電容式傳聲器是聲學(xué)測量中常用的傳聲器類(lèi)型，其性能對測量精度有著(zhù)重要的影響。電容式傳聲器有三種響應類(lèi)型，分別是：自由場(chǎng)、壓力場(chǎng)和隨機入射場(chǎng)。下面，就讓我們一一來(lái)了解一下這三種響應類(lèi)型及不同響應類(lèi)型的傳聲器的選擇。

一、自由場(chǎng)傳聲器Free Field

常用的響應類(lèi)型是自由場(chǎng)類(lèi)型，如圖1所示。當聲音來(lái)自單一方向和單一聲源， 聲波的傳播方向和傳聲器膜片垂直（0°入射角），且測試環(huán)境中的聲反射降為最小時(shí)，這種情況下自由場(chǎng)傳聲器的測量結果最為精確。

圖1 自由場(chǎng)傳聲器

自由場(chǎng)傳聲器設計用于測量膜片處的聲壓，假設傳聲器對原來(lái)的聲場(chǎng)沒(méi)有影響，仿佛傳聲器不存在一樣。但是，當頻率高到聲波波長(cháng)和傳聲器的尺寸接近時(shí)，傳聲器放在聲場(chǎng)中后，衍射效應會(huì )改變原來(lái)的聲場(chǎng)。這個(gè)效應在傳聲器的設計和校準時(shí)必須要予以考慮，以保證測試數據的精度。

自由場(chǎng)傳聲器很適用于空曠的沒(méi)有反射物的環(huán)境下，如消聲室和開(kāi)闊地等這些場(chǎng)合。

二、壓力場(chǎng)傳聲器Pressure

第二種響應類(lèi)型稱(chēng)為壓力場(chǎng)傳聲器，如圖2所示。電容式壓力場(chǎng)傳聲器的使用方法和壓電式或標準壓力傳感器類(lèi)似，典型用于在管道或空腔中測量聲壓。壓力場(chǎng)傳聲器通常安裝在墻或者面板中，傳聲器的測量表面與物體表面平齊。壓力場(chǎng)傳聲器不需要考慮傳聲器本身對聲場(chǎng)的影響。壓力場(chǎng)中各處的幅值和相位視為是相等的。

圖2 壓力場(chǎng)傳聲器

壓力場(chǎng)傳聲器通常用于尺寸小于聲波波長(cháng)的圍隔中。測試施加于墻上、機翼上、結構（如管道、殼、空腔等）內部的聲壓都是壓力場(chǎng)傳聲器的應用實(shí)例。

三、隨機入射場(chǎng)傳聲器Random Incident

第三種類(lèi)型稱(chēng)為隨機入射場(chǎng)傳聲器，如圖3所示。

圖3 隨機入射場(chǎng)傳聲器

這類(lèi)傳聲器也被稱(chēng)作擴散場(chǎng)傳聲器。隨機入射場(chǎng)傳聲器設計為全指向性，測量來(lái)自多方向、多聲源、多次反射的聲壓。隨機入射場(chǎng)傳聲器需要補償其自身對聲場(chǎng)的影響。為得到擴散場(chǎng)中的精確響應，需要考慮對所有標定過(guò)的入射角度的凈效應做平均。這項工作是由傳聲器制造商在設計和標定階段完成的。

當在混響室、教堂或者其他具有硬反射墻面的區域內進(jìn)行聲學(xué)測量時(shí)，應該使用隨機入射場(chǎng)傳聲器，以精確地測量來(lái)自多聲源的聲音。

不同響應類(lèi)型傳聲器的選擇

在低頻（≤1 kHz）時(shí)，不論傳聲器的響應類(lèi)型是自由場(chǎng)，隨機入射場(chǎng)，還是壓力場(chǎng)，其輸出的測試數據是一致的，差別在0.2dB以?xún)?，因此，可以選用任意一種類(lèi)型的傳聲器進(jìn)行測試。

隨著(zhù)測試頻率的增高，聲波波長(cháng)變小。當聲波的波長(cháng)和傳聲器本身的尺寸接近時(shí)，不同響應類(lèi)型的傳聲器的輸出之間的差異開(kāi)始變大。

如圖4所示，對于1/2?傳聲器，在20 kHz頻率點(diǎn)處，不同響應類(lèi)型的傳聲器的輸出的差異接近10 dB。換言之，如果在自由場(chǎng)聲場(chǎng)中，采用1/2?的壓力場(chǎng)傳聲器進(jìn)行聲壓測量，其誤差接近10 dB。

圖4  不同響應類(lèi)型的1/2?傳聲器的輸出的比較

從圖5可以看到，對于1/4?（6mm）傳聲器，在20 kHz頻率點(diǎn)處，不同響應類(lèi)型的傳聲器的輸出的差異接近6dB，小于1/2?傳聲器的10 dB的差異。

圖5 不同響應類(lèi)型的1/4?傳聲器的輸出的比較

綜上，關(guān)于選擇合適的響應類(lèi)型的傳聲器，我們提供以下建議：

●測試頻率低于≤1 kHz時(shí)，不必考慮傳聲器的響應類(lèi)型；

●測試頻率高于≥1 kHz時(shí)，最好選擇和測試的聲場(chǎng)類(lèi)型匹配的傳聲器；

●如果已知傳聲器在不同類(lèi)型聲場(chǎng)中的響應，可以通過(guò)后處理對測量數據進(jìn)行修正，則不必考慮傳聲器與聲場(chǎng)是否匹配；

●較之大尺寸傳聲器，小尺寸的傳聲器具有更好的多類(lèi)型聲場(chǎng)適應性。