Page 138 - 《应用声学》2021年第6期

934 2021 年 11 月

(6) 传声器：PCB-378A07 次声传声器频率范 表达式为 [16]
围：0.13 Hz ∼ 20 kHz (±2 dB)、灵敏度：5.8 mV/Pa、
M p = 20 lg U − 20 lg p L − 20 lg p , (3)

均压孔：后置，CHZ-213 驻极体传声器：频率响应 lhc
20 Hz∼ 20 kHz、灵敏度：50 mV/Pa。 式 (3) 中，M p 为声压灵敏度级，U 为传声器的输出
电压，p L 为校准腔内的集总声压，p 为泄漏和热传
3.2 次声传声器与低频前置放大器组件的内外均 lhc
导的耦合修正 [13] 。
压原级校准
传声器的相位灵敏度可以等效为被校传声器
为了验证传声器次声段灵敏度响应的差异，
的输出电压相较于位移激励的相位与校准腔内泄
基于原级校准平台对 PCB-377A07 预极化次声传
漏与热传导耦合修正量的相位之间的差值。根据公
声器与 PCB-426E01 前置放大器 (下限截止频率
式 (3) 与相位灵敏度的等效定义分别计算内外均压
< 0.9 Hz) 的传声器组件进行 0.1∼20 Hz 频率范围
校准模式下修正后的传声器声压灵敏度级幅值与
内的声压灵敏度级内外均压校准实验。采用 PCB-
相位响应，如图10所示。
480C02 信号调理器 (工作频率为 0.05∼500 kHz) 对
从图10可以看出，在外均压校准模式下，0.1 Hz
传声器组件供电，避免了数据采集卡的电气衰减
处的声压灵敏度衰减量达到 −3 dB，能够确定出
对灵敏度响应的影响。计算各频率下的传声器输
PCB-378A07 次声传声器组件的下限截止频率为
出电压与激光测振仪采集的活塞位移之间的比值，
0.1 Hz。但是由于前置放大器的下限截止频率小于
得出活塞恒定位移激励为 1 mm 时的传声器输出
0.9 Hz，即前置放大器的电压提前衰减会造成内外
电压幅值。其中，修正后传声器的声压灵敏度级的
均压校准机制下的传声器灵敏度幅值衰减并伴随
-45 Яکԍಣю 产生相位超前，使内外均压校准得出的声压级灵敏
ܦԍ༧ஐएጟ/(dB re 1 V/Pa) -51 3.3 根据第3.2节分析知，PCB-378A07次声传声器
-48
度响应差异并不明显。
ܱکԍಣю
CHZ-213 传声器与低频前置放大器组件的
-54
内外均压原级校准
-57
-60
-63
衰减的影响，造成内外均压校准模式下的灵敏度响
-66 组件在 0.9 Hz 以下的频段内受前置放大器的电气
0.01 0.1 1 10 应差异不明显。为了解决此问题，选用下限截止频
ᮠဋ/Hz
率高于 PCB-377A07 的普通传声器 CHZ-213 配合
(a) ࣨϙ༧ஐए
PCB-426E01 前置放大器在 0.1 ∼ 20 Hz 内进行内
200 Яکԍಣю 外均压校准，依然采用 PCB-480C02 信号调理器对
ܱکԍಣю
175
传声器组件供电，分别采集内外均压校准模式下传
150 声器组件的输出电压。根据公式 (3) 和相位灵敏度
ᄱͯ༧ஐए/(O) 100 的等效定义分别计算修正后的传声器声压灵敏度
125
级幅值与相位响应，如图11所示。
75
50 在图 11 中，发现内外均压校准模式下传声器
25 次声段灵敏度幅值响应存在显著差异，且传声器输
0 出电压的相位超前于校准声压的相位。但在 0.9 Hz
0.01 0.1 1 10
ᮠဋ/Hz 以下的频段内，传声器的灵敏度受到前置放大器
(b) ᄱͯ༧ஐए
的电气衰减特性的影响，使在内外均压校准模式下
图 10 次声传声器组件在内外均压校准模式下的灵
实际校准得到的传声器组件灵敏度幅值与相位响
敏度响应
应与仿真得到的灵敏度响应略有差别。此外，由于
Fig. 10 Sensitivity response of infrasound micro-
phone assembly for vent in field and vent out field CHZ-213传声器没有设置均压孔，其在校准过程中，
calibration modes 主要通过连接螺纹进行泄漏，传声器的泄漏效应在