1. 什么是声压？
声响是指经过介质（空气、液体或其他能被人耳所感知的介质）传达的压力动摇。 压力振荡/声响经由耳膜转换成电子信号传到达人脑，人脑接受到信号，依据信号特征识别出音乐、讲演、噪声等不同的声响方式。 麦克风的作业机制与耳膜相同。 然后您能够经过录制和剖析这些信号来收集声响从声源到麦克风的传达途径特征信息。 例如，在噪声、振荡、声振粗糙度测验过程中，工程师一般期望下降不期望有的声响，如削减行车中影响乘客舒适度的声响。 噪声能够是人耳能听到频率规模之上或之下的声响，亦或是在某个共振频率时的声响幅值。 关于需求下降噪声来满意排放规范，或对设备进行功能和运用寿命等特性进行剖析的规划工程师来说，这些丈量至关重要。
人类生活在充溢声响的国际中，人耳能感知到周围的声压，因而声压丈量是一种常见的丈量类型之一。 声压级表明接收器感知到的声响强度，以帕斯卡(Pa)表明。 咱们也能够丈量声源的声功率。 声功率级反映声源向四周辐射的总能量巨细，以瓦(W)表明。 它不受空间、接收器或与声源间隔等环境要素的影响。 功率是声源的一个特点，而声压则受环境，反射面、声源与接受器的间隔、环境噪声等特征。
至页首
2. 麦克风的作业原理
规划麦克风时，有多种计划可供挑选，但外部极化电容麦克风、预极化驻极体电容式麦克风、压电式麦克风是最常用的丈量麦克风。
图1.麦克风是将声响波形转换为电信号的传感器。
电容式麦克风
电容式麦克风是依据电容规划的一种麦克风。 电容式麦克风包含的金属振膜作为电容的一个基板。 紧靠振膜的金属片作为电容的另一个基板。 声场鼓励金属振膜后，两个基板之间的电容可随声压的改变而改变。 经过一个高电阻向基板施加一个安稳直流电压可使电荷保留在基板上。 电容的改变会发生一个与声压成正比的沟通输出。 预极化麦克风可经过外部极化电压或资料自身的特点对电容充电。 外部极化电容麦克风需求200V的供电电压。 预极化麦克风由需求恒定电流源的IEPE预扩大器供电。
压电式麦克风
压电式麦克风选用晶体结构来生成背板电压。 许多压电式麦克风选用与加速度计相同的信号调度机制，有些也适用IEPE信号调度来供给极化电压。 虽然这种传感器类型的麦克风灵敏度低，但耐久经用，可丈量高振幅声压。 可是，这种麦克风的背景噪声等级一般较高。 这种规划适用于冲击压力、爆炸压力丈量运用。
至页首
3. 怎么挑选适宜的麦克风？
呼应场
挑选麦克风时有必要考虑其运转的场类型。 麦克风分为三个类型：自由场、压力场和扩散场。 在低频率环境下，这些麦克风的作业原理类似，但在高频环境下却天壤之别。
自由场麦克风丈量的是麦克风隔阂处来自单个声源直接宣布的声压。 这类传感器丈量的是麦克风进入声场之前存在的声压。这类麦克风最适合没有较硬外表或反射面的开阔地域。 消音室或更开阔的地带是自由场麦克风的抱负运用场所。
图3.自由场麦克风
压力场麦克风用于丈量振膜前方的声压。 它在场内任何方位的起伏跟相位均相同, 它的波长相对较小，常见于密闭空间或腔体体内。 压力场传感器运用典范包含墙体抗压测验、机翼压力测验，以及管子、胶体、腔体等内部结构的压力测验。
图4.压力场麦克风
有些情况下，声响并非仅来自一个声源。 扩散场麦克风对不同方位一起传来的声响作出一致呼应。 这类麦克风适用于丈量在教堂或其他具有坚固反射性墙体的声响。 可是，关于大都麦克风，压力场和扩散场呼应是类似的，因而压力场麦克风一般也用于扩散场丈量。
图5.扩散场传声器
动态规模
描绘声响的首要规范是依据声压动摇的振幅。 人耳能感知到的最低声压振幅是百万分之20帕斯卡(20 μPa)。 用帕斯卡来表明声压，数值一般比较小，不利于处理，因而常用分贝(dB)作为计量单位。 这个对数比例可较精确地描绘人耳对声压振荡的反响。
制造商依据麦克风的规划和物理特性来规则最大分贝值。 最大分贝值是指振膜趋近于背极板的声压，或总谐波失真(THD)到达指定值（一般是3%THD）。 在必定运用环境中，麦克风输出的最大分贝值取决于供给的电压和麦克风的灵敏度。 在运用特定前置扩大器及其对应的峰值电压核算出麦克风的最大分贝输出值之前，咱们需求先算出麦克风能接受的最大声压级。 可经过下列公式核算声压值：
P=Pa, 电压为前置扩大器的峰值电压。
承认了麦克风峰值电压时的最大声压级，便可经过下列核算公式将声压级转换成分贝值：
其间P是以帕斯卡表明的压力
P0：参看声压（常数，=0.00002 Pa）
经过该公式可得出麦克风与特定前置扩大器合作运用时可丈量的最大额外值。 如需承认所需的最小噪声等级或声压，可参看麦克风的模块热噪声评级规范。 CTN规范供给了可检测到的最小声压值， 该值高于麦克风的固有电噪声。 图6显现了不同频率下，麦克风与前置扩大器合作使时的典型噪声等级。
图6.声压等于麦克风量程的上下限时，固有噪声等级最大。
挑选麦克风时， 有必要保证所测的压力值介于麦克风的CTN值和最大额外分贝值之间。 总而言之，麦克风的直径越小，分贝值上限越大。 直径大的麦克风一般CTN值较小，因而常用于低量程分贝丈量。
频率呼应
承认了所需的麦克风场呼应类型及动态规模后，可参看麦克风规范规范，以承认可用的频率规模。 直径小的传声器，上限频率一般较高。 反之，直径大的麦克风灵敏度高，更适用于低频检测。
制造商一般将频率的容差设置为±2dB。 比较不同麦克风时，必定要查看不同麦克风的频率规模以及特定频率规模的容差。 假如运用要求不高， 而添加的分贝容差在答应规模内，便可进步麦克风的可用频率规模。 您可与制造商承认或参照麦克风校准表，承认特定分贝容差对应的实践可用频率规模。
你
极化类型
传统外部极化麦克风跟新式预极化麦克风适用于大部分运用环境，但这两者之间也有差异。 外部极化麦克风的灵敏度更契合120 °C 到 150 °C 的温度规模，因而在高温环境中主张运用外部极化麦克风。 而预极化麦克风更适用于湿润环境。 温度的突变会导致外部极化麦克风的内部%&&&&&%结构短路。
因为外部极化麦克风需求200V的特定电压，因而装备时，只能选用7针电缆和LEMO连接器。 新式预极化麦克风经过2-20mA的恒源流供电，便于运用，因而更受欢迎。 这种装备下，您可运用规范和同轴线缆和BNC或10-32连接器来为读取设备供给电流和信号。
温度规模
当环境温度到达麦克风最大规则温度时，麦克风的灵敏度就会下降。 咱们需求归纳考虑麦克风的作业温度和存储温度。 极点条件下的运转或存储会对麦克风发生负面影响，添加其校准要求。 大都情况下，体系前置扩大器是作业温度规模的限制要素。 虽然120°C 高温环境对大都麦克风的灵敏度没有影响，但所需的前置扩大器却限于在60 °C 到80 °C的环境下运转。
至页首
4. 麦克风信号调度
当预备要运用DAQ设备丈量的麦克风时，需求考虑以下几点，以保证满意您一切的信号调理要求：
- 扩大，以进步丈量精度和信噪比
- 电流鼓励，为IEPE传感器的前置扩大器供电
- AC耦合，以消除直流偏置、进步分辨率，并充分利用输入设备的整个量程
- 滤波，消除外部的高频噪声
- 正确接地，以消除不同接地电位之间的电流发生的噪声
- 动态规模，以丈量麦克风的完好振幅规模
