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English 导言
电容式传声器以其宽频率响应、高灵敏度和稳定性而闻名，是实验室和测量环境中不可或缺的设备。然而，它们的线性，尤其是在高声压级 (SPL) 下的线性，是影响测量精度的关键因素。
了解电容式麦克风的线性度
线性度是指传声器产生与输入声音信号成正比的输出信号的能力。在电容式麦克风中，由于振膜机械响应和麦克风电子电路固有的非线性特性，这种线性度在声压级较高时可能会受到影响。
例如，对 MR-112 电容式传声器的研究表明，虽然线性度可保持到 120 dB SPL，但超过此阈值后失真会变得很明显，在 151 dB SPL 时总谐波失真 (THD) 为 2%，在 154 dB SPL 时为 5%。在高声压级环境中，这种非线性行为会导致测量不准确。
影响非线性的因素
电容式传声器在高声压级下的非线性响应有几个因素：
- 隔膜力学:振膜的材料特性和张力会影响其对声压做出线性响应的能力。在高声压级时，振膜可能会表现出非线性刚度，从而导致失真。
- 背板设计:振膜和背板之间的几何形状和间距会影响传声器的电容变化。不均匀性会导致输出信号的非线性。
- 偏置电压:应用的偏置电压决定隔膜-背板间隙的电场。该电压的变化会改变传声器的灵敏度和线性度。
- 杂散电容:麦克风电路中的意外电容会与信号路径相互作用，导致失真，尤其是在较高频率或声压级时。
缓解策略
提高线性度，减少电容式麦克风的失真：
- 优化隔膜设计:利用具有线性弹性特性的材料和设计具有适当张力的隔膜，可以最大限度地减少机械非线性。
- 精密背板工程:确保背板间距一致、表面平整，可使电容变化更加一致，并减少失真。
- 稳定偏置电压电源:采用稳压和无噪声偏置电压源，有助于保持稳定的传声器灵敏度和线性度。
- 电路设计改进:通过仔细的印刷电路板布局和屏蔽将杂散电容降至最低，可防止不必要的相互作用导致失真。
此外，我们还开发了后处理技术来减少电容式麦克风的非线性失真。这些方法可集成到外部硬件或数字信号处理装置中，有效减少传声器工作范围内的谐波和互调失真。
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结论
了解并解决导致实验室标准电容式传声器非线性的因素，对于精确测量声学效果至关重要，尤其是在高声压级情况下。通过精心设计、工程和信号处理技术，可以提高这些关键测量工具的线性度和整体性能。
