【电子行业标准(SJ)】 测试电容传声器主要性能测量方法

备案号：110—1997
中华人民共和国电子行业标准
SJ/T10725-1996
测试电容传声器主要性能测量方法Methods for tetermining main characteristics ofmeasurementcondensermicrophones1996-07-22发布
1996-11-01实施
中华人民共和国电子工业部发布YYKAONKAca
中华人民共和国电子行业标准
测试电容传声器主要性能测量方法Methodsfor determingmaincharacteristics ofmeasurement condenser microphones主题内容与适用范围
本标准规定了测试电容传声器的主要性能测量方法。本标准适用于压强型测试电容传声器（以下简称传声器）。2引用标准
GB3947
3术语
声学名词术语
除下列术语外，本标准所涉及的声学名词术语按GB3947的规定。3.1电容传声器condensermicrophone它是一种靠电容量变化而起声电换能作用的传声器。注：除非另有说明，本标准中“传声器\不包括传声器的前置放大器。3.2开路电压opencircuitvoltageSJ/T10725-1996
代替GB3662-83
在给定频率的声信号激励下，传声器输出端的电压。此时传声器输出端除规定的接地屏蔽结构外，无其它电负载。
3.3插入电压技术insertvoltagetechnique用于测量传声器带有电负载时开路电压的一种方法。当传声器有电负载时，将一个比该负载阻抗小很多的阻抗与传声器串联，然后交替在该阻抗上施加一个校准电压和在传声器上施加相同频率的声压；调整校准电压使前置放大器输出端的电压与声压作用在传声器上的输出电压相等，该校准电压就是传声器的开路电压。3.4参考点referencepoint
传声器振膜的几何中心。
3.5参考轴referenceaxis
通过传声器参考点垂直于振膜的直线。4测量条件
4.1正常大气条件
环境温度：15~35℃；
中华人民共和国电子工业部1996-07-22批准YKAONrKAcas
1996-11-01实施
相对湿度：45%~75%；
气压：86~106kPa。
4.2基准大气条件
环境温度：23℃；
相对湿度：50%；
气压：101.3kPa。
SJ/T10725—1996
注：在此条件或其附近进行稳定性试验。4.3声场条件
4.3.1自由场
均匀各向同性的媒质中，边界影响可以忽略不计的声场。在模拟自由场中，距离点声源处的声压p有如下特性：p01/r。在颗率1000Hz以上自由场的偏离应优于±0.2dB。声源在自由场辐射时，离声源远处瞬时声压和质点速度基本上是同相位的声场，称为远场。对于圆形活塞辐射，其远场条件为：r≥d和r≥d2/
式中：d声源辐射面的直径，m；r—测试距离，m;
入——声波波长，m。
4.3.2扩散场
能量密度均匀，在各个传播方向作无规分布的声场。4.3.3耦合腔
耦合腔的最大尺寸应小于空气中声波波长的二十分之一，腔内与腔外应有压力均衡装置，与传声器耦合时应不漏气。
4.3.4声源
a。声源应能在待测传声器位置产生所要求的声压级；b。声源的非线性失真，对于测量频率响应的影响应不大于0.2dB，否则可在传声器输出端接一个中心频率为测量频率的窄带滤波器，以减少声源失真对测量的影响；c．声压应为正弦声压：除非另有规定，入射角应为0°。4.4标准传声器
标准传声器的灵敏度（自由场灵敏度或声压灵敏度）已经准确校准并具有良好的稳定性。声压灵敏度准确度为土0.1dB，自由场灵敏度准确度为土0.4dB。声压响应、自由场修正曲线、指向性频率响应曲线等应已知。4.5前置放大器
在所需频率范围内频响不均匀度优于±0.2dB，输入阻抗大于800Ma，传输损失不大于0.5dB，输入电压达20V时失真度小于2%，应分别与不同外径的传声器配套，与传声器相连的接地屏蔽结构如图1所示，相应的尺寸及公差见表1。2
YKAONrKAcas
尺寸代号
螺纹d2
极化电压及预热
SJ/T10725-1996
表1标称尺寸和公差
23.77±0.10
11.00±0.10
9.00±0.10
5.00±0.15
60UNS--2B
12.7±0.10
7.00±0.07
6.50±0.07
5.00±0.15
60UNS—2B
传声器在工作时应外接规定的极化电压，传声器和其他测量仪器应按有关规定预热和调整。
4.7信噪比
由于声场和系统的影响，系统信噪比应不低于20dB。4.8系统测量的准确度
按本标准规定，系统所测得的测量传声器声压灵敏度的准确度为土0.5dB。5特性说明与测量方法
5.1声压灵敏度[级]］
5.1.1说明
在规定的频率点，传声器输出端的开路电压与作用在膜片上的声压之比：M,=
式中：M.
声压灵敏度，V/Pa：
传声器输出端的开路电压，V；
P,作用在传声器膜片上的声压，Pa。用对数表示，则称为声压灵敏度级：eo
rYKAOMrKAa
式中：L.声压灵敏度级，dB；
SJ/T10725—1996
Lp=20lgM.
M,基准灵敏度，M.=1V/Pa。
5.1.2测量方法
本标准规定了下述两种方法，当对测量结果有争议时，以替代法为判定依据。(3)
5.1.2.1替代法
在正常工作条件下，按图2连接仪器，将标准传声器和被测传声器交替放在有恒定声压的耦合腔内进行灵敏度比较，调节衰减器，使测量放大器指示值相同，这时被测传声器的灵敏度级：
式中：L际
-被测传声器声压灵敏度级，dB(以1V/Pa为基准)；标准传声器声压灵敏度级，dB(以1V/Pa为基准）：衰器的调节t，B。
标准传画器交背
被测传吉器
前置放大器
耦合腔
注：耦合腔及声源可以使用声校准器替代。5.1.2.2声校准器法
测量放大器
精密衰减器
数字电压表
.·（4)
按图3连接仪器，将被测传声器与不低于一级的声校准器紧密耦合，启动声校准器，读取测量放大器指示的声压级1.，重复上述操作3-4次，求出各次读数平均值1被测传声器
声较准器
前置放大器
被测传声器的开路声压灵敏度级LMP为：测量放大器
精密衰减器
Lmp=-26-(L+AK+△P-L,)+Aβ
式中：10~
声校准器声压级校准值，dB（以20μPa为基准）；AK-声校准器的气压修正值[（见附录B(补充件）].dB：△P-腔体积修正值（当传声器带保护罩时，AP=0)dB；△β—前置放大器的传输损失，dB。数字电压表
（5）
注：①当给出前置放大器输出端的传声器灵敏度时，应同时给出前置放大器的传输损失Aβ。②前置放大器的传输损失43的测量方法参看附录A（补充件）。YKAONrKAcas
5.2自由场灵敏度[级］
5.2.1说明
SJ/T10725—1996
当传声器在自由场中，在规定的频率点，以参考轴为基准的规定声入射方向上，其输出端的开路电压与引入传声器以前存在于该传声器参考点的自由场声压之比。注：除非另有说明，自由场应是波阵面垂直于传声器参考轴的平面行波，如果声场不是平面行波，则应说明。
式中：M一自由场灵敏度，V/Pa;eo
一传声器输出端的开路电压，V；P传声器引入声场前，传声器参考点的自由场声压,Pa。用对数表示，称为自由场灵敏度级：式中：LMf自由场灵敏度级，dB；M,—基准灵敏度，M,=1V/Pa。
5.2.2测量方法
5.2.2.1替代法
Lm=20lgM
按图4连接仪器，在消声室中，将被测传声器与标准传声器交替置于自由场中同-一测量位置，保持声场不变，调节衰减器，使测量放大器指示值相同，按公式（8)计算自由场灵敏度：声源
音频信号
发生器
消声室
标准传声器交替
前置放大器
Lt=Lo +AL.
式中L
-标准传声器自由场灵敏度，dB(以1V/Pa为基准）；L,——被测传声器自由场灵敏度，dB(以1V/Pa为基准)；AL—衰减器调节量，dB。
5.2.2.2声压法
放大器
衰减器
当频率较低时，传声器的直径远比声波波长小，可以忽略传声器对声场的干扰，这时，自由场灵敏度等于声压灵敏度，因此可按5.1条测量。5.3扩散声场灵敏度[级]
5.3.1说明
在扩散声场中规定的频率点，传声器输出端的开路电压与传声器放入前该传声器参考点的扩散声场声压之比，称为扩散声场灵敏度：5
YKAONrKAcas
SJ/T10725—1996
式中：M扩散声场灵敏度，V/Pa；eoe
传声器输出端开路电压，V：
P.传声器放入声场前，传声器参考点的扩散声场声压，Pa。用对数表示，称为扩散声场灵敏度级：Ma
LMa=20lgM
式中：LMd——扩散声场灵敏度级，dB；M-基准灵敏度，M,-1V/Pa
5.3.2测量方法
当频率较低时，传声器的扩散声场灵敏度等于声压灵敏度，因此可以按5.1条测量。5.4声压灵敏度频率响应
5.4.1说明
传声器声压灵敏度作为正弦信号频率的函数，用分贝表示。5.4.2测量方法
·(10)免费标准bzxz.net
按图5连接仪器，使用静电激励器测量声压频率响应，音频信号电压不大于30Vrms），谐波引起的误差应小于0.2dB，为提高测量精度，可采用点测法。静电激励器
DC电源
音频信号
发生器
5.5自由场（灵敏度）频率响应
5.5.1说明
前置放大器
被测传声器
测量放大器
电平记录仪
传声器的自由场灵敏度作为频率的函数，用分贝表示，除非另有规定，自由场频率响应是指平面波自由场响应。
5.5.2测量方法
5.5.2.1替代法
按5.2.2.1条规定的方法逐一测出各频率点的声场灵敏度，以自由场灵敏度作为纵座标，以频率为横轴在直角座标系中画出自由场频率响应曲线。5.5.2.2叠加法
在被测传声器声压频率响应上，逐个频率登加该型号传声器典型的自由场修正值，即为自由场频率响应。
5.5.2.3自由场修正曲线
5.5.2.3.1替代法
按5.2.2.1条规定的方法测出自由场（灵敏度）频响曲线，按5.4.2条规定的方法测出声6
YKAONrKAcas
SJ/T10725-1996
压（灵敏度）频响曲线。将这两条曲线的低频段重合，求出其他部分的差值随频率变化的曲线，即得自由场灵敏度修正曲线。
5.5.2.3.2互易法
a.按图6连接仪器，在自由场中，将两只同型号不带保护罩的传声器（1)）、（2)，面对面地安装在与其外径相同的圆杆上，并使两传声器的参考轴重合，其距离应满足远场条件，保持与发送传声器（1)申接的电容器C。两端的电压恒定，分别测出各频率点传声器（2）的开路输出电压U2，频率从630～20000Hz按1/3oct取点（峰谷点附近适量增加）。DC电源
音额信号
发生器
传声器
消声室
厂前量
放大器
放大器
数字电压表
b.按5.4.2条用静电激励器分别测出传声器（1)，(2)的开路输出电压eo1，eo2，频率取点同5.7.1.2条的要求。
c，按公式（11)求出自由场频率响应修正值201g8：U2
201g =[2018 ()-201g )
5-0-.4.g1
式中：20lg.-某频率点的自由场修正值，dB；U2
20lgU(fo)）
20lgeoel（(fo）
传声器（2)的开路电压相对于f。时的电平，dB；传声器(1)在声压作用下的开路电压相对于f。时的电平，dB；20lg eoe2(fo)
传声器(2)在声压作用下的开路电压相对于f。时的电平，dB；fo—参考频率（如630Hz)；
f-—测试点的频率，Hz。
注：测量中如果参考频率630Hz，接收信号不稳，可提高频率到800Hz或1000Hz，但应对测试结果加以修正，对于+23.77传声器，B00Hz时每个值应增加0.2dB，1000Hz时每个值应增加0.3dB。1)外径小于423.77的传声器待定。d，当声波对于传声器的膜片以不同入射角入射时，传声器对应的自由场修正曲线，用改变自由场内两传声器的相对角度的方法，按上述a、b、c规定的方法测量。保护罩的影响。按图4连接仪器，分别测出传声器在有保护罩和无保护罩时各频率e.
点的灵敏度级，求出两者之差，即得由于保护罩的影响引起的差值。测量时应保持声场不变。5.6扩散声场频率响应
5.6.1说明
传声器扩散声场灵敏度作为频率的函数，以分贝表示。5.6.2测量方法
测试电容传声器是旋转对称的，其扩散声场灵敏度可根据各对应角度的自由场灵敏度按7
YKAONrKAcas
公式(12)计算得到：
SJ/T10725—1996
M=kiM+k2Mo+kMo+kaMo+ksMizo+kgMiso+kMiso式中：Ma扩散声场灵敏度，V/Pa：Mo,M3o.....,M1ao
k=k=0.018
kz=ke=0.129;
k3=ks=0.224:
.··（12）
分别为0°，30，……，180\时，各对应角度的传声器自由场灵敏度，V/Pa。
根据不同频率的传声器指向性图案（5.7.2条），用公式（12）式可算出扩散声场频率响应。5.7传声器指向性
5.7.1说明
传声器（带前置放大器）的自由场灵敏度随声波入射方向而变化的特性。5.7.2指向性图案
5.7.2.1说明
在规定的频率，通过参考轴的指定平面，传声器（带前置放大器）的自由场灵敏度，随声波入射角变化的曲线。
5.7.2.2测量方法
按图7连接仪器，保护声压和频率恒定，同时保持声源参考点与传声器参考点之间的距离不变，连续地或步进地改变以传声器参考轴为基准的声波入射角，步进法的入射角以每10或每15°改变，并记录每个角度0相应的输出电压U（0），按公式（13)算出传声器在该角度与0°时灵敏度之比：
20lg（0=0)
在极坐标图上用曲线描出传声器的指向性图案。（13)
推荐在以下频率点：500，1000,2000，4000，8000，16000，20000Hz重复上述测量步聚，得出各频率的指向性图案。
注：频率点的选取可由产品标准规定。8
YYKAONrKACa
音频信号
发生器
5.7.3指向性频率响应
5.7.3.1说明
敬大器
SJ/T10725-1996
消声室
放大器
之同步
放大器
电平记录仪
在规定的距离，偏离参考轴的不同入射角，传声器自由场灵敏度作为正弦信号频率的函数，以分员表示。
5.7.3.2测量方法
在传声器声压响应曲线上，加上声波以不同角度入射角时的自由场修正曲线（见5.5.2.3条)即为传声器的声压频率响应曲线。5.8动态范围上限
5.8.1说明
引起总谐波失真达3%时的声压级为传声器的动态范围上限。5.8.2测量方法
5.8.2.1高压耦合腔法
将传声器耦合在高压传声器校准仪上，在规定频率点，逐渐增加腔内声压，用失真仪测量被测传声器输出信号的失真度，当其达到规定值时，耦合腔内声压级即为传声器的过载声压级，即动态范围上限。
5.8.2.2比较法
将被测传声器与监视用传声器同时耦合在一小耦合腔上，在规定频率下，调节声源输出，使腔内声压逐渐增大，用失真仪测量被测传声器的输出信号失真度，当其达到规定值时，由监视用传声器测出的腔内声压级即传声器动态范围上限。腔内声场及监视用传声器的总失真应小于0.6%。
5.9传声器的相位特性
5.9.1说明
作用在传声器膜片上声压与传声器输出端开路电压之间的相角，它是频率的函数，单位为弧度(或度)。
5.9.2测量方法
按图8连接仪器，由相位计读出各频率点的相位差，即相位特性。注：本方法的测量包含了测量系统在内的相位差，也可以提供传声器之间的相对相位差。9
YYKAONrKAcas
DC电源
音频信号
发生器
5.10等效体积
5.10.1说明
SJ/T10725-1996
静电激励器
被测传声器
放大器
放大器
相位计
在密闭腔体内测量时（耦合腔测量），常用等效气体体积V。（密闭腔中的气体）来表示传声器驱动点的声阻抗，其表达式为：V.
式中：-
一腔体内气体的比热比，常数；一环境静压力，Pa；
w—角频率，rad；
Z、—传声器驱动点的声阻抗，N·s/m5.10.2测量方法
5.10.2.1替代法
糊合腔
模拟体与被测传声器替换
前置放大器
监视传声器
测量放大器
将被测传声器的保护罩换以转接环，并装在一耦合腔的顶部，调节声源使腔内产生频率为250Hz的恒定声压，由监视传声器测得此时腔内声压，以此为参考值。而后用一外形结构与被测传声器相同并装上同一转接环的模拟体（哑头）来替换被测传声器，调节模拟体的中心块，使监视传声器测出的声压不变（保持参考值恒定），此时中心测头所改变的体积就是被测传声器的等效体积，测试装置如图9所示。5.10.2.2耦合腔互易法
首先用耦合腔耦合传声器（1）与（2），传声器（1)发射，传声器（2）接收，测得其电转移阻抗Z1:
式中：Z,—电转移阻抗，2；
YYKAONrKAcas
（15)
SJ/T10725—1996
V，传声器（2)输出端的开路电压，VI-流过传声器(1)的电流，A。
而后在腔体内加上一已知体积的环，重复上述步骤，测得电转移阻抗22，由公式（16）求得传声器（1)和（2)的等效体积之和：Vcl+V2
式中：Vsl、V一分别为传声器(1)和(2)的等效体积，m；V耦合腔的体积，m；
VR一小环的体积，m：
电转移阻抗之比，F=Z,/Z2。
用另一只传声器(3)分别与传声器（1)和(2)组合，重复上述步骤得：Ve+V3-
式中（17）、（18)中：
传声器（3）的等效体积，m；
·(17)
·(18)
F—电转移阻抗之比，F=Z/Z2(Z1,Z2—分别为传声器（1)、(3)耦合时，不加环和加环时的电转移阻抗）；
电转移阻抗之比，F\=Z,/Zz(Zi,Z2-加环时的电转移阻抗)。
由公式（16）、（17）、（18)可分别求得：V
分别为传声器（2）、（3)耦合时，不加环和1
2F-1+F-1-F-1
F\-1F-1
测量时，传声器应加转接环，但计算中应扣除此环的体积。5.11传声器电容量
5.11.1说明
传声器的振膜与后极板之间的电容量。5.11.2测量方法
·（20)
·(21)
测试装置如10所示，用电容电桥测量传声器的电容量，测量时应按4.6条在传声器上施加极化电压
DC电源
电容电桥
YYKAONrKACas
小提示：此标准内容仅展示完整标准里的部分截取内容，若需要完整标准请到上方自行免费下载完整标准文档。