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上圖為水聽器靈敏度測(cè)試裝置

  很多用戶采購了水聽器，卻對(duì)水聽器靈敏度定義不是很清楚，因?yàn)槲覀兊乃犉鬏敵鲂盘?hào)是毫伏級(jí)的電壓信號(hào)，根據(jù)這個(gè)電壓值需要換算的，在這里我們?cè)敿?xì)地對(duì)水聽器靈敏度定義和水聽器靈敏度計(jì)算公式做出闡述，直接上干貨。按照水聲行業(yè)的慣例，黑斜體的單位都是對(duì)數(shù)的。

水聽器在聲場(chǎng)中受到水聲聲壓P的作用，產(chǎn)生開路電壓U，開路電壓U的大小正比于作用的水聲聲壓P的大小。因此可以得到水聽器的靈敏度M為：

   M= U / P。

如水聽器在1Pa的水聲聲壓作用下，產(chǎn)生的開路電壓為10^-3.5V，則它的靈敏度為10^-3.5 V / 1 Pa =10^-3.5V/Pa。

將靈敏度與基準(zhǔn)值比較，再取對(duì)數(shù)，然后乘以20，就換算為分貝數(shù)了。

水聲中通常使用1 V/μPa作為靈敏度的基準(zhǔn)值，這樣我們可以得到上面水聽器的靈敏度分貝值，通常我們稱之為靈敏度級(jí)（用黑斜體表示）：

M= 20×lg[(10^-3.5V/Pa) / (1 V/μPa)]= 20×lg(10^-9.5)= -190 dB。

上面提到的水聲聲壓為交變壓力，不是靜水壓。

水聽器在不同頻率下其靈敏度是有差別的，因此，我們測(cè)量了不同頻率下水聽器靈敏度(使用水聽器靈敏度測(cè)試裝置)，并記錄在測(cè)試報(bào)告中。

測(cè)量噪聲時(shí)，連接水聽器的電源和信號(hào)輸出線，用信號(hào)采集板采集水聽器的輸出信號(hào)，并加以FFT分析，可以得到水聽器的電壓譜，如30 kHz的電壓為10^-2 V，40 kHz的電壓為2×10^-2 V，電壓分貝數(shù)計(jì)算公式為20×lg U  (式中U的單位為V)，得到30 kHz的電壓分貝數(shù)為20×lg(10^-2)= -40dB，40 kHz的電壓分貝數(shù)為20×lg(20^-2)=-34 dB。

水聲聲壓級(jí)計(jì)算：

上面已經(jīng)得到了水聽器電壓的分貝數(shù)，用該數(shù)據(jù)減去水聽器在該頻率下的靈敏度級(jí)，就得到了該頻率下的水聲聲壓級(jí)。如30 kHz時(shí)水聽器的靈敏度級(jí)為-190 dB，30 kHz的電壓分貝數(shù)為-40 dB，則30 kHz時(shí)聲壓級(jí)為-40-（-190）=150 dB。

40 kHz時(shí)水聽器的靈敏度級(jí)為-192 dB，40 kHz的電壓分貝數(shù)為-34 dB，則40 kHz時(shí)聲壓級(jí)為-34-（-192）=158 dB。

水聲專業(yè)中，聲壓的基準(zhǔn)值為1 μPa，同樣地，聲壓級(jí)的計(jì)算是聲壓的絕對(duì)值與聲壓的基準(zhǔn)值比較后取對(duì)數(shù)，再乘以20后得到。例如，某頻率下聲壓為100 Pa，則它的聲壓級(jí)為

20×lg[(10²Pa) / (1μPa)]= 20×lg(10⁸)=160 dB。

我們通過逆運(yùn)算，可以計(jì)算聲壓級(jí)為158 dB時(shí)聲壓的絕對(duì)值：

10^(158/20)=10^7.9μPa≈79.4 Pa

如果是測(cè)量發(fā)送響應(yīng)或者源級(jí)，還需要折算到距聲源1米處的值，方便進(jìn)行比較。

折算方法如下：

假設(shè)聲源距標(biāo)準(zhǔn)水聽器距離為d米，測(cè)量得到水聽器處的聲源級(jí)為P（Pa），則換能器的發(fā)射源級(jí)SPL為(按照Pa計(jì)算)：

SPL=P×d

假設(shè)聲源距標(biāo)準(zhǔn)水聽器距離為d米，測(cè)量得到水聽器處的聲源級(jí)為P（dB），則換能器的發(fā)射源級(jí)SPL為(按照dB計(jì)算)：

SPL=P+20×lg(d)。

V/bar與V/uPa之間的換算：

1bar=10⁵Pa，因此換算成dB，兩者相差220。舉例說明：

20V/bar對(duì)應(yīng)20*lg(20)-220=-194dB(1V/uPa作為參考。)

水聽器自噪聲的定義：

水聽器自噪聲一般也成為水聽器本底噪聲，有自噪聲源級(jí)和自噪聲譜級(jí)兩種表示方法。自噪聲源級(jí)指工作帶寬內(nèi)水聽器的噪聲總和，自噪聲譜級(jí)指工作帶寬內(nèi)水聽器單位頻率寬度的噪聲。

自噪聲源級(jí)的單位是dB，參考值是1uPa；

自噪聲譜級(jí)的單位是dB，參考值是；

如果要換算成以Pa為單位，參考前面有關(guān)水聲聲壓級(jí)的計(jì)算。

發(fā)射換能器發(fā)送響應(yīng)和發(fā)送源級(jí)之間的關(guān)系

換能器發(fā)送響應(yīng)是指在1 V電壓激勵(lì)下，在1 m出產(chǎn)生的聲壓。知道換能器的發(fā)送響應(yīng)后，很容易可以計(jì)算出換能器在一定電壓驅(qū)動(dòng)下的發(fā)送源級(jí)。舉例說明：

某換能器的發(fā)送響應(yīng)為140dB，在100V電壓驅(qū)動(dòng)下，發(fā)送源級(jí)為：

140+20×lg(100)=180 dB。

即該換能器在100V電壓激勵(lì)下，在1 m處可產(chǎn)生180 dB的聲壓。

聲源級(jí)和距離之間的關(guān)系

聲源級(jí)和距離呈反比關(guān)系。距離增加一倍，聲源級(jí)下降一半。用對(duì)數(shù)表示為：

SPL=P - 20×lg(d)

如果在1米處聲源級(jí)為180dB，那么在100米處，聲源級(jí)為：

180-20×lg(100)=140 dB

水聽器輸出電壓的計(jì)算

水聽器在聲場(chǎng)中感受聲壓作用，會(huì)產(chǎn)生電壓輸出，根據(jù)靈敏度的定義，我們可知水聽器的電壓輸出與感受的聲壓大小成正比，以對(duì)數(shù)表示為：

U = P + M

舉例說明：

水聽器的靈敏度為-170 dB，聲場(chǎng)的聲壓值為150 dB，水聽器輸出的開路電壓為：

U = 150+(-170)=-20 dB。即U = 0.1 V。

水聽器電荷靈敏度和電壓靈敏度的轉(zhuǎn)換

電荷靈敏度和電壓靈敏度可以根據(jù)Q = U·C相互轉(zhuǎn)換，只是差一個(gè)電容的系數(shù)。 例如：某水聽器的電容量C為4000pF，電壓靈敏度級(jí)M_j是-210dB(ref：1V/μPa)，則：它的電壓靈敏度是10^(-210/20)=3.16×10^-11 V/μPa，電荷靈敏度是M_c=M_j×C=3.16×10^-11×4000×10^-12    M_c=1.26×10^-19 (c/μPa)=0.126 (pc/Pa)