Page 135 - 《应用声学》2021年第6期

第 40 卷 第 6 期 刘迪等： 传声器次声段灵敏度校准的误差机理研究 931

从图 5 可以看出，不同腔内声压泄漏与热传导 (压力耦合)，可以推测出传声器的振膜在次声段会
损失的幅值与相位响应是同时产生的。热传导损 产生变形，从而引起传声器次声段灵敏度的变化。
失的幅值为 3 dB，并在中低频段产生较小的相位 基于仿真模型比较法确定出校准声压泄漏与
偏差。而泄漏损失的幅值远大于热传导，在极低频 热传导的独立与耦合修正量。通过将各修正量的仿
率下声压的泄漏损失会产生 90 的相位超前。当校 真值与式 (1) 算得的理论修正量进行对比，验证并
◦
准腔内耦合损失的幅值为 3 dB 时，伴随产生了 33 ◦ 揭示修正误差机理如表 2 所示。进一步将校准声压
左右的相位超前，对应校准腔的下限截止频率为 泄漏和热传导独立修正总量与耦合修正量的幅值
0.01 Hz。 响应进行对比，次声段下两种修正量幅值的理论响
在实际校准时，由于较小的腔体会产生更大的 应与仿真响应对比误差如表 2 所示，从而定量评判
压力泄漏和热传导损失，因而传声器后腔声压的衰 热黏滞损耗、腔壁不等温和均压孔泄漏等因素对声
减比校准声压的衰减提前。根据第二重耦合机制 压变化的影响。

表 2 校准声压泄漏与热传导效应的独立与耦合修正误差对比
Table 2 Comparison of independent and coupling correction errors of calibration pressure
leakage and heat conduction
泄漏独立修正的 热传导独立修正 耦合修正的理论 独立修正总量的 修正总量与耦合
频率/Hz 理论与仿真误差 的理论与仿真误差 与仿真误差 理论与仿真误差 修正量的幅值对比误差
幅值/dB 相位/( ) 幅值/dB 相位/( ) 幅值/dB 相位/( ) 幅值/dB 相位/( ) 理论幅值/dB 仿真幅值/( )
◦
◦
◦
◦
◦
0.0125 −0.15 2.09 −0.09 −0.52 −0.19 1.13 −0.24 1.57 0.12 0.07
0.025 −0.04 1.23 −0.12 −0.10 −0.16 0.83 −0.16 1.13 0.11 0.11
0.05 0.00 0.64 −0.10 0.11 −0.11 0.62 −0.1 0.75 0.05 0.06
0.1 0.01 0.32 −0.08 0.17 −0.08 0.45 −0.07 0.49 0.02 0.03
0.2 0.01 0.16 −0.06 0.18 −0.06 0.31 −0.05 0.34 0.01 0.02
0.4 0.01 0.08 −0.05 0.14 −0.05 0.21 −0.04 0.22 0.00 0.01

0.8 0.01 0.04 −0.04 0.10 −0.04 0.15 −0.03 0.14 0.00 0.01
1.6 0.01 0.02 −0.03 0.06 −0.03 0.10 −0.02 0.08 0.00 0.01
3.15 0.01 0.01 −0.03 0.04 −0.03 0.05 −0.02 0.05 0.00 0.00
6.3 0.01 0.01 −0.03 0.02 −0.03 0.02 −0.02 0.03 0.00 0.01
12.5 0.01 0.00 −0.03 0.00 −0.03 0.00 −0.02 0 0.00 0.01
25 0.01 0.00 −0.03 −0.01 −0.03 −0.01 −0.02 −0.01 0.00 0.01
50 0.01 0.00 −0.03 −0.02 −0.03 −0.02 −0.02 −0.02 0.00 0.01
100 0.01 0.00 −0.03 −0.03 −0.03 −0.03 −0.02 −0.03 0.00 0.01

根据表 2 可以看出，校准声压泄漏损失的幅值 在表 2 中发现，泄漏与热传导耦合损失的幅
与相位响应在理论与仿真结果中存在微小差异，主 值为 3 dB (对应频率 0.01 Hz) 之前的高频偏差在
要是仿真模型中的均压孔与活塞发生装置实际加 0.1 dB 左右，不会对衰减规律产生明显的影响。
工均压孔的尺寸之间存在偏差引起的。热传导损失 在低于 0.01 Hz 范围内，校准腔内泄漏与热传导
的幅值与相位响应在理论与仿真结果中分别存在 效应的独立修正总量与耦合修正量在次声段存
0.12 dB 和 0.58 以下的微小差别，主要是有两方面 在明显差异，主要是由于泄漏与热传导效应相互
◦
原因，一方面是源于理论模型没有计算黏滞损失，另 耦合，泄漏损失的衰减使得热传导减慢，反之亦
一方面是由于理论模型采用等直圆柱体，其与设计 然，进而验证了数值模拟结果与理论解析结果的
的腔体前端薄膜密封结构略有差别。 一致性。