传声器及其应用的提问与回答

第一部分: 传声器术语和定义

1 Q: 什么是A计权滤波器
   A: A计权指的是一个滤波输出信号能够模拟人耳在不同频率感知不同的声压级。

       人耳的听力范围是20Hz到20kHz, 当我们变老时听力范围会发生改变，尤其是高频段。当耳蜗纤维化时听力就会受到损坏。
       在20Hz到20kHz范围内，信号频率和响度，对于不同人耳感知的声音也不同。为了理解声音如何被耳朵所感知，Fletcher和Munson在1933年进行了一个研究。他们制作了等响曲线来显示测量的声压和感知的声音之间的关系。并画出不同的曲线来表示不同频率下一个声压级会有多响。通过测试我们可以得出人耳在1kHz到6kHz处最为灵敏，其它频率会自然衰减。

         2003年IEC 61672停止使用B和D计权，增加了Z计权来表示一个平的或者线性非计权。今天高质量声级计包括A、C和线性Z计权，如上图所示。
         在上图中在100Hz处100dB的幅值会衰减大约20dB，这样人耳就会感知这个100dB信号为80dB。
         理解了人耳如何感知声音是非常有必要的，因为消费类电子制造厂家希望他们的产品使人耳更愉悦，所以一般来说使用A计权输出。还有使用A计权的还有白色家电制造厂家（洗碗机、洗衣机和空调等）、手动工具（研磨机、气锤和电钻等）、计算机、环境研究及汽车和航天器制造厂家。

2 Q: 什么是TEDS?
    A:TEDS（传感器电子数据表格）是一个内置于传感器中可以存储溯源数据的芯片。传声器的TEDS芯片是放置在前置放大器内的，可以编程为0.9格式或者1.0版本格式。这个对于使用大批量传声器来说特别有助于传感器定位。130系列传感器是标准1.0版本TEDS，高端378系列传声器是0.9版本。

       TEDS芯片是一个小的元器件里面存储有关于传感器的数据。可以把它想象成一个具有表格模板的小型USB U盘，它里面有传感器的信息包括型号、序列号、校准日期和极化方式等。
       IEEE掌控相关标准。你一般会看到IEEE(P)1451.4或IEEE 1451.4，在这些版本里设计有不同的ID模板数据用于不同的传感器。TEDS可以被一个阅读器读取，或者适当的TEDS软件来进行读和写。
        IEEE(P)1451.4标准里的前缀"P"表示初级，对于我们的传声器和前置放大器组合来说是0.9版本。传声器最常用的ID模板是模板12（传声器集成了前置放大器），模板16仅仅是前置放大器模板，如果是仅单独采购前置放大器的话会有相应的编程。如果一个系统（传声器和前置放大器）被一起订购，模板16会被删除，其它的传声器和前置放大器模板会替代并出现在TEDS阅读器上。下面是一个0.9版本的例子。
 
       下面是TMS400B76读写软件的一个案例截图。TEDS IEEE P1451.4的初级格式使得制造厂家受限于行数限制。因为型号仅仅是前三个字母，版本是大写字母，最后2个数字是版本数字。下面的型号就是378B02, 显示出序列号、校准日期、灵敏度以及是预极化（1）或外极化（0）。ASCII码部分可以让用户放置备注。

 

    针对传声器来说，1.0（IEEE 1451.4）版本我们利用#27和#28模版格式。

    在1.0版本中他们拓展了版本，提供了额外信息，诸如场型和传声器尺寸。

 
       需要指出的是如果客户购买了0.9版本格式的传感器，我们可以重新编程为1.0TEDS格式，但是一旦编程为1.0版本，它就无法降为0.9版本了。这就是为什么更贵的378系统都是0.9版本，如果客户不确定他们使用的何种系统，看一下之前购买的378系列是0.9版本，TLD378系列是1.0版本。
        加速度传感器有不同的TEDS版本，一些特定于LMS软件，具有TLA,TLB和TLC前缀。
        如果用户有关于读取TEDS的问题，首先问一下他们是否有TEDS阅读器，什么厂家和型号，设置为读取0.9还是1.0版本。

3 Q: 什么是温度系数？如何使用？
    A: 随着温度发生改变，传声器的灵敏度也会受到相应的影响。IEC 61094-4(工作级别传声器)标准所要求的温度系数可以用来评估由于温度变化带来的灵敏度变化。

        具体信息：膜片的硬度和膜片与背极板之间的空气缝隙就像一个弹簧（见下图），它随着温度、湿度和空气压力的变化会导致弹簧效应的张力发生变化，以此导致传声器的灵敏度发生改变。灵敏度变化了就会导致测量结果不准确。

 
       为了考虑环境变化带来的灵敏度变化，最佳的方法是使用一个手持式校准器（诸如CAL200）来测量测试环境的实际灵敏度。
       如果你没有手持式校准器（或活塞发声器）你可以通过指标上的系数来计算得出偏差。举个例子我们会补偿温度带来的变化。每个校准证书上都有当时进行校准时的环境参数及灵敏度。

通过使用温度系数（下图）我们可以加或减去温度效应。正值表示正的斜率（温度越低灵敏度越低，温度越高灵敏度越高）

 
       如果我们需要计算100℃时的377B02的灵敏度，我们需要考虑和校准报告上列出的温度差乘以系数：
       ∆T = 100 ℃ – 21 ℃= 79 ℃
       79℃× 0.009 dB/ oC = 0.71 dB
       377B02的灵敏度是49.62mV/Pa，等于-26.09 dB re 1V/Pa,这样就是-26.09+0.71= -25.38 dB re 1V/Pa。
       将-25.38 dB倒算回mV/Pa的灵敏度，就等于53.83mV/Pa，这个就是100°C时的灵敏度。这个变化也反映了随温度的升高灵敏度也变高了。
       重要的是要指出IEC61094-4标准里只要求测试-10°C到+50°C范围内的温度系数，经过测试我们确定这个系数趋势在120°C的范围内也是有效的。

4 Q: 什么是传声器的本底噪声？
   A: 传声器的本底噪声指的是热噪声指标，需要指出的是前置放大器的电噪声会影响传声器和前置放大器组合的本底噪声。测量链的其它部件诸如供电电源和数据采集系统也会带来影响，会提高你能测量的最小声压值。

5 Q:  极性图是什么？如何使用？
   A: 极性图（也叫做波束模式）显示的是传声器探测到的不同角度的声压曲线。极性图提供的数据显示出不同入射角度的声音被传声器探测到的声压值。入射角度一般是以传声器为中心的180度或者360度。越远离中心幅值越小。极性图并不能反映出声压的频率特性，一般都是指特定频率的极性图。一般在提到极性数据时都会说明频率，因为不同频率显示的极性也是不同的。

6  Q: 传声器的上升时间是多少？
    A: 上升时间是由一个二阶系统的共振频率和阻尼系数共同决定的。

7  Q: 什么是A计权，使用A计权的最佳方法
    A: 不同的频率以不同的方式影响人的耳朵。等响测试决定了每个频率如何影响人耳以及显示出平均人耳一般在4kHz处最灵敏。50Hz的100dB信号感觉像是70dB。这就是为什么一个吉他发出的声音会比一个大鼓发出的声音响，或者是一个刹车啸叫会比发动机敲击声更恼人，事实上在线性范围内它们具有相同的分贝值。
       一个A计权其实就是一个过滤系统，它提供了一个在不同频率对人耳的相对dB值影响。这个可以在声级计的软件系统中实现或者使用在线式滤波器。

8 Q: LEMO^®型和同轴型测量传声器的区别？
   A: 同轴电缆主要用于ICP^®型预极化传声器或加速度计。同轴电缆包含有一个导体包覆着一个屏蔽层（地）。接头类型一般是BNC,SMB或者10-32接头。一个LEMO^®电缆主要设计用于外极化传声器应用。同轴电缆效费比高（一般来说是1/4到1/10的LEMO^®电缆价格），可以长距离使用，信号损耗小。而LEMO^®电缆可以传输多个信号，这个对于200V极化供电、mV输出信号和电加热来说是必须的。对于外极化应用，最常规的是7针LEMO^®接头和电缆。

9 Q: 什么是ICP^®?
    A: ICP^®是PCB Piezotronics Inc.的注册商标，它是一个PCB^®传感器含有可以由2-20mA供电的内置电路。一个由ICP^®供电的加速度计它会有内置电路，对于电容传声器来说，你会需要一个预极化传声器以及一个含有内置电路的前置放大器。

相关内容：

    
    第二部分：传声器选型    

    第三部分：传声器校准与测试   

    第四部分：传感器参数说明 

    第五部分：特殊传声器的应用

    第六部分：传声器的使用和维护