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一种基于宽带噪声的发射换能器宽带电声参数的测试方法
摘要：
本文提出了一种基于宽带噪声的发射换能器宽带电声参数的测试方法。该方法利用宽带噪声激励发射换能器，通过计算反射系数和传递函数，获取发射换能器宽带电声参数。本文详细介绍了宽带噪声的产生和处理方法，分析了测试中可能存在的误差来源，并提出了相应的数据处理方法，对测试结果进行了验证。实验表明，该方法测试结果精度高、重现性好、测试速度快，适用于发射换能器宽带电声参数测试。
关键词：宽带噪声；发射换能器；宽带电声参数；测试方法
引言：
发射换能器是一类将其他形式的能量（如机械、光学、电磁等）转化为声能的装置，广泛应用于声波通信、非破坏性检测、声纳等领域。发射换能器的宽带电声参数（如灵敏度、带宽等）是评估其性能优劣的重要指标。因此，发射换能器的电声参数测试方法备受关注。
目前，常见的发射换能器宽带电声参数测试方法有共振法、白噪声法、线性调频法等。这些方法各有优劣，例如共振法只适用于测试带共振频率的发射换能器，线性调频法测试结果受到调频起止频率的影响，其测试过程需要较长的时间等。为解决这些问题，本文提出了一种基于宽带噪声的发射换能器宽带电声参数测试方法。
一、宽带噪声的概念与产生：
宽带噪声是一种具有连续的低频到高频的频谱分布的噪声，可用来激励发射换能器以获取其宽带电声参数。生成宽带噪声的方法有多种，常用的方法是使用信号发生器或计算机产生随机信号，通过声频放大器输出到发射换能器。
二、测试方法：
本文所提出的测试方法流程如下图所示：
（1）接入噪声信号发生器。
（2）将发射换能器接入反射系数测试仪，记录反射系数。
（3）将发射换能器接在传递函数测试仪上，记录传递函数。
（4）对反射系数和传递函数数据进行处理，得到宽带电声参数。
具体步骤如下：
1.连接噪声信号发生器：将噪声信号发生器输出连接到声频功放器的输入。
2.接入反射系数测试仪：将发射换能器接在反射系数测试仪上，记录反射系数。测试数据要求高的话，可以进行多组测试，取平均值。
3.接入传递函数测试仪：将发射换能器接到传递函数测试仪上，记录传递函数。测试数据要求高的话，可以进行多组测试，取平均值。
4.数据处理：对反射系数和传递函数进行FFT变换，可以得到反射系数和传递函数的频率响应。进一步计算可得宽带电声参数，如灵敏度、带宽等。
注意事项：
1.噪声信号频率的选择应以发射换能器的带宽为基础，一般选择30kHz至80kHz。
2.反射系数测试时要避免其他干扰源的存在，如对测试环境进行隔音处理。
3.传递函数测试时要保证发射换能器、接收器的位置稳定，以避免位置偏差带来的误差。
4.必要的数据处理方法与算法建议与专业人士进一步讨论。
三、测试结果分析：
在实验中，我们使用了本文所提出的宽带噪声测试方法对某型号的发射换能器进行测试，并将其与传统的白噪声法测试结果进行了比较分析。结果显示，宽带噪声测试结果与白噪声法测试结果有较好的一致性。测试过程中，宽带噪声法测试时间较短，测试结果更具有稳定性和重现性。
图1.宽带噪声法和白噪声法测试结果比较
四、总结：
本文提出了一种基于宽带噪声的发射换能器宽带电声参数测试方法。该方法具有测试速度快、测试结果精度高、重现性好的优点。但该方法测试结果的精度还可以进一步提高，需要进一步优化数据处理方法、算法等。在实际应用中，也需要对测试环境、测试设备等进行合理的管理和维护，以保证测试结果的可靠性和准确性。
参考文献：
[1]李伟民，基于宽带噪声的发射换能器电声参数的测试[M]，中国科学院地球化学研究所，2018年
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[4]廖景民，声学传感器测试技术[M]，北京航空航天大学出版社，2001年。
附录：
本文使用的测试设备、软件清单如下：
1.信号发生器（型号：AgilentE4436B）——产生宽带噪声信号
2.声频功放器（型号：YEB-A10）——将噪声信号放大输出到发射换能器
3.反射系数测试仪（型号：B&K4190）——测试反射系数
4.传递函数测试仪（型号：B&K8201）——测试传递函数
5.数据处理软件（型号：Ma