-测量用换能器课件

一、水声换能器一、水声换能器二、电声换能器二、电声换能器三、振动传感器三、振动传感器第第2 2章章 测量换能器测量换能器一、水声换能器一、水声换能器1.1.水听器水听器2.水声发射换能器水声发射换能器3.3.实验实验1.1.水听器水听器（1 1）分类分类（2 2）参数参数（3 3）GB/T4128-1995GB/T4128-1995（4 4）国内外典型水听器介绍国内外典型水听器介绍（5 5）使用与维护使用与维护 (1)(1)分类分类 根据其用途和校准的准确度根据其用途和校准的准确度 根据其使用材料根据其使用材料 根据其用途和校准的准确度分为两级：A.A.一级标准水听器一级标准水听器 建立水声声压基准，并通过它传递声学量单位。绝对法校准。B.B.二级标准水听器（测量水听器）二级标准水听器（测量水听器）用作实验室中一般测试。比较法校准。根据其使用材料可分为：a a、压电式：、压电式：压电材料有硫酸锂单晶体、偏铌酸铅或锆钛酸铅一类的压电陶瓷。后来又出现复合压电材料聚偏氟乙稀压电薄膜（PVDF）制作的水听器。b b、动圈式（电动式）、动圈式（电动式）c c、磁致伸缩式、磁致伸缩式d d、光纤式、光纤式(2)(2)参数参数 水听器接收灵敏度水听器接收灵敏度 水听器的指向性水听器的指向性 水听器的电阻抗水听器的电阻抗 动态范围动态范围 水听器自由场电压灵敏度：水听器自由场电压灵敏度：水听器接收灵敏度水听器在水听器在平面自由声场平面自由声场中输出端的中输出端的开路电开路电压压与声场中与声场中放入水听器之前放入水听器之前存在于水听器存在于水听器声中心声中心位置处位置处自由场声压自由场声压的比值。的比值。水听器声压灵敏度：水听器声压灵敏度：水听器输出端的水听器输出端的开路电压与作用于水听与作用于水听器器接收面上的上的实际声压的比值。的比值。指向性响应图指向性响应图 指向性指数指向性指数 指向性因数指向性因数 水听器的指向性水听器的指向性图表示远场传来的平面波入射到水听器表示远场传来的平面波入射到水听器接收面上的平均声压随入射方向变化接收面上的平均声压随入射方向变化的曲线图，或者说，它是水听器在远的曲线图，或者说，它是水听器在远场平面波作用下，所产生的开路输出场平面波作用下，所产生的开路输出电压随入射方向变化的曲线图。电压随入射方向变化的曲线图。波束宽度：主瓣或主声束两侧的两个方向波束宽度：主瓣或主声束两侧的两个方向之间的夹角。之间的夹角。指向性响应图参数波束宽度和旁瓣级旁瓣级：旁瓣级：指向性指数 和指向性因数 对于水听器，其指向性因数代表定对于水听器，其指向性因数代表定向接收器输出端的信噪比比无指向性接向接收器输出端的信噪比比无指向性接收器输出端的信噪比提高的倍数。收器输出端的信噪比提高的倍数。指向性指数和指向性因数是用来度量指向性图主瓣或主波束的尖锐程度的特征参量，也是声呐方程的一个重要参数。指在它的输出端测得的等效电阻抗（或电导纳）。指在它的输出端测得的等效电阻抗（或电导纳）。在某频率下加于换能器电端的瞬时电压与所引在某频率下加于换能器电端的瞬时电压与所引起的瞬时电流的复数比。换能器电阻抗的倒数称为起的瞬时电流的复数比。换能器电阻抗的倒数称为换能器的电导纳。换能器的电导纳。水听器的电阻抗 水听器主轴方向入射的正弦平面行波使水听器产生的开路电压等于水听器实际输出的带宽1Hz的开路噪声电压时，则该声波的声压级就是水听器的等效噪声声压级。水听器的过载声压级与等效噪声声压级之差。水听器的过载声压级与等效噪声声压级之差。水听器的过载声压级水听器的过载声压级 动态范围引起水听器过载的作用声压级。水听器的等效噪声压级水听器的等效噪声压级（3 3）GB/T4128-1995GB/T4128-1995一、二级标准水听器声学性能指标一、二级标准水听器声学性能指标灵敏度灵敏度指在水听器输出电缆末端测得的声压灵敏度或自由场低频灵敏度。按照国家标准规定用于1Hz100kHz频率范围的压电型标准水听器（以下同）：一级：不低于-205dB-205dB(0dB re 1v/Pa)二级：不低于-210dB-210dB（0dB re1v/Pa）自由场灵敏度频率响应自由场灵敏度频率响应自由场灵敏度频响相对于声压灵敏度在整个使用频率范围内，至少有三个十倍频程范围：一级一级：其灵敏度的不均匀性小于1.5dB1.5dB，在其他频率范围内灵敏度变化不超过+6dB或-10dB。二级二级：其灵敏度的不均匀性小于2dB2dB，在其他频率范围内灵敏度变化不超过+6dB或-10dB。灵敏度校准及其准确度灵敏度校准及其准确度低频段应用国标GB4130-84中规定的一级校准方法进行校准，其校准准确度优于0.5dB0.5dB；高频段应用国标GB3223-82中规定的互易法进行校准，其校准准确度应优于0.7dB0.7dB。低频段应用国标GB4130-84中规定的二级校准方法进行校准，其校准准确度优于1.0dB1.0dB；高频段应用国标GB3223-82中规定的比较法进行校准，其校准准确度应优于1.5dB1.5dB。指向性指向性 一级：水平指向性：在最高使用频率下的-3dB-3dB波波束束宽宽度度应大于30300 0，在选定方向（或主轴）5 50 0的范围内灵敏度变化应小于0.2dB0.2dB。垂直指向性：在最高使用频率下的-3dB-3dB波束宽度波束宽度应大于15150 0，在选定方向（或主轴）2 20 0的范围内灵敏度变化应小于0.2dB0.2dB。二级：在使用的频率范围内，其水平指向性图与理想的全指向性图的偏差应小于2dB2dB。动态范围动态范围一级：在60dB60dB的动态范围内，非线性偏差应小于0.2dB0.2dB。二级：在60dB60dB的动态范围内，非线性偏差应小于0.5dB0.5dB。稳定性稳定性时间稳定性时间稳定性：每年校准一次，其变化应在校准准确度以内。温度稳定性温度稳定性：在0400C温度范围内，灵敏度变化应小于0.04 dB/0C。在0400C温度范围内，灵敏度变化应小于0.05 dB/0C。静压稳定性静压稳定性：04MPa工作静压范围内，灵敏度变化应小于0.3 dB/MPa。04MPa工作静压范围内，灵敏度变化应小于0.4 dB/MPa其他技术要求其他技术要求机械性能要求：水听器暴露于水中的所有金属和非金属部件都要采用耐腐蚀材料制作。水听器暴露于水中的所有金属和非金属部件都要采用耐腐蚀材料制作。水听器的参考声中心位置及测量方向要有明显标志。水听器的参考声中心位置及测量方向要有明显标志。水听器相对于它的周围媒质应是声学刚性的。水听器相对于它的周围媒质应是声学刚性的。电学性能要求：对于不带前放的水听器，在电缆端测得的绝缘电阻应大于对于不带前放的水听器，在电缆端测得的绝缘电阻应大于100M100M（测试电压不（测试电压不小于小于100V100V）。）。高阻抗的敏感元件应有电屏蔽。高阻抗的敏感元件应有电屏蔽。连接电缆应不少于连接电缆应不少于10m10m，当敏感元件的电容量小于连接电缆的电容量时一般应连，当敏感元件的电容量小于连接电缆的电容量时一般应连接前置放大器接前置放大器。（5 5）使用与维护：）使用与维护：合理选择水听器合理选择水听器.标准水听器每年应经计量部门检定一次。标准水听器每年应经计量部门检定一次。检查水听器的绝缘电阻时，试验电压不小于检查水听器的绝缘电阻时，试验电压不小于100v100v。注意存放环境。注意存放环境。用完后妥善保管用完后妥善保管 水听器的压电元件电容值不可低于水听器连接电缆本身水听器的压电元件电容值不可低于水听器连接电缆本身的电容值。所以选用低分布电容电缆。的电容值。所以选用低分布电容电缆。2.2.水声发射换能器水声发射换能器（1）分类）分类 同水听器。同水听器。无光纤式，但稀土材料的发射换能器是一种新型换能器。（3 3）参数：）参数：发射换能器发送响应 发射换能器指向性 发射换能器电阻抗 输入电功率、发射声功率和电声效率 发射换能器发送响应：发射换能器发送响应：发送电压响应 发发射射换换能能器器在在某某频频率率下下、在在指指定定方方向向上上的的远远场场中中离离其其声声中中心心某某参参考考距距离离处处的的声声压压和和该该参参考考距距离离的的乘乘积积与与加加到到输输入入电电端端的的电电压压的的比值。比值。发送电流响应发送功率响应发射换能器的指向性发射换能器的指向性 发射指向性图是表示它在自由场中发射指向性图是表示它在自由场中辐射声波时，在其远场中声能空间分布辐射声波时，在其远场中声能空间分布的图象。的图象。换能器的发射指向性图会随发射信换能器的发射指向性图会随发射信号频率的改变而变化，即同一发射换能号频率的改变而变化，即同一发射换能器当发射不同频率的信号时，其辐射声器当发射不同频率的信号时，其辐射声能在空间的分布是不同的能在空间的分布是不同的.发射指向性因数和发射指向性指数发射指向性因数和发射指向性指数 在参考方向上（通常指声轴向）远场中某点的声强（或声压有效值平方）与相同距离上各方向的声强平均值（或声压有效值平方的平均值）之比为发射指向性因数，此比值的分贝数称为发射指向性指数。输入电功率、发射声功率和电声效率输入电功率、发射声功率和电声效率输入电功率 是其功率源吸收的有用功率。是其功率源吸收的有用功率。发射声功率 是其在单位时间内向介质声场发射出的有效声能量。是其在单位时间内向介质声场发射出的有效声能量。电声效率 是其输出声功率与输入总电功率的比值。是其输出声功率与输入总电功率的比值。换换能能器器的的电电声声效效率率实实际际上上也也等等于于其其机机电电效效率率与与机机声声效效率的乘积。率的乘积。3.3.实验实验目的原理方法数据处理（1 1）换能器阻抗特性）换能器阻抗特性以压电式为例：以压电式为例：zb阻挡阻抗zd动生阻抗机电转换系数0 0jBjBd dG Gd d（2 2）换能器阻抗特性曲线测量原理）换能器阻抗特性曲线测量原理 小信号激励下测量方法小信号激励下测量方法 大信号激励下测量方法大信号激励下测量方法HP4294AHP4294APV50APV50A1 1）导纳坐标系）导纳坐标系GBFGBF坐标曲线：坐标曲线：2 2）阻抗坐标系）阻抗坐标系RXFRXF坐标曲线：坐标曲线：3 3）阻抗极坐标系）阻抗极坐标系ZFZF坐标曲线：坐标曲线：4 4）导纳极坐标系）导纳极坐标系YFYF坐标曲线：坐标曲线：5 5）对数极坐标系）对数极坐标系ZFZF或或YFYF坐标曲线：坐标曲线：单谐振单谐振 多谐振多谐振 测量结果及分析测量结果及分析电导纳频率特性曲线电导纳频率特性曲线MN损耗线ABGt总电导CBGb静电导ACGd动电导半功率带宽机械品质因数二、电声换能器二、电声换能器1.1.传声器传声器2.2.扬声器扬声器3.3.实验实验(1)(1)分类分类(2)(2)参数参数(3)(3)使用与维护使用与维护传声器传声器（MicrophoneMicrophone）俗）俗称话筒，音译作麦称话筒，音译作麦克风，是一种声克风，是一种声电换能器件。电换能器件。1.测量用传声器测量用传声器(1)(1)分类分类按照准确度和用途分按照准确度和用途分 基准传声器基准传声器 标准传声器标准传声器 工作传声器工作传声器按工作原理分按工作原理分电动式：电动式：动圈式传声器动圈式传声器 带式传声器带式传声器静电式：静电式：压电式传声器压电式传声器 电容式传声器电容式传声器 *驻极体传声器驻极体传声器静电式传声器静电式传声器电容传声器：以振膜与后极板间的电容传声器：以振膜与后极板间的电容量变化通过前置放大器变换为电容量变化通过前置放大器变换为输出电压。它能提供非常高的音响输出电压。它能提供非常高的音响质量，频率响应宽而平坦，是高性质量，频率响应宽而平坦，是高性能传声器，但这种传声器制造工艺能传声器，但这种传声器制造工艺复杂，价格高，需外加复杂，价格高，需外加6060200V200V的的极化电压源，一般在专业领域使用极化电压源，一般在专业领域使用较多。较多。压电传声器：利用压电晶体的压电压电传声器：利用压电晶体的压电效应制作。它的输出电平高，价格效应制作。它的输出电平高，价格低，但稳定性和频率响应不理想，低，但稳定性和频率响应不理想，不适于高质量工作，已趋淘汰。不适于高质量工作，已趋淘汰。back 驻极体传声器驻极体传声器利用驻极体材料制作的电容传声器，音质接近电容利用驻极体材料制作的电容传声器，音质接近电容式，无需极化电压，阻抗变换用前置放大器使用低式，无需极化电压，阻抗变换用前置放大器使用低噪声场效应管，由电池供电。这种传声器结构简单，噪声场效应管，由电池供电。这种传声器结构简单，电声性能好，体积小，耐振动，价格较低，有较广电声性能好，体积小，耐振动，价格较低，有较广泛的应用。泛的应用。back(2)(2)参数参数灵敏度灵敏度灵敏度灵敏度指向性指向性指向性指向性频率响应频率响应频率响应频率响应有效频有效频有效频有效频率范围率范围率范围率范围输出输出输出输出阻抗阻抗阻抗阻抗动态动态动态动态范围范围范围范围传声器的灵敏度：传声器的灵敏度：*声场灵敏度声场灵敏度 平面自由声场灵敏度平面自由声场灵敏度 扩散声场灵敏度扩散声场灵敏度*声压灵敏度声压灵敏度 传声器平面自由声场灵敏度传声器平面自由声场灵敏度是指在给定频率的正弦声波是指在给定频率的正弦声波激励下，传声器的开路输出激励下，传声器的开路输出电压与传声器放入声场以前电压与传声器放入声场以前传声器中心位置上平面自由传声器中心位置上平面自由声场声压之比声场声压之比 传声器扩散声场灵敏度是指传传声器扩散声场灵敏度是指传声器的开路输出电压与传声器声器的开路输出电压与传声器放入扩散声场之前在传声器放放入扩散声场之前在传声器放置位置上的扩散声场声压之比置位置上的扩散声场声压之比 传声器声压灵传声器声压灵敏度是指实际敏度是指实际作用在传声器作用在传声器膜片上的声压膜片上的声压与其开路输出与其开路输出电压之比电压之比 传声器的指向性传声器的指向性 传声器的灵敏度随声波入射方向而变化的特传声器的灵敏度随声波入射方向而变化的特性。传声器的指向性常用指向性图、指向性指数和性。传声器的指向性常用指向性图、指向性指数和指向性频率响应来表示。指向性频率响应来表示。传声器的频率响应传声器的频率响应 指在某一确定的声场中，声波以一指定的方向入射，并保持声压指在某一确定的声场中，声波以一指定的方向入射，并保持声压恒定时，传声器的开路输出电压随频率变化的曲线。根据使用的场合不恒定时，传声器的开路输出电压随频率变化的曲线。根据使用的场合不同可分为同可分为 自由场频率响应：传声器置于自由声场中，其平面自由场自由场频率响应：传声器置于自由声场中，其平面自由场灵敏度随频率变化的曲线。灵敏度随频率变化的曲线。声压频率响应：当传声器的声压灵敏度与频率之间的关系声压频率响应：当传声器的声压灵敏度与频率之间的关系以声压灵敏度频率响应曲线来表示。以声压灵敏度频率响应曲线来表示。扩散场频率响应：当传声器的扩散场灵敏度与频率之间的扩散场频率响应：当传声器的扩散场灵敏度与频率之间的关系，以传声器扩散场灵敏度频率响应曲线来表示关系，以传声器扩散场灵敏度频率响应曲线来表示传声器输出阻抗传声器输出阻抗 每只传声器都有一定的内阻抗，从输出端测得的内阻抗的模就是每只传声器都有一定的内阻抗，从输出端测得的内阻抗的模就是传声器输出阻抗。一般以频率为传声器输出阻抗。一般以频率为1000Hz1000Hz的阻抗值为标称值。的阻抗值为标称值。传声器的输出阻抗的大小直接决定输出电缆线的长短。传声器的传声器的输出阻抗的大小直接决定输出电缆线的长短。传声器的输出阻抗高，灵敏度也高，但是易受外界的干扰，其输出电缆不能太输出阻抗高，灵敏度也高，但是易受外界的干扰，其输出电缆不能太长，否则电缆线上感应的外界干扰在传声器内阻上有较大的电压降，长，否则电缆线上感应的外界干扰在传声器内阻上有较大的电压降，严重的可能导致传声器无法工作。反之，传声器的输出阻抗低不易受严重的可能导致传声器无法工作。反之，传声器的输出阻抗低不易受外界的干扰，允许用长的输出电缆线。外界的干扰，允许用长的输出电缆线。传声器的动态范围传声器的动态范围 指传声器所能接收声音的大小，以传声指传声器所能接收声音的大小，以传声器的最高声压级减去等效噪声级就是该传声器的最高声压级减去等效噪声级就是该传声器的动态范围。其上限受到失真的限制，下器的动态范围。其上限受到失真的限制，下限受到固有噪声的限制。限受到固有噪声的限制。（3 3）电容传声器的使用与维护）电容传声器的使用与维护电容传声器的选择电容传声器的选择电容传声器的布放电容传声器的布放电容传声器的极化电压设置电容传声器的极化电压设置电容传声器的膜片保护电容传声器的膜片保护工作环境温度要求工作环境温度要求正确使用防风罩和防风屏正确使用防风罩和防风屏2.2.扬声器扬声器 扬声器是一种把电信号转换扬声器是一种把电信号转换成声音信号的电声器件。确成声音信号的电声器件。确切地说，扬声器的工作实际切地说，扬声器的工作实际上是把一定范围内的音频电上是把一定范围内的音频电功率信号通过换能方式转变功率信号通过换能方式转变为失真小并具有足够声压级为失真小并具有足够声压级的可听声音。的可听声音。（1 1）分类分类（2 2）参数参数（3 3）使用与维护使用与维护（1 1）分类分类按工作原理不同分按工作原理不同分 电动式扬声器电动式扬声器 纸盆式、号筒式和球顶形三种纸盆式、号筒式和球顶形三种 电磁式扬声器电磁式扬声器 静电式扬声器静电式扬声器 压电式扬声器压电式扬声器 按振膜形状分按振膜形状分 锥形锥形 平板形平板形 球顶形球顶形 带状形带状形 薄片形薄片形按放声频率分按放声频率分 低音扬声器低音扬声器 中音扬声器中音扬声器 高音扬声器高音扬声器 全频带扬声器全频带扬声器（2 2）参数参数额定功率额定阻抗频率特性谐波失真灵敏度指向性 额定功率（额定功率（W W）扬声器的额定功率是指扬声器能长时间工作的输出扬声器的额定功率是指扬声器能长时间工作的输出功率，又称为不失真功率，它一般都标在扬声器后端的功率，又称为不失真功率，它一般都标在扬声器后端的铭牌上。铭牌上。当扬声器工作于额定功率时，音圈不会产生过热或当扬声器工作于额定功率时，音圈不会产生过热或机械动过载等现象，发出的声音没有显示失真。额定功机械动过载等现象，发出的声音没有显示失真。额定功率是一种平均功率，而实际上扬声器工作在变功率状态，率是一种平均功率，而实际上扬声器工作在变功率状态，它随输入音频信号强弱而变化，在弱音乐及声音信号中，它随输入音频信号强弱而变化，在弱音乐及声音信号中，峰值脉冲信号会超过额定功率很多倍，由于持续时间较峰值脉冲信号会超过额定功率很多倍，由于持续时间较短而不会损坏扬声器，但有可能出现失真。因此，为保短而不会损坏扬声器，但有可能出现失真。因此，为保证在峰值脉冲出现时仍能获得很好的音质，扬声器需留证在峰值脉冲出现时仍能获得很好的音质，扬声器需留足够的功率余量。一般扬声器的最大功率是额定功率的足够的功率余量。一般扬声器的最大功率是额定功率的2-42-4倍。倍。频率特性（频率特性（HzHz）频率特性是衡量扬声器放音频带宽度的指标。频率特性是衡量扬声器放音频带宽度的指标。高保真放音系统要求扬声器系统应能重放高保真放音系统要求扬声器系统应能重放20Hz-20Hz-20000Hz20000Hz的人耳可听音域。由于用单只扬声器不易的人耳可听音域。由于用单只扬声器不易实现该音域，故目前高保真音箱系统采用高、中、实现该音域，故目前高保真音箱系统采用高、中、低三种扬声器来实现全频带重放覆盖。此外，高低三种扬声器来实现全频带重放覆盖。此外，高保真扬声器的频率特性应尽量趋于平坦，否则会保真扬声器的频率特性应尽量趋于平坦，否则会引入重放的频率失真。高保真放音系统要求扬声引入重放的频率失真。高保真放音系统要求扬声器在放音频率范围内频率特性不平坦度小于器在放音频率范围内频率特性不平坦度小于10dB10dB。额定阻抗额定阻抗 扬声器的额定阻抗是指扬声器在额定状态下，施加扬声器的额定阻抗是指扬声器在额定状态下，施加在扬声器输入端的电压与流过扬声器的电流的比值。现在扬声器输入端的电压与流过扬声器的电流的比值。现在，扬声器的额定阻抗一般有在，扬声器的额定阻抗一般有2 2、4 4、8 8、1616、3232欧等几种。欧等几种。谐波失真（谐波失真（TMD%TMD%）扬声器的失真有很多种，常见的有谐波失真（多由扬声器的失真有很多种，常见的有谐波失真（多由扬声器磁场不均匀以及振动系统的畸变而引起，常在低扬声器磁场不均匀以及振动系统的畸变而引起，常在低频时产生）、互调失真（因两种不同频率的信号同时加频时产生）、互调失真（因两种不同频率的信号同时加入扬声器，互相调制引起的音质劣化）和瞬态失真（因入扬声器，互相调制引起的音质劣化）和瞬态失真（因振动系统的惯性不能紧跟信号的变化而变化，从而引起振动系统的惯性不能紧跟信号的变化而变化，从而引起信号失真）等。信号失真）等。谐波失真是指重放时，增加了原信号中没有的谐波谐波失真是指重放时，增加了原信号中没有的谐波成份。扬声器的谐波失真来源于磁体磁场不均匀、振动成份。扬声器的谐波失真来源于磁体磁场不均匀、振动膜的特性、音圈位移等非线性失真。目前，较好的扬声膜的特性、音圈位移等非线性失真。目前，较好的扬声器的谐波失真指标不大于器的谐波失真指标不大于5%5%。灵敏度（灵敏度（dB/WdB/W）扬声器的灵敏度通常是指输入功率为扬声器的灵敏度通常是指输入功率为1W1W的噪声电压时，的噪声电压时，在扬声器轴向正面在扬声器轴向正面1m1m处所测得的声压大小。处所测得的声压大小。灵敏度是衡量扬声器对音频信号中的细节能否巨细无遗灵敏度是衡量扬声器对音频信号中的细节能否巨细无遗地重放的指标。灵敏度越高，则扬声器对音频信号中所有地重放的指标。灵敏度越高，则扬声器对音频信号中所有细节均能作出响应。细节均能作出响应。指向性指向性 扬声器对不同方向上的辐射是不同的，这种特性称为扬声扬声器对不同方向上的辐射是不同的，这种特性称为扬声器的指向性。它与扬声器的口径有关，口径大时指向性尖，器的指向性。它与扬声器的口径有关，口径大时指向性尖，口径小时指向性宽。指向性还与频率有关，一般而言，对口径小时指向性宽。指向性还与频率有关，一般而言，对250Hz250Hz以下的低频信号，没有明显的指向性。对以下的低频信号，没有明显的指向性。对1.5kHz1.5kHz以上以上的高频信号则有明显的指向性。的高频信号则有明显的指向性。（3）使用与维护）使用与维护要根据使用的场合和对声音的要求，结合各种扬声器的特点要根据使用的场合和对声音的要求，结合各种扬声器的特点来选择扬声器。来选择扬声器。扬声器得到的功率不要超过它的额定功率，否则，将烧毁音扬声器得到的功率不要超过它的额定功率，否则，将烧毁音圈或将音圈振散。电磁式和压电陶瓷式扬声器工作电压不圈或将音圈振散。电磁式和压电陶瓷式扬声器工作电压不要超过要超过30V30V。注意扬声器的阻抗应与输出线路配合。注意扬声器的阻抗应与输出线路配合。在布置扬声器的时候，要做到声场均匀，可多点设在布置扬声器的时候，要做到声场均匀，可多点设置，使每一位听众得到几乎相同的声音响度，提置，使每一位听众得到几乎相同的声音响度，提高声音的清晰度；有好的方位感，扬声器安装时高声音的清晰度；有好的方位感，扬声器安装时应高于地面应高于地面3 3米以上，让听众能够米以上，让听众能够“看看”到扬声器，到扬声器，并尽量使水平方位的听觉（声源）一视觉（讲话并尽量使水平方位的听觉（声源）一视觉（讲话者）要尽量一致，而且两只扬声器之间的距离也者）要尽量一致，而且两只扬声器之间的距离也不能过大。不能过大。电动号筒式扬声器，必须把音头套在号筒上后才能电动号筒式扬声器，必须把音头套在号筒上后才能使用，否则很易损坏发音头。使用，否则很易损坏发音头。两个扬声器放在一起使用时，必须注意相位问题。两个扬声器放在一起使用时，必须注意相位问题。如果是反相，声音将显著削弱。如果是反相，声音将显著削弱。3.3.实验实验（1 1）概述）概述噪声的概念噪声的概念 各种不同频率和声强的声音的杂乱无各种不同频率和声强的声音的杂乱无规律组合。规律组合。使人烦躁、讨厌、不需要的声音。使人烦躁、讨厌、不需要的声音。噪声的物理量度（客观评价）噪声的物理量度（客观评价）用客观指定的物理量分析噪声辐射的大小、性质用客观指定的物理量分析噪声辐射的大小、性质强度：强度：用声压作为衡量其大小的尺度。用声压作为衡量其大小的尺度。频谱：频谱：f f横坐标；横坐标；p p纵坐标纵坐标人的主观评价人的主观评价考虑到人的主观效应进行的评价考虑到人的主观效应进行的评价响度响度L L，单位为，单位为“宋宋”规定：规定：40dB40dB的的1000Hz1000Hz纯音的响度为纯音的响度为1 1宋宋响度级：响度级：某一声音与某一声音与1kHz1kHz的纯音一样响时，该纯音的纯音一样响时，该纯音的声压级称为与其比较的噪声的响度级，单位：的声压级称为与其比较的噪声的响度级，单位：昉。昉。响度级每增加响度级每增加1010方，响度增加一倍（拟人感觉）。方，响度增加一倍（拟人感觉）。-响度响度 -响度级响度级右图右图 与与 的对照关系的对照关系90807060503216841（2 2）等响曲线）等响曲线 不同频率的噪声与某一声压级的不同频率的噪声与某一声压级的1kHz1kHz纯音相同。纯音相同。同响度级点的连线同响度级点的连线。19331933年首测该曲线，年首测该曲线，19561956年在自由场精测，被年在自由场精测，被ISOISO采用。采用。*人耳对人耳对20005000Hz20005000Hz最敏感；最敏感；*人耳对人耳对100 Hz100 Hz低频不低频不敏感；敏感；*强噪声下，人耳难区强噪声下，人耳难区分高低频。分高低频。（3 3）计权网络（）计权网络（主观加权：等响曲线是计权网络的依据）主观加权：等响曲线是计权网络的依据）A A计权：模拟人耳计权：模拟人耳4040昉纯音响应，昉纯音响应，代表低声级的响度感觉，代表低声级的响度感觉，近人耳：近人耳：dBdB（A A）；）；B B计权：模拟人耳计权：模拟人耳7070昉纯音响应，昉纯音响应，代表中声级的响度感觉，代表中声级的响度感觉，不常用：不常用：dBdB（B B）；）；C C计权：模拟人耳计权：模拟人耳100100昉纯音响应，昉纯音响应，代表高声级的响度感觉，代表高声级的响度感觉，近线性：近线性：dBdB（C C）；）；D D计权：等噪度曲线，航空应用。计权：等噪度曲线，航空应用。声级：声级：通过计权网络读出的声压级，称为声级。如：通过计权网络读出的声压级，称为声级。如：A A声级、声级、B B声级，计作声级，计作SLA=45dBSLA=45dB，或，或45dB45dB（A A）。）。声压级与声级的区别：声压级与声级的区别：*声压级是客观声音的大小。声压级是客观声音的大小。*声级是主观评价量，是考虑人耳的效应而加计声级是主观评价量，是考虑人耳的效应而加计权网络得到的。权网络得到的。（4）声级计声级计定义定义 又叫噪声计，是一种按照一定的频率计又叫噪声计，是一种按照一定的频率计权和时间计权测量声音的声压级和声级的权和时间计权测量声音的声压级和声级的仪器，它是声学测量中最常用的基本仪器。仪器，它是声学测量中最常用的基本仪器。分类分类 按其精度将声级计分为：按其精度将声级计分为：1 1级和级和2 2级。级。二种级别的声级计的各种性能指标具有同样的中心值，二种级别的声级计的各种性能指标具有同样的中心值，仅仅是容许误差不同，而且随着级别数字的增大，容许误差仅仅是容许误差不同，而且随着级别数字的增大，容许误差放宽。放宽。按体积大小可分为台式声级计、便携式声级计和袖珍式声按体积大小可分为台式声级计、便携式声级计和袖珍式声级计。级计。按其指示方式可分为模拟指示（电表、按其指示方式可分为模拟指示（电表、声级灯）和数字声级灯）和数字指示声级计指示声级计三、振动传感器三、振动传感器1.1.分类分类2.2.压电加速度计压电加速度计3.3.激励器（振动台）激励器（振动台）4.4.实验实验1.1.分类分类 （1 1）按被测量分）按被测量分 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 接触式和非接触式；接触式和非接触式；（3 3）按工作原理分）按工作原理分 压阻式、压电式、电容式、磁电式、涡流式等；压阻式、压电式、电容式、磁电式、涡流式等；（4 4）按测量的方法分）按测量的方法分 机械的、光学的和电气式的机械的、光学的和电气式的;（1 1）分类）分类根据结构不同分为：根据结构不同分为：压缩式压缩式 剪切式剪切式 弯曲式弯曲式2.压电加速度计压电加速度计（a a）周边压缩式（）周边压缩式（b b）中心压缩式（）中心压缩式（c c）倒置式中心压缩式）倒置式中心压缩式（d d）环形剪切式（）环形剪切式（e e）三角剪切式）三角剪切式 s s弹簧弹簧 M M质量块质量块P P压电片压电片 C C导线导线 B B基座基座根据准确度和用途不同分为：根据准确度和用途不同分为：标准加速度计标准加速度计 测量加速度计测量加速度计（2）参数）参数灵敏度及其频率特性灵敏度及其频率特性 频率范围频率范围灵敏度灵敏度 主轴灵敏度：主轴灵敏度：指在沿主轴方向的某一恒定加速度作用下，其输指在沿主轴方向的某一恒定加速度作用下，其输出端产生的电压（或电荷）与该加速度之间的比值，出端产生的电压（或电荷）与该加速度之间的比值，它取决于压电片所用材料的压电特性及质量块的重量。它取决于压电片所用材料的压电特性及质量块的重量。横向灵敏度：横向灵敏度：加速度计对垂直于其主轴的平面内加速度的灵敏加速度计对垂直于其主轴的平面内加速度的灵敏度。度。灵敏度频率特性曲线灵敏度频率特性曲线压电加速度计的典型主轴灵压电加速度计的典型主轴灵敏度频率特性曲线敏度频率特性曲线 典型压电加速度计横向典型压电加速度计横向灵敏度曲线灵敏度曲线频率范围频率范围 频频率率上上限限：安安装装共共振振频频率率越越高高，工工作作频频率率范范围围越越宽宽。加加速度计的频率响应曲线有几个频率限，它们是：速度计的频率响应曲线有几个频率限，它们是：5%5%频频率率限限：在在此此频频率率上上实实际际加加到到加加速速度度计计基基座座上上的的振振动动与与测测量量值值之之间间的的偏偏差差为为5%.5%.以以此此精精确确度度测测量量的的最最大大振振动动频率近似为加速度计安装谐振频率的频率近似为加速度计安装谐振频率的1/51/5。10%10%频频率率限限：在在此此频频率率上上实实际际加加到到加加速速度度计计基基座座上上的的振振动动与与测测量量值值之之间间的的偏偏差差为为10%10%。以以此此精精确确度度测测量量的的最最大大振动频率近似为加速度计安装谐振频率的振动频率近似为加速度计安装谐振频率的1/31/3。3dB3dB频频率率限限：在在此此频频率率上上实实际际加加到到加加速速度度计计基基座座上上的的振振动动与与测测量量值值之之间间的的偏偏差差为为3dB3dB。以以此此精精确确度度测测量量的的最最大大振动频率近似为加速度计安装谐振频率的振动频率近似为加速度计安装谐振频率的1/21/2。频率下限：频率下限：压电加速度计不可能达到真正的直流响应。压电元压电加速度计不可能达到真正的直流响应。压电元件只有在受到动态力的作用下才会产生电荷，实际频率件只有在受到动态力的作用下才会产生电荷，实际频率下限决定于与加速度计相连的前置放大器下限决定于与加速度计相连的前置放大器。（3 3）前置放大器）前置放大器 压电加速度传感器可视为一个电荷发生压电加速度传感器可视为一个电荷发生器，也是一个电容器，其形成的电容量为器，也是一个电容器，其形成的电容量为 压电晶片及等效电路压电晶片及等效电路 压电传感器的等效电路压电传感器的等效电路 压电传感器实际的等效电路压电传感器实际的等效电路 电荷放大器和电压放大器电荷放大器和电压放大器电压放大器（电阻反馈电压放大器（电阻反馈 ）测量的外力为一动态交变力时测量的外力为一动态交变力时 电荷放大器（电容反馈）电荷放大器（电容反馈）主要差别：主要差别：使用电压放大器时，整个系统对电缆电容的变化是非使用电压放大器时，整个系统对电缆电容的变化是非常敏感的，即对加速度计与前置放大器之间的电缆长常敏感的，即对加速度计与前置放大器之间的电缆长度的变化非常灵敏，而使用电荷放大器时，此电缆长度的变化非常灵敏，而使用电荷放大器时，此电缆长度的影响却可忽略不计。另外电压放大器的结构比较度的影响却可忽略不计。另外电压放大器的结构比较简单，价格便宜，可靠性强。简单，价格便宜，可靠性强。（4 4）加速度计的选择及安装）加速度计的选择及安装 加速度计的选择加速度计的选择 加速度计的安装加速度计的安装加速度计的灵敏度与频响的制约关系。加速度计的灵敏度与频响的制约关系。环境对加速度计性能的影响。环境对加速度计性能的影响。加速度计质量载荷的影响估算加速度计质量载荷的影响估算可以用下式：可以用下式：其中：其中：为装有加速度计的被测结构的加速度；为装有加速度计的被测结构的加速度；为不装加为不装加速度计时被测结构的加速度；速度计时被测结构的加速度；为构件等效质量；为构件等效质量；为加速为加速度计的质量。度计的质量。横向振动对加速度计的输出也有一定影响，选择加速度计时应横向振动对加速度计的输出也有一定影响，选择加速度计时应选择横向灵敏度尽可能小的加速度计。选择横向灵敏度尽可能小的加速度计。加速度计的选择：加速度计的安装：加速度计的安装：常见的加速度计安装方法有以下几常见的加速度计安装方法有以下几种：种：螺栓固定（螺栓固定（31kHz31kHz）。）。用蜡粘接固定（用蜡粘接固定（29kHz29kHz）。back用胶合剂固定用胶合剂固定（28kHz28kHz）。用螺栓加绝缘垫圈固定用螺栓加绝缘垫圈固定（28kHz28kHz）。用永久磁铁固定用永久磁铁固定（27kHz27kHz）。采用探针式接触方法采用探针式接触方法（24kHz24kHz）。（5 5）使用及维护）使用及维护根据所要测量的振级、振动频率范围、环境条件以及根据所要测量的振级、振动频率范围、环境条件以及测量精度要求，选择合适的加速度计。测量精度要求，选择合适的加速度计。选择合适的前置放大器，该放大器工作频率范围、输选择合适的前置放大器，该放大器工作频率范围、输出灵敏度、放大量、自噪声水平等应满足测量要求。出灵敏度、放大量、自噪声水平等应满足测量要求。对于轻型结构物的测试，应注意加速度计及固定件所对于轻型结构物的测试，应注意加速度计及固定件所构成的附加质量对被测结构原始振动特性的影响。构成的附加质量对被测结构原始振动特性的影响。在加速度计安装位置与被测振源之间在加速度计安装位置与被测振源之间应具有短而刚性的振动传输路径，应应具有短而刚性的振动传输路径，应避免在此路径上存在任何顺性与阻尼避免在此路径上存在任何顺性与阻尼元件。元件。加速度计在被测物体上的安装方法会加速度计在被测物体上的安装方法会影响加速度计的安装谐振频率，从而影响加速度计的安装谐振频率，从而影响加速度计的有用工作频率范围及影响加速度计的有用工作频率范围及动态范围。动态范围。必须保持加速度计具有高的绝缘电阻，必须保持加速度计具有高的绝缘电阻，接插件有良好的导电性能。接插件有良好的导电性能。加速度计与前置放大器之间的电缆会加速度计与前置放大器之间的电缆会影响测量结果。影响测量结果。必须防止来自市电的必须防止来自市电的50Hz50Hz电干扰电干扰。3.激励器（振动台）激励器（振动台）4.4.实验实验目的方法原理数据处理注意：电荷放大器的使用注意：电荷放大器的使用电荷放大器电荷放大器电荷放大器电荷放大器示示波波器器功功 放放信号源信号源