正确选择传声器的响应类型

电容式传声器是声学测量中最常用的传声器类型，其性能对测量精度有着重要影响。电容式传声器有三种响应类型，分别是：自由场、压力场和随机入射场。下面就让我们一一来了解一下，这三种响应类型及不同响应类型的传声器的选择。

1 自由场传声器

最常用的响应类型是自由场类型，如图1 所示。当声音来自单一方向和单一声源，声波的传播方向和传声器膜片垂直（0°入射角），且测试环境中的声反射降为最小时，这种情况下自由场传声器的测量结果最为精确。

图1 自由场传声器

自由场传声器设计用于测量膜片处的声压，假设传声器对原来的声场没有影响，仿佛传声器不存在一样。但是，当频率高到声波波长和传声器的尺寸接近时，传声器放在声场中后，衍射效应会改变原来的声场。这个效应在传声器的设计和校准时必须要予以考虑，以保证测试数据的精度。自由场传声器较适用于空旷的、没有反射物的环境下，如消声室和开阔地等这些场合。

2 压力场传声器

第二种响应类型称为压力场传声器，如图2 所示。电容式压力场传声器的使用方法和压电式或标准压力传感器类似，主要用于在管道或空腔中测量声压。压力场传声器通常安装在墙或者面板中，传声器的测量表面与物体表面平齐。它不需要考虑传声器本身对声场的影响，压力场中各处的幅值和相位视为是相等的。

图2 压力场传声器

压力场传声器通常用于尺寸小于声波波长的围隔中，测试施加于墙上、机翼上、结构（如管道、壳、空腔等）内部的声压都是压力场传声器的应用实例。

3 随机入射场传声器

第三种类型称为随机入射场传声器，也被称作扩散场传声器（图3）。随机入射场传声器设计为全指向性，测量来自多方向、多声源、多次反射的声压。随机入射场传声器需要补偿其自身对声场的影响。为得到扩散场中的精确响应，需要考虑对所有标定过的入射角度的净效应做平均。这项工作是由传声器制造商在设计和标定阶段完成的。

图3 随机入射场传声器

当在混响室、教堂或者其他具有硬反射墙面的区域内进行声学测量时，应该使用随机入射场传声器，以精确地测量来自多声源的声音。

4 不同响应类型传声器的选择

在低频（≤1 kHz）时，无论传声器的响应类型还是自由场，随机入射场还是压力场，其输出的测试数据是一致的，差别在0.2 dB 以内，因此可以选用任意一种类型的传声器进行测试。

随着测试频率的增高，声波波长变小。当声波的波长和传声器本身的尺寸接近时，不同响应类型的传声器的输出之间的差异开始变大。

图4 不同响应类型″传声器输出的比较

图5 不同响应类型″传声器输出的比较

综上，关于选择合适的响应类型的传声器，我们提供以下建议：

*测试频率低于≤1 kHz 时，不必考虑传声器的响应类型

*测试频率高于≥1 kHz 时，最好选择和测试的声场类型匹配的传声器

*如果已知传声器在不同类型声场中的响应，可以通过后处理对测量数据进行修正，则不必考虑传声器与声场是否匹配

* 较之大尺寸传声器，小尺寸的传声器具有更好的多类型声场适应性