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水听器灵敏度的定义

作者: RESON水听器     来源: www.resons.cn     日期:2021-12-2 17:18:35人气:703
         水听器在声场中受到水声声压P的作用,产生开路电压U,开路电压U的大小正比于作用的水声声压P的大小。因此可以得到水听器的灵敏度M为:M= U / P。
         如水听器在1Pa的水声声压作用下,产生的开路电压为10-3.5V,则它的灵敏度为10-3.5 V / 1 Pa =10-3.5V/Pa。
将灵敏度与基准值比较,再取对数,然后乘以20,就换算为分贝数了。
         水声中通常使用1 V/μPa作为灵敏度的基准值,这样我们可以得到上面水听器的灵敏度分贝值,通常我们称之为灵敏度级(用黑斜体表示):M= 20×lg[(10-3.5V/Pa) / (1 V/μPa)]= 20×lg(10-9.5)= -190 dB。
         上面提到的水声声压为交变压力,不是静水压。
         水听器在不同频率下其灵敏度是有差别的,因此,我们测量了不同频率下水听器的灵敏度,并记录在测试报告中。

         测量噪声时,连接水听器的电源和信号输出线,用信号采集板采集水听器的输出信号,并加以FFT分析,可以得到水听器的电压谱,如30 kHz的电压为10-2 V,40 kHz的电压为2×10-2 V,电压分贝数计算公式为20×lg U  (式中U的单位为V),得到30 kHz的电压分贝数为20×lg(10-2)= -40dB,40 kHz的电压分贝数为20×lg(20-2)=-34 dB。

水声声压级计算:
        上面已经得到了水听器电压的分贝数,用该数据减去水听器在该频率下的灵敏度级,就得到了该频率下的水声声压级。如30 kHz时水听器的灵敏度级为-190 dB,30 kHz的电压分贝数为-40 dB,则30 kHz时声压级为-40-(-190)=150 dB。
40 kHz时水听器的灵敏度级为-192 dB,40 kHz的电压分贝数为-34 dB,则40 kHz时声压级为-34-(-192)=158 dB。
         水声专业中,声压的基准值为1 μPa,同样地,声压级的计算是声压的值与声压的基准值比较后取对数,再乘以20后得到。例如,某频率下声压为100 Pa,则它的声压级为
20×lg[(102Pa) / (1μPa)]= 20×lg(108)=160 dB。
我们通过逆运算,可以计算声压级为158 dB时声压的值:
10(158/20)=107.9μPa≈79.4 Pa

        如果是测量发送响应或者源级,还需要折算到距声源1米处的值,方便进行比较。折算方法如下:
假设声源距标准水听器距离为d米,测量得到水听器处的声源级为P(Pa),则换能器的发射源级SPL为(按照Pa计算):
SPL=P×d

假设声源距标准水听器距离为d米,测量得到水听器处的声源级为P(dB),则换能器的发射源级SPL为(按照dB计算):
SPL=P+20×lg(d)。

V/bar与V/uPa之间的换算:
1bar=105Pa,因此换算成dB,两者相差220。举例说明:
20V/bar对应20*lg(20)-220=-194dB(1V/uPa作为参考。)

水听器自噪声的定义: 
        水听器自噪声一般也成为水听器本底噪声,有自噪声源级和自噪声谱级两种表示方法。自噪声源级指工作带宽内水听器的噪声总和,自噪声谱级指工作带宽内水听器单位频率宽度的噪声。
自噪声源级的单位是dB,参考值是1uPa;
自噪声谱级的单位是dB,参考值是; 
如果要换算成以Pa为单位,参考前面有关水声声压级的计算。

发射换能器发送响应和发送源级之间的关系
        换能器发送响应是指在1 V电压激励下,在1 m出产生的声压。知道换能器的发送响应后,很容易可以计算出换能器在一定电压驱动下的发送源级。举例说明:
某换能器的发送响应为140dB,在100V电压驱动下,发送源级为:
140+20×lg(100)=180 dB。
即该换能器在100V电压激励下,在1 m处可产生180 dB的声压。

声源级和距离之间的关系
声源级和距离呈反比关系。距离增加一倍,声源级下降一半。用对数表示为:
SPL=P - 20×lg(d)
如果在1米处声源级为180dB,那么在100米处,声源级为:
180-20×lg(100)=140 dB

水听器输出电压的计算
水听器在声场中感受声压作用,会产生电压输出,根据灵敏度的定义,我们可知水听器的电压输出与感受的声压大小成正比,以对数表示为:
U = P + M 
举例说明:
水听器的灵敏度为-170 dB,声场的声压值为150 dB,水听器输出的开路电压为:
U = 150+(-170)=-20 dB。即U = 0.1 V。

水听器电荷灵敏度和电压灵敏度的转换

电荷灵敏度和电压灵敏度可以根据Q = U•C相互转换,只是差一个电容的系数。

例如:某水听器的电容量C为4000pF,电压灵敏度级Mj是-210dB(ref:1V/μPa),则:
它的电压灵敏度是10(-210/20)=3.16×10-11 V/μPa,
电荷灵敏度是Mc=Mj×C=3.16×10-11×4000×10-12
Mc=1.26×10-19 (c/μPa)=0.126 (pc/Pa)


文章转摘自:环保在线 https://www.hbzhan.com/tech_news/detail/746294.html

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