Brüel & Kjær传声器,五十年的卓越成就
Niels Bøgholm, 传感器产品经理
19 Apr 2010
当您购买一个传声器,看到的只是一个小的金属装置,但不要被它蒙骗,每一个装置的背后都有很多的工艺流程,特别的处理和专门的知识。
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科技
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始前
当您得知直到大约50年前,Brüel & Kjær才开始生产传声器,您可能会感到惊奇。早在1943年,Per V. Brüel 绘出了第一个Brüel & Kjær传感器的草图(实际上是一个加速度计,后来成为4303型)。当时,有人认为,像Brüel & Kjær这样的小公司来设计和生产传声器未免太复杂。相反Brüel & Kjær成为丹麦Ortofon公司的传声器经销商。
1950年,Ortofon推出了36毫米直径电容传声器,Brüel & Kjær利用它们做出了一些成绩,但在50年代中期,有人认为,我们应该发展我们自己的测量传声器。
开始时,极化电容式传声器显然是最好的选择,在1916年E. C. Wente发明这种传声器的原理,在频率范围和录制质量方面,当时它是一个真正的突破。
但是一些实际限制,如需要200伏极化电压和高输入阻抗放大器,多年来制约了电容式传声器的广泛使用。
开始
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| 放大图片 | | Measurement Microphones |
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第一个真正由Brüel & Kjær 开发和制造的测量传声器是4131型和4132型。它们被称为直径1英寸的传声器,尽管实际只有0.936英寸(23.7毫米)。它们是由年轻的工程师Mr Gunnar Rasmussen与公司创始人密切合作开发的。Mr Viggo Kjær 确定了公司的设计目标之一,新的传声器应符合美国标准协会:Z 24.4-1949(实验室标准主要传声器)。
4131型和4132型相当简单,机械结构更为简洁,也优于同时代最先进的传声器,即 W. E.640AA(从它那继承了奇怪的一英寸大小)。
但很快人们认识到半英寸的传声器将具有更好的用途,导致4133型(自由场)和4134型(压力场)的出现。从一开始大家就认为,准确的标定方法是确保测量完整性和产品高品质的一个重要因素。随着这两个新传声器一起发行的,是4141型传声器校准仪(互易校准)和静电激励器UA0023。自此,Brüel & Kjær便一直认真致力于校准及国际标准化工作。顺便说一下,UA0023已被证明是一个真正的幸存者。在推出超过50年后的今天,它仍然出现在我们的产品中。这既证明了其品质的卓越,同时也说明我们对于相同类型传声器的校准工具和自由场修正功能,保持了超过50年的稳定性。
另一个有趣的和重要的因素是对细节和设计的关注,长久以来这一直都是Brüel & Kjær的标志。此前,前置放大器有点笨重,其直径往往远大于传声器,从而严重干扰了声场。4131型和4132型的1英寸前置放大器的设计不仅能装进盒子,而且对声场的干扰非常小。这种对细节重要性的认识及关注,可以在所有Brüel & Kjær产品中看到,像手持式分析仪2250和2270型。
传奇的开始
这些新Brüel & Kjær传声器在同类级中具有非常高的准确度和稳定性,这毫无疑问为我们在测量传声器领域的领导地位奠定了基础,同时由于不断的推出改良后的系列产品,并不断在Brüel & Kjær传声器家族中引入独特的新成员,使这种领导地位不断得到巩固和提高。
室外噪声
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| 放大图片 | | Outdoor Noise Monitoring Terminal |
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自1963年以来,我们开始提供永久性户外测量用麦克风,例如用于机场噪声监测系统。这是一个目前仍在发展和强化的领域,最近Brüel&Kjær收购了澳大利亚的Lochard公司,并推出噪声哨兵。该产品不同于传统的硬件/软件组合,在传统组合中,您买到的只是测量结果。而现在,我们拥有、运行和维护所有的设备。但即使在这种情况下,先于整体解决方案的是一个值得信赖的高品质传声器。
(不仅)在空气中
声波通常被认为在空气中传播。但他们也可以在水中传播,水声是一个日渐重要的领域,Brüel&Kjær已经悄悄涉足该领域很久了。1972年,利用了声领域的知识和加速度领域的知识(压电元件),我们推出了我们的第一个8100型水听器,。
今天,Brüel & Kjær为水声测量提供了完整的解决方案,涵盖了从水听器,前置放大器,水下电缆和特种水下应用,到水听器校准系统。
好的
当我们被正式要求开发Western Electric W.E. 640A实验室标准传声器的替代产品时,“好的”就是当时我们当时的回答,其成果是4160型传声器。该传声器具有很高的精度,前腔特别适合耦合器中互易压力校准。10年后,推出类似的1/2英寸传声器,4180型,并从那天起高精度传声器校准成为Brüel&Kjær的代名词。
最佳!
听力阈值定义为20μPa或0分贝(SPL)的动态压力。但是,我们要测量低于0级的声音,因此,在1984年,我们推出了“非常低声压级的声音测量系统”,包括4179型及其相关的2660型前置放大器。非常低噪声测量采用了特殊优化的1英寸的笔芯式前置放大器的组合,具有固有的-5.5分贝噪声规格,这个值至今仍然无法被超越!
看啦!无需用手!
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| 放大图片 | | Type 4954-A 1/4" Prepolarized Free-field TEDS Microphone |
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测量传声器需要200V的极化电压往往是其用于便携式设备中失败的原因,而且这种高电压在潮湿的环境会引起很多麻烦。解决方案是在测量链中采用预先极化的传声器,也称为驻极体传声器。在1962年左右,出现了驻极体传声器原型,但由于缺乏稳定性,它们并不适合用于精密传声器。
但并没有就此止步,在70年代中期Brüel&Kjær成立一个特别工作组,由富有传奇色彩的 Erling Frederiksen为首,对驻极体进行无数次的实验,终于在1979年推出了两个预极化传声器,4155型和4175型。这些后驻极体式传声器有一个金属隔膜,从而结合了预极化传声器(无需外部极化电压)和金属振膜传声器稳定性的优点。
这些原则以及在这个项目中获得的经验被进一步的发扬光大,并在1993年推出的猎鹰(Falcon)系列传声器中细化。该系列仍然是传声器产品的中坚力量,典型的例子就是4189型,4190型和4191型。该猎鹰系列传声器采用不锈钢合金膜,从而极大地延长了传声器的寿命。直在猎鹰系列推出之前,我们大多数传声器振膜材料采用镍(在高度潮湿环境中会出现问题)。
智能解决方案
| 20年前如同做梦一样的TEDS传感器如今已很常见。 |
预极化电容式传声器的出现是便携式仪器的重大突破,打开了使用恒流源驱动器(DeltaTron)技术的道路,昂贵的7引脚传声器电缆由廉价的同轴电缆所取代,在前置放大器的同一导体中传输信号和提供电源电压。
很久以后术语“智能”传感器是用来描述TEDS传感器(传感器电子数据表),遵循了IEEE1451.4标准。勿用赘言,TEDS的标准化委员会的初步工作是由Brüel & Kjær带动和大力支持的,Mr Torben R. Licht是典型代表。今天,TEDS传感器很常见,而20年前它们只是一个梦想。
如薄饼一样的平
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| 放大图片 | | Surface microphone mounted on a car door |
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2003年推出的4948型传声器像薄饼一样平,但要小得多,它是世界上第一个表面传声器。这种传声器是应空中客车公司的要求而开发的,并主要用于空中客车A 380及其它飞机。总高度只有2.5毫米(0.1英寸),在声音与振动测量领域,它仍然是独一无二的产品。
4949型是一种为汽车应用而优化的表面传声器。这种传声器由于其特殊的外形和质量,当开发出来时,它的应用范围之广是很多人做梦都没有想到的。表面传声器引入了Brüel&Kjær的另一个技术,“全钛”。
测量传声器使用钛作为制造材料,使人们有可能将其引入其它独特的产品,例如,4955型,一个真正的1/2英寸低噪声传声器,具有独特的指标。4955型不太可能有4179型(仍然可用)的性能,但它更灵巧,真正超薄设计,它有一个1/2英寸插头和1/2英寸前置放大器,都是采用钛材料。钛会带来额外的好处如没有磁场灵敏度,非常低的隔膜质量,和极强的耐腐蚀性。
声场,哪种声场?
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| 放大图片 | | The world's first multi-field microphone, Type 4961 |
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Sound field, what sound-field? And which microphone should I use?
These are questions many customers have asked themselves, and often the consequences of choosing a wrong microphone type are not so serious. But not always. It is said that the consequence of choosing a wrong microphone becomes more serious as the frequency spectrum of the measured signal moves towards higher frequencies.
In automotive engineering, the use of low-mass isolation materials and smaller engines can result in the noise spectrum moving towards higher frequencies in the future. Another challenge is when multiple or non-stationary sources are present in an unknown environment.
In order to meet these challenges, and solve the dilemma of “right” or “wrong” microphone, we introduced in 2009 a completely new concept called the multi-field microphone. The world's first multi-field microphone, Type 4961, can, due to its small size and clever design, replace conventional 1/2-inch microphones in most applications with negligible error, whatever the nature of the sound field.
幕后
几十年来我们都知道,隔膜背后的体积是影响传声器的质量非常重要的因素,尤其对于它的长期稳定性和噪声性能。
后面板和隔膜之间的尘埃和其它粒子可能会导致泄漏和电弧,引发多余的噪声,在驻极体传声器中,最终导致灵敏度下降。
基于这个原因,我们的传声器在超净室环境内装配。事实上,最关键过程的一些工作在超净室内的层流工作台进行,洁净度符合ISO1,每立方米颗粒在10或100nm以下。
传声器组成部件的数量可能不多,通常为10,但生产工艺,如抛光,清洁,充电,人工老化和测试等过程的数量可能会高出许多倍。而在这一切结束时,当然,要按照最高国际标准对每个产品进行单个校准。
许多Brüel&Kjær传声器也提供了一个小光盘,里面有具体的标定和校正数据,通过使用我们的REQ - X原则,由PULSE前端进行实时响应均衡。
保护您的工作
如果不考虑许多流程知识和多年从事生产专业测量传声器的研究经验,抛开专业性和品质,只看价格,测量传声器的售价可能有些高。但判断价格是高还是低的合理行时,也需要考虑您的工作价值。对于您提供给客户的产品或服务,一个错误的测量又意味着多少金钱呢?
风洞测试时间的成本,飞行试验的成本,或因不可重复测量造成的延误,再加上我们的专家支持的附加值,使得高品质的Brüel & Kjær测量传声器物超所值,是您最佳投资之一。
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