为传声器校准技术中的校准方法写一篇详细的介绍
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## 传声器校准技术中的校准方法

在互易法诞生以前，驻波管中的瑞利盘法是传声器校准的常用方法，20世纪初期提出的活塞发生器法是低频段传声器校准的有效方法，60年代提出的耦合腔互易校准法成为传声器校准的原级方法，之后陆续提出了互易法、耦合腔比较法、自由场比较法、气腔压力法、静电激励器法和质点速度法等。

### 互易法

互易法根据电容传声器的互易性，利用接收器电压（或电流）灵敏度与发射器发送电流（或电压）之比与换能器结构无关的互易原理，将三只传声器两两组合，一只用作发射器，另一只作为接收器，根据传声器灵敏度乘积等于声耦合系统的电转移阻抗与声转移阻抗的比值，如公式所示，不同的传声器组合可以得到三个不同的方程，最终可求解得到每只传声器的灵敏度。式中和分别为两只传声器的灵敏度；为两只传声器组成的声耦合系统的声转移阻抗，可以根据介质的物理属性和传声器之间的距离计算得到；为接收器的开路电压；为发射器的激励电流；和可以通过电学仪表测量获得。经过60多年的发展，电声换能器的互易理论已经相对成熟，互易法校准传声器的不确定度可以达到0.05分贝（）甚至更小，中国也建有耦合腔互易法声压基准和自由场互易法声压基准。但互易校准过程中并未测量声压值，而是通过计算传声器的声压灵敏度后间接复现声压。互易法校准仅适用于固定规格、标准尺寸的3只传声器，且需要考虑低频段校准中声泄露、高频段校准中自由场声反射波的影响。

### 耦合腔比较法和自由场比较法

耦合腔比较法和自由场比较法属于传声器校准的二级方法，在IEC 61094系列标准中给出了详细的说明。比较法，即在一定声压级的声场中，通过与参考传声器的比较获得待测传声器的灵敏度和频率响应。耦合腔比较法需要注意腔体尺寸和波长的关系，频率较高时，作用在参考传声器和待测传声器膜片上的声压可能并不相同。在自由场比较法中，参考传声器和待测传声器的声中心位置要尽可能接近。

### 气腔压力法

根据理想气体状态方程，通过腔体内气体体积的变化实现气体压强的变化，获得可精确控制和测量的声源，进而实现传声器灵敏度的校准。早在1976年，英国国家物理实验室提出激光活塞发声器的方法，采用激光干涉仪测量活塞的运动位移，计算气体腔体内的体积变化量，得到声压量值。2011年中国计量科学研究院采用空气轴承和位移反馈控制超低频振动台驱动的活塞-腔体组合，采用气浮自对中技术的小间隙缸塞，配合大体积的腔体设计，获得低泄漏、低失真的激光活塞发声器。气腔压力法是声压量值的直接复现，利用激光活塞发声器的技术可以获得很高的准确度，其局限性在于它的频率范围，通常气腔压力法的频率范围不超过250赫兹。

### 静电激励器法

静电激励器法是在传声器膜片和静电激励器间施加一个静电场，通常为直流电压800伏，同时施加不同频率的交变电场产生静电力，以模拟声压的作用，进而得到传声器在不同频率下的频率响应。静电激励器由一个导电刚性平板组成，位于传声器膜片上方，其产生的基频声压由静电激励器与传声器膜片之间的间距、介质介电常数以及静电场电压、交变电场激励电压决定。由于静电激励器与传声器膜片之间的距离不易精确测量，因此静电激励器法是获得传声器相对频率响应的快捷方法，辅以声校准器等方法获取参考频率点的灵敏度，便可获得整个频段的频率响应。静电激励器放置在膜片上方，存在一定的声辐射阻抗，因此静电激励场的频率响应与压力场、自由场频率响应存在一定差异，对于固定型号的传声器，在测得其静电激励场频率响应后，可通过修正值的方式获得其压力场和自由场频率响应。

### 质点速度法

随着激光技术的发展，利用激光干涉技术测量声场中质点的振动速度成为可能。两相干光束相交后，产生明暗相间的干涉条纹，声场中的粒子在条纹中进行往复运动，通过激光多普勒信号的解调或光子相关处理技术，可获得粒子的振动速度，即声场中的质点速度，结合介质的特征阻抗，可以复现当前位置的声压，进而实现传声器的校准。质点速度法校准传声器不受传声器规格的限制，但需明确质点振动速度与声压之间的函数关系，同时在声场中添加示踪粒子，以便获取较高信噪比的散射光信号。