Page 132 - 《应用声学》2021年第6期

928 2021 年 11 月

Ցቫᄦ ͜ܦ٨ 后腔声压衰减是灵敏度特征的构成因素。研究校准
腔与后腔内声压泄漏与热传导损失的响应是提高
传声器灵敏度校准精度的前提。
在次声段进行校准时，压力泄漏和热传导效应
ಣюᑿ ͪ఩ႃ఻
ำ܋ 的耦合作用会造成校准腔和传声器后腔内的声压
ᤌీ
ुዔྟ ஃ੾ऐ 衰减。为了准确揭示次声段下泄漏与热传导效应的
జ౻
耦合机制，Zhang 等 [13] 基于模型等效思想以及准
图 1 活塞发生装置原级校准平台 静态假设建立校准声压的泄漏和热传导耦合衰减
Fig. 1 Primary calibration platform of pistonphone 模型：
活塞发生装置在次声段对传声器进行校准时， P 0 V 1 [1 + (κ − 1)]E V
活塞发生装置校准腔和传声器后腔均因压力泄漏 p = V 0 1 , (1)
和热传导耦合作用 (第一重耦合机制) 产生声压衰 1 + jωκT [1 + (κ − 1)]E V
减 [8] 。传声器振膜两侧的声压耦合作用 (第二重耦 式(1)中，p是校准声压(带下划线的符号表示复数)，
合机制) 改变了振膜的变形量，造成了传声器输出
P 0 是静态压力，V 1 是腔内的体积变化量，V 0 是腔内
电压的变化，进而改变传声器灵敏度的频率响应。
的静态体积，κ 是绝热指数，E V 是温度传递函数，ω
校准过程中多物理因素综合作用构成了被校传声 是角频率，T 是泄漏时间常数。
器原级校准的双重耦合机制，如图2所示。
当式 (1) 中 T → ∞ 和 E V = 1 时对应绝热 -密

ಣюᑿ کԍߘ 封工况下的声压；T → ∞和E ∈ [0, 1]时对应热传
V
བྷ͜࠮ 导 -密封工况下的声压；T = 实常数 和 E ∈ [0, 1]
ำ܋ ኄʷ᧘ᏹՌ V
ԍҧ෺໤ 时对应热传导 -泄漏工况下的声压；T = 实常数 和
૝ᒛ
ࠛ࠰ᘙᒛ ԍҧ෺᭛ = 1 时对应绝热-泄漏工况下的声压。活塞发生
E V
ܦԍ ܦԍ ኄʷ᧘ᏹՌ
བྷ͜࠮ 装置与传声器的特性参数如表1所示。
ေ᝷ܦԍ ኄ̄᧘ᏹՌ
͜ܦ٨ 表 1 中的传声器是精密仪器，其结构参数难以
精确测量，表中的传声器结构参照了CHZ-213 传声
ᣥѣႃԍ
༧ஐए
器的声腔模型，传声器的性能参数是通过参考一系
图 2 传声器原级校准的双重耦合机制示意图 列传声器的结构尺寸估算得出。目前市场上普通传
Fig. 2 Dual-coupling mechanism in the primary
声器的下限截止频率为 1 Hz 左右，有少数次声
pistonphone calibration
传声器 (如 BK-4193 和 PCB-378A07) 的下限截止
1.2 压力泄漏与热传导损失的理论分析 频率达到 0.1 Hz 左右。但对于大多数的声学校

活塞发生装置对传声器进行灵敏度校准时，校 准而言，对下限工作频率为1 Hz 左右的传声器配合
准声压的衰减是校准误差的引入因素，而传声器的 特殊的低频前置放大器(如PCB-426E01，下限截止

表 1 活塞发生装置和传声器的特性参数
Table 1 Characteristic parameters of pistonphone and microphone
活塞发生装置特性 传声器特性
校准腔半径 R 1 65 mm 后腔半径 a m 4.51 mm
校准腔长度 L 1 393 mm 后腔长度 L m 2.8 mm
密封薄膜半径 R 2 35 mm 振膜刚度 k m 3162 N/m
活塞半径 R 3 20 mm 振膜半径 c m 4.5 mm
均压孔内径 d 1 0.4 mm 振膜有效面积 S m 63.6 mm 2
均压孔长度 L 2 25 mm 背极板半径 b m 3.7 mm
活塞发生器泄漏时间常数 T p 26.8 s 传声器泄漏时间常数 T m 0.13 s