如何挑選麥克風感測器?

量測型麥克風介紹
如何挑選麥克風感測器?

在聲學測量與分析的過程中,經常會面臨以下問題:
聲音測量範圍太廣,該如何精準掌握?
戶外環境或惡劣條件下,如何取得穩定的聲學數據?
高頻或極低頻的聲音,應該使用什麼類型的麥克風?

選用適合的麥克風感測器,能有效提高聲學測量的準確度與可靠性。聲音存在的區域稱為聲場(Sound Field),通常分為三大類:自由場(Free Field)、壓力場(Pressure Field)及隨機場(Random Incidence)。這些麥克風之間的主要區別在於高頻率範圍內,麥克風尺寸與聲音波長的關係。

我們講到聲音的測量環境,其實會根據聲場來分類,這部分一般分三種: 
自由場(Free Field):聲音可以自由傳播,沒什麼反射,像消音室就屬於這類。 
壓力場(Pressure Field):聲波會反射,像靠近硬表面那種空間。 
隨機場(Random Incidence):聲音從四面八方來,類似日常空間。 

這些分類會影響你怎麼挑麥克風,特別是在高頻段的時候,麥克風尺寸跟聲波波長的關係就會變得很重要。 
那到底該怎麼選麥克風呢? 幾個重點可以參考: 

  • 極化方式:分成「外部極化」和「預極化」。 前者需要外加電源,後者可以用 IEPE 供電,比較方便。 

  • 適用的聲場環境:自由場、壓力場或隨機場,根據你要在哪種聲場測量來選型,這會影響量測結果的準確度。

  • 動態範圍:可測量的聲壓範圍,看你量的聲音強度範圍,太弱或太強都會影響準確性。

  • 頻率範圍:針對高頻或低頻的應用,要挑選能對應這些頻率的麥克風。 


外部極化麥克風 /預極化麥克風    
電容式麥克風可分為外部極化麥克風 /預極化麥克風,市面上常見的麥克風直徑像是 1/8”、1/4”、1/2”、1”,各有各的適用情境。 越小的適合高頻,越大的適合低頻和大聲壓,挑選的時候要根據應用來決定。 


 

麥克風種類    

釋義  

 適用

外部極化麥克風200V
( Externally-polarized)


必須搭配標準前置放大器(如GRAS 26AK,配備7針LEMO連接器)。

前置放大器需連接電源模組或分析儀,提供極化電壓

實驗室或高溫測量場所

預極化麥克風 0V
( Prepolarized)

搭配CCP(恆流電源)前置放大器使用,無需外部電壓。

連接到CCP系統或電源模組。

經濟實惠,適合一般及現場測量應用。
高溼度的測試環境



聲場選擇


麥克風種類    

釋義  

 適用

自由場麥克風 (Free Field)

補償麥克風存在造成的聲壓變化。
於測量麥克風進入聲場前的聲壓,麥克風本身的存在會局部干擾聲壓。一般來說,由於反射和衍射,麥克風音筒周圍的聲壓會增加。
自由場麥克風的頻率特性設計用來補償這種壓力增加;因此,自由場麥克風的輸出信號與麥克風進入聲場前的聲壓成正比。    

聲壓級測量,例如聲級計、聲功率測量和聲輻射研究

壓力場麥克風(Pressure type)

用於測量麥克風振膜表面的實際聲壓。

包括在封閉耦合器中的聲壓測量,在邊界或牆壁處的聲壓測量

隨機場麥克風(Random)

用於測量聲場中來自多個方向的聲音

適用於強力反射的客艙、車輛內部

microphone Free Field
 

麥克風動態範圍:
動態範圍為可測量的最低與最高音量之間的範圍。高靈敏度麥克風適合測量極低聲壓,但無法承受極高聲壓。反之,低靈敏度麥克風能承受極高聲壓,但難以測量微弱聲音


麥克風的靈敏度:
主要由麥克風的大小和振膜的張力決定。通常來說,大型麥克風的振膜較鬆,其靈敏度較高,而小型麥克風的振膜較緊,其靈敏度較低。


麥克風的頻率範圍:
定義為其上限頻率與下限頻率之間的間隔。

microphone frequency range

特殊類型麥克風介紹:

麥克風種類  

釋義  

 適用

表面麥克風(Surface)

頻率範圍高達 70 kHz,動態範圍高達 174 dB 左右。
適用於汽車;高鐵風噪聲測試、風洞測試    

GRAS/40LA
GRAS/40LS
BSWA/MPS436A

陣列麥克風(Array)

適用於需要在陣列中的多個點進行同步測量。例如聲場、聲音功率和瞬態分析。
可選配TEDS功能支援資料擷取系直接讀取。

GRAS/40PH-10
GRAS/40PL-10
GRAS/40PL-11
BSWA/MPA436B1
BSWA/MP25 

永久戶外麥克風
(Permanent Outdoor)    

長期戶外使用,飛機、機場噪聲監測。
全不銹鋼結構,耐候性極佳。

BSWA/OM243/OM263
BSWA/OM242/OM262
GRAS/41AC-3 CCPvv
GRAS/41AC-4LEMO

半永久戶外麥克風
(Semi-permanent Outdoor)

無內嵌校正器,需要定期使用聲音校準器進行校準,適用短期的戶外噪聲測量

BSWA/OM241/OM261
BSWA/OM225

環境麥克風
(Environmental)

是較小的裝置,考慮測量環境的溫度、濕度等條件,適合幾天或幾週的臨時戶外使用,例如在時間有限的委測任務。    

低噪音麥克風
(Low-noise)

可以測量遠低於人類聽覺閾值的壓力水平,非常適合用於極為安靜的產品的聲音功率測量。極寬的動態範圍允許測量低至 -2dB re 以下。
 20 Hz 至 20 kHz 範圍內為 20 µPa(1/3 倍頻程)。 40HL 型獨立低噪音麥克風系統現已推出,可直接連接到任何具有 7 針 LEMO 的分析儀輸入模組。

GRAS/40HF
GRAS/40HH
GRAS/40HL
GRAS/40HT
GRAS/40HC

強度探頭
(Intensity Probe)

聲強測量、聲源定位、設備故障診斷。

GRAS/50AI
GRAS/50GI
BSWA/SI522

探頭麥克風  
(Probe) 

適合在嚴苛環境下測量,例如在高溫或氣流條件下。
其直角設計使其特別適合排氣系統和一般機械的測量,以及掃描揚聲器和櫥櫃等表面。   

 

GRAS /40SC
GRAS/SA


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