水听器灵敏度的定义

作者： RESON水听器来源： www.resons.cn 日期：2021-12-02 17:18:35人气：5757

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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