抗的敏感元件應(yīng)有電屏蔽。連接電纜應(yīng)不少于連接電纜應(yīng)不少于10m10m，當敏感元件的電容量小于連接電纜的電容量時一般應(yīng)連，當敏感元件的電容量小于連接電纜的電容量時一般應(yīng)連接前置放大器接前置放大器。（5 5）使用與維護：）使用與維護： 合理選擇水聽器合理選擇水聽器. . 標準水聽器每年應(yīng)經(jīng)計量部門檢定一次。標準水聽器每年應(yīng)經(jīng)計量部門檢定一次。 檢查水聽器的絕緣電阻時，試驗電壓不小于檢查水聽器的絕緣電阻時，試驗電壓不小于100v100v。 注意存放環(huán)境。注意存放環(huán)境。 用完后妥善保管用完后妥善保管 水聽器的壓電元件電容值不可低于水聽器連接電纜本身水聽器的壓電元件電容值不可低于水聽器連接電

12、纜本身的電容值。所以選用低分布電容電纜。的電容值。所以選用低分布電容電纜。2.2.水聲發(fā)射換能器水聲發(fā)射換能器（1）分類）分類 同水聽器。同水聽器。 無光纖式，但稀土材料的發(fā)射換能器是一種新型換能器。（3 3）參數(shù)：）參數(shù)： 發(fā)射換能器發(fā)送響應(yīng) 發(fā)射換能器指向性 發(fā)射換能器電阻抗 輸入電功率、發(fā)射聲功率和電聲效率 發(fā)射換能器發(fā)送響應(yīng)：發(fā)射換能器發(fā)送響應(yīng)： 發(fā)送電壓響應(yīng) 發(fā)射換能器在某頻率下、在指定方向發(fā)射換能器在某頻率下、在指定方向上的遠場中離其聲中心某參考距離處的聲上的遠場中離其聲中心某參考距離處的聲壓和該參考距離的乘積與加到輸入電端的壓和該參考距離的乘積與加到輸入電端的電壓的比值。電壓的比

13、值。 發(fā)送電流響應(yīng) 發(fā)送功率響應(yīng)發(fā)射換能器的指向性發(fā)射換能器的指向性 發(fā)射指向性圖是表示它在自由場中發(fā)射指向性圖是表示它在自由場中輻射聲波時，在其遠場中聲能空間分布輻射聲波時，在其遠場中聲能空間分布的圖象。的圖象。 換能器的發(fā)射指向性圖會隨發(fā)射信換能器的發(fā)射指向性圖會隨發(fā)射信號頻率的改變而變化，即同一發(fā)射換能號頻率的改變而變化，即同一發(fā)射換能器當發(fā)射不同頻率的信號時，其輻射聲器當發(fā)射不同頻率的信號時，其輻射聲能在空間的分布是不同的能在空間的分布是不同的. . 發(fā)射指向性因數(shù)和發(fā)射指向性指數(shù)發(fā)射指向性因數(shù)和發(fā)射指向性指數(shù) 在參考方向上（通常指聲軸向）遠場中某點的聲強（或聲壓有效值平方）與相同距離

14、上各方向的聲強平均值（或聲壓有效值平方的平均值）之比為發(fā)射指向性因數(shù)，此比值的分貝數(shù)稱為發(fā)射指向性指數(shù)。 輸入電功率、發(fā)射聲功率和電聲效率輸入電功率、發(fā)射聲功率和電聲效率輸入電功率 是其功率源吸收的有用功率。是其功率源吸收的有用功率。發(fā)射聲功率 是其在單位時間內(nèi)向介質(zhì)聲場發(fā)射出的有效聲能量。是其在單位時間內(nèi)向介質(zhì)聲場發(fā)射出的有效聲能量。電聲效率 是其輸出聲功率與輸入總電功率的比值。是其輸出聲功率與輸入總電功率的比值。 換能器的電聲效率實際上也等于其機電效率與機聲效換能器的電聲效率實際上也等于其機電效率與機聲效率的乘積。率的乘積。 3.3.實驗實驗 目的 原理 方法 數(shù)據(jù)處理（1 1）換能器阻抗

15、特性）換能器阻抗特性以壓電式為例：以壓電式為例：zb阻擋阻抗zd動生阻抗機電轉(zhuǎn)換系數(shù)11bbbjCZR1dMrMMMMrrrZZZZRjmjCZRjmtY22111tbdbbbddMrMrMrMYYYYj CRYZZZRRjmmj CbYdY222211ddddddbddddddddYGjBYZRjXRXGBRXRX2221122ddddGBRR0 0jBjBd dG Gd d1,02dR1dR（2 2）換能器阻抗特性曲線測量原理）換能器阻抗特性曲線測量原理 小信號激勵下測量方法小信號激勵下測量方法 大信號激勵下測量方法大信號激勵下測量方法HP4294AHP4294APV50APV50A1 1

16、）導(dǎo)納坐標系）導(dǎo)納坐標系GBFGBF坐標曲線：坐標曲線：2 2）阻抗坐標系）阻抗坐標系RXFRXF坐標曲線：坐標曲線：3 3）阻抗極坐標系）阻抗極坐標系ZFZF坐標曲線：坐標曲線： 4 4）導(dǎo)納極坐標系）導(dǎo)納極坐標系YFYF坐標曲線：坐標曲線： 5 5）對數(shù)極坐標系）對數(shù)極坐標系ZFZF或或YFYF坐標曲線：坐標曲線： 單諧振單諧振 多諧振多諧振 測量結(jié)果及分析測量結(jié)果及分析電導(dǎo)納頻率特性曲線電導(dǎo)納頻率特性曲線fBG,NMMN損耗線ABGt總電導(dǎo)CBG b靜電導(dǎo)ACGd動電導(dǎo) 半功率帶寬 機械品質(zhì)因數(shù)CBADFE12fffffQm00f1f2f二、電聲換能器二、電聲換能器1.1.傳聲器傳聲器2

17、.2.揚聲器揚聲器3.3.實驗實驗(1)(1)分類分類(2)(2)參數(shù)參數(shù)(3)(3)使用與維護使用與維護傳聲器傳聲器（MicrophoneMicrophone）俗）俗稱話筒，音譯作麥稱話筒，音譯作麥克風(fēng)，是一種聲克風(fēng)，是一種聲電換能器件。電換能器件。1.測量用傳聲器測量用傳聲器(1)(1)分類分類按照準確度和用途分按照準確度和用途分 基準傳聲基準傳聲器器 標準傳聲標準傳聲器器 工作傳聲工作傳聲器器按工作原理分按工作原理分電動式：電動式： 動圈式傳聲器動圈式傳聲器 帶式傳聲器帶式傳聲器靜電式：靜電式： 壓電式傳聲器壓電式傳聲器 電容式傳聲器電容式傳聲器 * *駐極體傳聲器駐極體傳聲器靜電式傳聲

18、器靜電式傳聲器電容傳聲器：以振膜與后極板間的電容傳聲器：以振膜與后極板間的電容量變化通過前置放大器變換為電容量變化通過前置放大器變換為輸出電壓。它能提供非常高的音響輸出電壓。它能提供非常高的音響質(zhì)量，頻率響應(yīng)寬而平坦，是高性質(zhì)量，頻率響應(yīng)寬而平坦，是高性能傳聲器，但這種傳聲器制造工藝能傳聲器，但這種傳聲器制造工藝復(fù)雜，價格高，需外加復(fù)雜，價格高，需外加6060200V200V的的極化電壓源，一般在專業(yè)領(lǐng)域使用極化電壓源，一般在專業(yè)領(lǐng)域使用較多。較多。壓電傳聲器：利用壓電晶體的壓電壓電傳聲器：利用壓電晶體的壓電效應(yīng)制作。它的輸出電平高，價格效應(yīng)制作。它的輸出電平高，價格低，但穩(wěn)定性和頻率響應(yīng)不理

19、想，低，但穩(wěn)定性和頻率響應(yīng)不理想，不適于高質(zhì)量工作，已趨淘汰。不適于高質(zhì)量工作，已趨淘汰。back 駐極體傳聲器駐極體傳聲器利用駐極體材料制作的電容傳聲器，音質(zhì)接近電容利用駐極體材料制作的電容傳聲器，音質(zhì)接近電容式，無需極化電壓，阻抗變換用前置放大器使用低式，無需極化電壓，阻抗變換用前置放大器使用低噪聲場效應(yīng)管，由電池供電。這種傳聲器結(jié)構(gòu)簡單，噪聲場效應(yīng)管，由電池供電。這種傳聲器結(jié)構(gòu)簡單，電聲性能好，體積小，耐振動，價格較低，有較廣電聲性能好，體積小，耐振動，價格較低，有較廣泛的應(yīng)用。泛的應(yīng)用。back(2)(2)參數(shù)參數(shù)傳聲器的靈敏度：傳聲器的靈敏度：* *聲場靈敏度聲場靈敏度 平面自由聲場

20、靈敏度平面自由聲場靈敏度 擴散聲場靈敏度擴散聲場靈敏度 * *聲壓靈敏度聲壓靈敏度 傳聲器平面自由聲場靈敏度傳聲器平面自由聲場靈敏度是指在給定頻率的正弦聲波是指在給定頻率的正弦聲波激勵下，傳聲器的開路輸出激勵下，傳聲器的開路輸出電壓與傳聲器放入聲場以前電壓與傳聲器放入聲場以前傳聲器中心位置上平面自由傳聲器中心位置上平面自由聲場聲壓之比聲場聲壓之比 傳聲器擴散聲場靈敏度是指傳傳聲器擴散聲場靈敏度是指傳聲器的開路輸出電壓與傳聲器聲器的開路輸出電壓與傳聲器放入擴散聲場之前在傳聲器放放入擴散聲場之前在傳聲器放置位置上的擴散聲場聲壓之比置位置上的擴散聲場聲壓之比 傳聲器聲壓靈傳聲器聲壓靈敏度是指實際敏度

21、是指實際作用在傳聲器作用在傳聲器膜片上的聲壓膜片上的聲壓與其開路輸出與其開路輸出電壓之比電壓之比 傳聲器的指向性傳聲器的指向性 傳聲器的靈敏度隨聲波入射方向而變化的特傳聲器的靈敏度隨聲波入射方向而變化的特性。傳聲器的指向性常用指向性圖、指向性指數(shù)和性。傳聲器的指向性常用指向性圖、指向性指數(shù)和指向性頻率響應(yīng)來表示。指向性頻率響應(yīng)來表示。 傳聲器的頻率響應(yīng)傳聲器的頻率響應(yīng) 指在某一確定的聲場中，聲波以一指定的方向入射，并保持聲壓指在某一確定的聲場中，聲波以一指定的方向入射，并保持聲壓恒定時，傳聲器的開路輸出電壓隨頻率變化的曲線。根據(jù)使用的場合恒定時，傳聲器的開路輸出電壓隨頻率變化的曲線。根據(jù)使用的

22、場合不同可分為不同可分為 自由場頻率響應(yīng)：傳聲器置于自由聲場中，其平面自由場自由場頻率響應(yīng)：傳聲器置于自由聲場中，其平面自由場靈敏度隨頻率變化的曲線。靈敏度隨頻率變化的曲線。 聲壓頻率響應(yīng)：當傳聲器的聲壓靈敏度與頻率之間的關(guān)系聲壓頻率響應(yīng)：當傳聲器的聲壓靈敏度與頻率之間的關(guān)系以聲壓靈敏度頻率響應(yīng)曲線來表示。以聲壓靈敏度頻率響應(yīng)曲線來表示。 擴散場頻率響應(yīng)：當傳聲器的擴散場靈敏度與頻率之間的擴散場頻率響應(yīng)：當傳聲器的擴散場靈敏度與頻率之間的關(guān)系，以傳聲器擴散場靈敏度頻率響應(yīng)曲線來表示關(guān)系，以傳聲器擴散場靈敏度頻率響應(yīng)曲線來表示傳聲器輸出阻抗傳聲器輸出阻抗 每只傳聲器都有一定的內(nèi)阻抗，從輸出端測得

23、的內(nèi)阻抗的模就是每只傳聲器都有一定的內(nèi)阻抗，從輸出端測得的內(nèi)阻抗的模就是傳聲器輸出阻抗。一般以頻率為傳聲器輸出阻抗。一般以頻率為1000Hz1000Hz的阻抗值為標稱值。的阻抗值為標稱值。 傳聲器的輸出阻抗的大小直接決定輸出電纜線的長短。傳聲器的傳聲器的輸出阻抗的大小直接決定輸出電纜線的長短。傳聲器的輸出阻抗高，靈敏度也高，但是易受外界的干擾，其輸出電纜不能太輸出阻抗高，靈敏度也高，但是易受外界的干擾，其輸出電纜不能太長，否則電纜線上感應(yīng)的外界干擾在傳聲器內(nèi)阻上有較大的電壓降，長，否則電纜線上感應(yīng)的外界干擾在傳聲器內(nèi)阻上有較大的電壓降，嚴重的可能導(dǎo)致傳聲器無法工作。反之，傳聲器的輸出阻抗低不易

24、受嚴重的可能導(dǎo)致傳聲器無法工作。反之，傳聲器的輸出阻抗低不易受外界的干擾，允許用長的輸出電纜線。外界的干擾，允許用長的輸出電纜線。傳聲器的動態(tài)范圍傳聲器的動態(tài)范圍 指傳聲器所能接收聲音的大小，以傳聲指傳聲器所能接收聲音的大小，以傳聲器的最高聲壓級減去等效噪聲級就是該傳聲器的最高聲壓級減去等效噪聲級就是該傳聲器的動態(tài)范圍。其上限受到失真的限制，下器的動態(tài)范圍。其上限受到失真的限制，下限受到固有噪聲的限制。限受到固有噪聲的限制。（3 3）電容傳聲器的使用與維護）電容傳聲器的使用與維護電容傳聲器的選擇電容傳聲器的選擇電容傳聲器的布放電容傳聲器的布放電容傳聲器的極化電壓設(shè)置電容傳聲器的極化電壓設(shè)置電容

25、傳聲器的膜片保護電容傳聲器的膜片保護工作環(huán)境溫度要求工作環(huán)境溫度要求正確使用防風(fēng)罩和防風(fēng)屏正確使用防風(fēng)罩和防風(fēng)屏2.2.揚聲器揚聲器 揚聲器是一種把電信號轉(zhuǎn)換揚聲器是一種把電信號轉(zhuǎn)換成聲音信號的電聲器件。確成聲音信號的電聲器件。確切地說，揚聲器的工作實際切地說，揚聲器的工作實際上是把一定范圍內(nèi)的音頻電上是把一定范圍內(nèi)的音頻電功率信號通過換能方式轉(zhuǎn)變功率信號通過換能方式轉(zhuǎn)變?yōu)槭д嫘〔⒕哂凶銐蚵晧杭墳槭д嫘〔⒕哂凶銐蚵晧杭壍目陕犅曇?。的可聽聲音。? 1） 分類分類（2 2） 參數(shù)參數(shù)（3 3） 使用與維護使用與維護（1 1） 分類分類按工作原理不同分按工作原理不同分 電動式揚聲器電動式揚聲器 紙

26、盆式、號筒式和球頂形三種紙盆式、號筒式和球頂形三種 電磁式揚聲器電磁式揚聲器 靜電式揚聲器靜電式揚聲器 壓電式揚聲器壓電式揚聲器 按振膜形狀分按振膜形狀分 錐形錐形 平板形平板形 球頂形球頂形 帶狀形帶狀形 薄片形薄片形按放聲頻率分按放聲頻率分 低音揚聲器低音揚聲器 中音揚聲器中音揚聲器 高音揚聲器高音揚聲器 全頻帶揚聲器全頻帶揚聲器（2 2） 參數(shù)參數(shù) 額定功率 額定阻抗 頻率特性 諧波失真 靈敏度 指向性 額定功率（額定功率（W W） 揚聲器的額定功率是指揚聲器能長時間工作的輸出揚聲器的額定功率是指揚聲器能長時間工作的輸出功率，又稱為不失真功率，它一般都標在揚聲器后端的功率，又稱為不失真功

27、率，它一般都標在揚聲器后端的銘牌上。銘牌上。 當揚聲器工作于額定功率時，音圈不會產(chǎn)生過熱或當揚聲器工作于額定功率時，音圈不會產(chǎn)生過熱或機械動過載等現(xiàn)象，發(fā)出的聲音沒有顯示失真。額定功機械動過載等現(xiàn)象，發(fā)出的聲音沒有顯示失真。額定功率是一種平均功率，而實際上揚聲器工作在變功率狀態(tài)，率是一種平均功率，而實際上揚聲器工作在變功率狀態(tài)，它隨輸入音頻信號強弱而變化，在弱音樂及聲音信號中，它隨輸入音頻信號強弱而變化，在弱音樂及聲音信號中，峰值脈沖信號會超過額定功率很多倍，由于持續(xù)時間較峰值脈沖信號會超過額定功率很多倍，由于持續(xù)時間較短而不會損壞揚聲器，但有可能出現(xiàn)失真。因此，為保短而不會損壞揚聲器，但有可

28、能出現(xiàn)失真。因此，為保證在峰值脈沖出現(xiàn)時仍能獲得很好的音質(zhì)，揚聲器需留證在峰值脈沖出現(xiàn)時仍能獲得很好的音質(zhì)，揚聲器需留足夠的功率余量。一般揚聲器的最大功率是額定功率的足夠的功率余量。一般揚聲器的最大功率是額定功率的2-42-4倍。倍。頻率特性（頻率特性（HzHz） 頻率特性是衡量揚聲器放音頻帶寬度的指標。頻率特性是衡量揚聲器放音頻帶寬度的指標。高保真放音系統(tǒng)要求揚聲器系統(tǒng)應(yīng)能重放高保真放音系統(tǒng)要求揚聲器系統(tǒng)應(yīng)能重放20Hz-20Hz-20000Hz20000Hz的人耳可聽音域。由于用單只揚聲器不易的人耳可聽音域。由于用單只揚聲器不易實現(xiàn)該音域，故目前高保真音箱系統(tǒng)采用高、中、實現(xiàn)該音域，故目前

29、高保真音箱系統(tǒng)采用高、中、低三種揚聲器來實現(xiàn)全頻帶重放覆蓋。此外，高低三種揚聲器來實現(xiàn)全頻帶重放覆蓋。此外，高保真揚聲器的頻率特性應(yīng)盡量趨于平坦，否則會保真揚聲器的頻率特性應(yīng)盡量趨于平坦，否則會引入重放的頻率失真。高保真放音系統(tǒng)要求揚聲引入重放的頻率失真。高保真放音系統(tǒng)要求揚聲器在放音頻率范圍內(nèi)頻率特性不平坦度小于器在放音頻率范圍內(nèi)頻率特性不平坦度小于10dB10dB。 額定阻抗額定阻抗 揚聲器的額定阻抗是指揚聲器在額定狀態(tài)下，施加揚聲器的額定阻抗是指揚聲器在額定狀態(tài)下，施加在揚聲器輸入端的電壓與流過揚聲器的電流的比值?，F(xiàn)在揚聲器輸入端的電壓與流過揚聲器的電流的比值?，F(xiàn)在，揚聲器的額定阻抗一般

30、有在，揚聲器的額定阻抗一般有2 2、4 4、8 8、1616、3232歐等幾種。歐等幾種。諧波失真（諧波失真（TMD%TMD%） 揚聲器的失真有很多種，常見的有諧波失真（多由揚聲器的失真有很多種，常見的有諧波失真（多由揚聲器磁場不均勻以及振動系統(tǒng)的畸變而引起，常在低揚聲器磁場不均勻以及振動系統(tǒng)的畸變而引起，常在低頻時產(chǎn)生）、互調(diào)失真（因兩種不同頻率的信號同時加頻時產(chǎn)生）、互調(diào)失真（因兩種不同頻率的信號同時加入揚聲器，互相調(diào)制引起的音質(zhì)劣化）和瞬態(tài)失真（因入揚聲器，互相調(diào)制引起的音質(zhì)劣化）和瞬態(tài)失真（因振動系統(tǒng)的慣性不能緊跟信號的變化而變化，從而引起振動系統(tǒng)的慣性不能緊跟信號的變化而變化，從而引

31、起信號失真）等。信號失真）等。 諧波失真是指重放時，增加了原信號中沒有的諧波諧波失真是指重放時，增加了原信號中沒有的諧波成份。揚聲器的諧波失真來源于磁體磁場不均勻、振動成份。揚聲器的諧波失真來源于磁體磁場不均勻、振動膜的特性、音圈位移等非線性失真。目前，較好的揚聲膜的特性、音圈位移等非線性失真。目前，較好的揚聲器的諧波失真指標不大于器的諧波失真指標不大于5%5%。 靈敏度（靈敏度（dB/WdB/W） 揚聲器的靈敏度通常是指輸入功率為揚聲器的靈敏度通常是指輸入功率為1W1W的噪聲電壓時，的噪聲電壓時，在揚聲器軸向正面在揚聲器軸向正面1m1m處所測得的聲壓大小。處所測得的聲壓大小。 靈敏度是衡量揚

32、聲器對音頻信號中的細節(jié)能否巨細無靈敏度是衡量揚聲器對音頻信號中的細節(jié)能否巨細無遺地重放的指標。靈敏度越高，則揚聲器對音頻信號中所遺地重放的指標。靈敏度越高，則揚聲器對音頻信號中所有細節(jié)均能作出響應(yīng)。有細節(jié)均能作出響應(yīng)。指向性指向性 揚聲器對不同方向上的輻射是不同的，這種特性稱為揚聲器對不同方向上的輻射是不同的，這種特性稱為揚聲器的指向性。它與揚聲器的口徑有關(guān)，口徑大時指向揚聲器的指向性。它與揚聲器的口徑有關(guān)，口徑大時指向性尖，口徑小時指向性寬。指向性還與頻率有關(guān)，一般而性尖，口徑小時指向性寬。指向性還與頻率有關(guān)，一般而言，對言，對250Hz250Hz以下的低頻信號，沒有明顯的指向性。對以下的低

33、頻信號，沒有明顯的指向性。對1.5kHz1.5kHz以上的高頻信號則有明顯的指向性。以上的高頻信號則有明顯的指向性。 （3）使用與維護）使用與維護要根據(jù)使用的場合和對聲音的要求，結(jié)合各種揚聲器的特點要根據(jù)使用的場合和對聲音的要求，結(jié)合各種揚聲器的特點來選擇揚聲器。來選擇揚聲器。揚聲器得到的功率不要超過它的額定功率，否則，將燒毀音揚聲器得到的功率不要超過它的額定功率，否則，將燒毀音圈或?qū)⒁羧φ裆ⅰｋ姶攀胶蛪弘娞沾墒綋P聲器工作電壓圈或?qū)⒁羧φ裆?。電磁式和壓電陶瓷式揚聲器工作電壓不要超過不要超過30V30V。注意揚聲器的阻抗應(yīng)與輸出線路配合。注意揚聲器的阻抗應(yīng)與輸出線路配合。在布置揚聲器的時候，要做

34、到聲場均勻，可多點設(shè)在布置揚聲器的時候，要做到聲場均勻，可多點設(shè)置，使每一位聽眾得到幾乎相同的聲音響度，提置，使每一位聽眾得到幾乎相同的聲音響度，提高聲音的清晰度；有好的方位感，揚聲器安裝時高聲音的清晰度；有好的方位感，揚聲器安裝時應(yīng)高于地面應(yīng)高于地面3 3米以上，讓聽眾能夠米以上，讓聽眾能夠“看看”到揚聲器，到揚聲器，并盡量使水平方位的聽覺（聲源）一視覺（講話并盡量使水平方位的聽覺（聲源）一視覺（講話者）要盡量一致，而且兩只揚聲器之間的距離也者）要盡量一致，而且兩只揚聲器之間的距離也不能過大。不能過大。電動號筒式揚聲器，必須把音頭套在號筒上后才能電動號筒式揚聲器，必須把音頭套在號筒上后才能使

35、用，否則很易損壞發(fā)音頭。使用，否則很易損壞發(fā)音頭。兩個揚聲器放在一起使用時，必須注意相位問題。兩個揚聲器放在一起使用時，必須注意相位問題。如果是反相，聲音將顯著削弱。如果是反相，聲音將顯著削弱。3.3.實驗實驗（1 1）概述）概述 噪聲的概念噪聲的概念 各種不同頻率和聲強的聲音的雜亂無各種不同頻率和聲強的聲音的雜亂無規(guī)律組合。規(guī)律組合。 使人煩躁、討厭、不需要的聲音。使人煩躁、討厭、不需要的聲音。 噪聲的物理量度（客觀評價）噪聲的物理量度（客觀評價）用客觀指定的物理量分析噪聲輻射的大小、性質(zhì)用客觀指定的物理量分析噪聲輻射的大小、性質(zhì)強度：強度： 用聲壓作為衡量其大小的尺度。用聲壓作為衡量其大小

36、的尺度。頻譜：頻譜： f f橫坐標；橫坐標；p p縱坐標縱坐標人的主觀評價人的主觀評價考慮到人的主觀效應(yīng)進行的評價考慮到人的主觀效應(yīng)進行的評價響度響度L L，單位為，單位為“宋宋” 規(guī)定：規(guī)定：40dB40dB的的1000Hz1000Hz純音的響度為純音的響度為1 1宋宋響度級：響度級： 某一聲音與某一聲音與1kHz1kHz的純音一樣響時，該純音的純音一樣響時，該純音的聲壓級稱為與其比較的噪聲的響度級，單位：的聲壓級稱為與其比較的噪聲的響度級，單位：昉昉。響度級每增加響度級每增加1010方，響度增加一倍（擬人感覺）。方，響度增加一倍（擬人感覺）。 -響度響度 -響度級響度級右圖右圖 與與 的對

37、照關(guān)系的對照關(guān)系（宋）10402LLLLLLLLLLL90807060503216841L（2 2）等響曲線）等響曲線 不同頻率的噪聲與某一聲壓級的不同頻率的噪聲與某一聲壓級的1kHz1kHz純音相同。純音相同。同響度級點的連線。同響度級點的連線。19331933年首測該曲線，年首測該曲線，19561956年在自由場精測，被年在自由場精測，被ISOISO采用。采用。* * *人耳對人耳對20005000Hz20005000Hz最敏感；最敏感；* * *人耳對人耳對100 Hz100 Hz低頻不低頻不敏感；敏感；* * *強噪聲下，人耳難區(qū)強噪聲下，人耳難區(qū)分高低頻。分高低頻。（3 3）計權(quán)網(wǎng)絡(luò)

38、（）計權(quán)網(wǎng)絡(luò)（主觀加權(quán)：等響曲線是計權(quán)網(wǎng)絡(luò)的依據(jù)）主觀加權(quán)：等響曲線是計權(quán)網(wǎng)絡(luò)的依據(jù)）A A計權(quán)：模擬人耳計權(quán)：模擬人耳4040昉昉純音響應(yīng)，純音響應(yīng)，代表低聲級的響度感覺，代表低聲級的響度感覺，近人耳：近人耳：dBdB（A A）；）；B B計權(quán)：模擬人耳計權(quán)：模擬人耳7070昉昉純音響應(yīng)，純音響應(yīng)，代表中聲級的響度感覺，代表中聲級的響度感覺，不常用：不常用：dBdB（B B）；）；C C計權(quán)：模擬人耳計權(quán)：模擬人耳100100昉昉純音響應(yīng)，純音響應(yīng)，代表高聲級的響度感覺，代表高聲級的響度感覺，近線性：近線性：dBdB（C C）；）；D D計權(quán)：等噪度曲線，航空應(yīng)用。計權(quán)：等噪度曲線，航空應(yīng)用

39、。聲級：聲級： 通過計權(quán)網(wǎng)絡(luò)讀出的聲壓級，稱為聲級。如：通過計權(quán)網(wǎng)絡(luò)讀出的聲壓級，稱為聲級。如： A A聲級、聲級、B B聲級，計作聲級，計作SLA=45dBSLA=45dB，或，或45dB45dB（A A）。）。聲壓級與聲級的區(qū)別：聲壓級與聲級的區(qū)別：* *聲壓級是客觀聲音的大小。聲壓級是客觀聲音的大小。* *聲級是主觀評價量，是考慮人耳的效應(yīng)而加計聲級是主觀評價量，是考慮人耳的效應(yīng)而加計權(quán)網(wǎng)絡(luò)得到的。權(quán)網(wǎng)絡(luò)得到的。（4）聲級計聲級計定義定義 又叫噪聲計，是一種按照一定的頻率計又叫噪聲計，是一種按照一定的頻率計權(quán)和時間計權(quán)測量聲音的聲壓級和聲級的權(quán)和時間計權(quán)測量聲音的聲壓級和聲級的儀器，它是

40、聲學(xué)測量中最常用的基本儀器。儀器，它是聲學(xué)測量中最常用的基本儀器。 分類分類 按其精度將聲級計分為：按其精度將聲級計分為：1 1級和級和2 2級。級。 二種級別的聲級計的各種性能指標具有同樣的中心值，二種級別的聲級計的各種性能指標具有同樣的中心值，僅僅是容許誤差不同，而且隨著級別數(shù)字的增大，容許誤差僅僅是容許誤差不同，而且隨著級別數(shù)字的增大，容許誤差放寬。放寬。按體積大小可分為臺式聲級計、便攜式聲級計和袖珍式聲按體積大小可分為臺式聲級計、便攜式聲級計和袖珍式聲級計。級計。按其指示方式可分為模擬指示（電表、按其指示方式可分為模擬指示（電表、 聲級燈）和數(shù)字聲級燈）和數(shù)字指示聲級計指示聲級計 三、

41、振動傳感器三、振動傳感器1.1.分類分類2.2.壓電加速度計壓電加速度計3.3.激勵器（振動臺）激勵器（振動臺）4.4.實驗實驗1. 1. 分類分類 （1 1）按被測量分）按被測量分 加速度、速度、位移等；加速度、速度、位移等； （2 2）按作用的方法分）按作用的方法分 接觸式和非接觸式；接觸式和非接觸式； （3 3）按工作原理分）按工作原理分 壓阻式、壓電式、電容式、磁電式、渦流式等；壓阻式、壓電式、電容式、磁電式、渦流式等； （4 4）按測量的方法分）按測量的方法分 機械的、光學(xué)的和電氣式的機械的、光學(xué)的和電氣式的; ; （1 1）分類）分類根據(jù)結(jié)構(gòu)不同分為：根據(jù)結(jié)構(gòu)不同分為： 壓縮式壓縮

42、式 剪切式剪切式 彎曲式彎曲式2.壓電加速度計壓電加速度計（a a）周邊壓縮式（）周邊壓縮式（b b）中心壓縮式（）中心壓縮式（c c）倒置式中心壓縮式）倒置式中心壓縮式（d d）環(huán)形剪切式（）環(huán)形剪切式（e e）三角剪切式）三角剪切式 s s彈簧彈簧 M M質(zhì)量塊質(zhì)量塊P P壓電片壓電片 C C導(dǎo)線導(dǎo)線 B B基座基座根據(jù)準確度和用途不同分為：根據(jù)準確度和用途不同分為： 標準加速度計標準加速度計 測量加速度計測量加速度計（2）參數(shù)）參數(shù)靈敏度及其頻率特性靈敏度及其頻率特性 頻率范圍頻率范圍靈敏度靈敏度 主軸靈敏度：主軸靈敏度： 指在沿主軸方向的某一恒定加速度作用下，其輸指在沿主軸方向的某一恒

43、定加速度作用下，其輸出端產(chǎn)生的電壓（或電荷）與該加速度之間的比值，出端產(chǎn)生的電壓（或電荷）與該加速度之間的比值，它取決于壓電片所用材料的壓電特性及質(zhì)量塊的重量。它取決于壓電片所用材料的壓電特性及質(zhì)量塊的重量。 橫向靈敏度：橫向靈敏度： 加速度計對垂直于其主軸的平面內(nèi)加速度的靈敏加速度計對垂直于其主軸的平面內(nèi)加速度的靈敏度。度。 靈敏度頻率特性曲線靈敏度頻率特性曲線壓電加速度計的典型主軸靈壓電加速度計的典型主軸靈敏度頻率特性曲線敏度頻率特性曲線 典型壓電加速度計橫向典型壓電加速度計橫向靈敏度曲線靈敏度曲線 頻率范圍頻率范圍 頻率上限：安裝共振頻率越高，工作頻率范圍越寬。加頻率上限：安裝共振頻率越

44、高，工作頻率范圍越寬。加速度計的頻率響應(yīng)曲線有幾個頻率限，它們是：速度計的頻率響應(yīng)曲線有幾個頻率限，它們是： 5%5%頻率限：在此頻率上實際加到加速度計基座上的振動頻率限：在此頻率上實際加到加速度計基座上的振動與測量值之間的偏差為與測量值之間的偏差為5%.5%.以此精確度測量的最大振動以此精確度測量的最大振動頻率近似為加速度計安裝諧振頻率的頻率近似為加速度計安裝諧振頻率的1/51/5。 10%10%頻率限：在此頻率上實際加到加速度計基座上的振頻率限：在此頻率上實際加到加速度計基座上的振動與測量值之間的偏差為動與測量值之間的偏差為10%10%。以此精確度測量的最大。以此精確度測量的最大振動頻率近

45、似為加速度計安裝諧振頻率的振動頻率近似為加速度計安裝諧振頻率的1/31/3。 3dB3dB頻率限：在此頻率上實際加到加速度計基座上的振頻率限：在此頻率上實際加到加速度計基座上的振動與測量值之間的偏差為動與測量值之間的偏差為3dB3dB。以此精確度測量的最大。以此精確度測量的最大振動頻率近似為加速度計安裝諧振頻率的振動頻率近似為加速度計安裝諧振頻率的1/21/2。 頻率下限：頻率下限： 壓電加速度計不可能達到真正的直流響應(yīng)。壓電元壓電加速度計不可能達到真正的直流響應(yīng)。壓電元件只有在受到動態(tài)力的作用下才會產(chǎn)生電荷，實際頻率件只有在受到動態(tài)力的作用下才會產(chǎn)生電荷，實際頻率下限決定于與加速度計相連的前

46、置放大器下限決定于與加速度計相連的前置放大器。（3 3）前置放大器）前置放大器AC0 壓電加速度傳感器可視為一個電荷發(fā)生壓電加速度傳感器可視為一個電荷發(fā)生器，也是一個電容器，其形成的電容量為器，也是一個電容器，其形成的電容量為 aaCqe 壓電晶片及等效電路壓電晶片及等效電路 壓電傳感器的等效電路壓電傳感器的等效電路 壓電傳感器實際的等效電路壓電傳感器實際的等效電路 電荷放大器和電壓放大器電荷放大器和電壓放大器電壓放大器（電阻反饋電壓放大器（電阻反饋 ）tieCqidRieiicaCCCCaiRRR/測量的外力為一動態(tài)交變力時測量的外力為一動態(tài)交變力時 tFF00sintqq00sintqitiCR000cosdd)sin()(102000tCRqi)sin()1(110200tRCCqRiei)sin()1(1102000tRCCqKe電荷放大器（電容反饋）電荷放大器（電容反饋） fiifiicaiCeeCeCeeCCCeq)()()(00ffKCCCKqe)(0f0Cqe主要差