正確選擇傳聲器的響應類型

電容式傳聲器是聲學測量中最常用的傳聲器類型，其性能對測量精度有著重要影響。電容式傳聲器有三種響應類型，分別是：自由場、壓力場和隨機入射場。下面就讓我們一一來了解一下，這三種響應類型及不同響應類型的傳聲器的選擇。

1 自由場傳聲器

最常用的響應類型是自由場類型，如圖1 所示。當聲音來自單一方向和單一聲源，聲波的傳播方向和傳聲器膜片垂直（0°入射角），且測試環境中的聲反射降為最小時，這種情況下自由場傳聲器的測量結果最為精確。

圖1 自由場傳聲器

自由場傳聲器設計用于測量膜片處的聲壓，假設傳聲器對原來的聲場沒有影響，仿佛傳聲器不存在一樣。但是，當頻率高到聲波波長和傳聲器的尺寸接近時，傳聲器放在聲場中后，衍射效應會改變原來的聲場。這個效應在傳聲器的設計和校準時必須要予以考慮，以保證測試數據的精度。自由場傳聲器較適用于空曠的、沒有反射物的環境下，如消聲室和開闊地等這些場合。

2 壓力場傳聲器

第二種響應類型稱為壓力場傳聲器，如圖2 所示。電容式壓力場傳聲器的使用方法和壓電式或標準壓力傳感器類似，主要用于在管道或空腔中測量聲壓。壓力場傳聲器通常安裝在墻或者面板中，傳聲器的測量表面與物體表面平齊。它不需要考慮傳聲器本身對聲場的影響，壓力場中各處的幅值和相位視為是相等的。

圖2 壓力場傳聲器

壓力場傳聲器通常用于尺寸小于聲波波長的圍隔中，測試施加于墻上、機翼上、結構（如管道、殼、空腔等）內部的聲壓都是壓力場傳聲器的應用實例。

3 隨機入射場傳聲器

第三種類型稱為隨機入射場傳聲器，也被稱作擴散場傳聲器（圖3）。隨機入射場傳聲器設計為全指向性，測量來自多方向、多聲源、多次反射的聲壓。隨機入射場傳聲器需要補償其自身對聲場的影響。為得到擴散場中的精確響應，需要考慮對所有標定過的入射角度的凈效應做平均。這項工作是由傳聲器制造商在設計和標定階段完成的。

圖3 隨機入射場傳聲器

當在混響室、教堂或者其他具有硬反射墻面的區域內進行聲學測量時，應該使用隨機入射場傳聲器，以精確地測量來自多聲源的聲音。

4 不同響應類型傳聲器的選擇

在低頻（≤1 kHz）時，無論傳聲器的響應類型還是自由場，隨機入射場還是壓力場，其輸出的測試數據是一致的，差別在0.2 dB 以內，因此可以選用任意一種類型的傳聲器進行測試。

隨著測試頻率的增高，聲波波長變小。當聲波的波長和傳聲器本身的尺寸接近時，不同響應類型的傳聲器的輸出之間的差異開始變大。

圖4 不同響應類型″傳聲器輸出的比較

圖5 不同響應類型″傳聲器輸出的比較

綜上，關于選擇合適的響應類型的傳聲器，我們提供以下建議：

*測試頻率低于≤1 kHz 時，不必考慮傳聲器的響應類型

*測試頻率高于≥1 kHz 時，最好選擇和測試的聲場類型匹配的傳聲器

*如果已知傳聲器在不同類型聲場中的響應，可以通過后處理對測量數據進行修正，則不必考慮傳聲器與聲場是否匹配

* 較之大尺寸傳聲器，小尺寸的傳聲器具有更好的多類型聲場適應性