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自由场电压灵敏度（Free-field Voltage Sensitivity），在电声工程与声学测量中，常被简称为自由场灵敏度。它是指，在规定的频率和规定的声波入射方向条件下，一个用于接收声波的电声换能器（如水听器或传声器），其输出端的开路电压与引入该换能器前、在其声中心位置处存在的无扰动自由场声压的比值。其常用单位为伏特每帕斯卡（V/Pa）。该参数是评价接收型换能器性能的一个关键指标，物理含义清晰地表征了换能器将单位声压信号转换为电信号的能力。需要注意的是，此定义通常默认换能器输出端处于开路状态（即负载阻抗无穷大），若实际负载阻抗非开路，则需要明确规定其阻抗值。
自由场电压灵敏度是声纳系统、音频工程及各类声学测量中评价接收换能器（如传声器、水听器）性能的核心参数之一。它被形象地比喻为声纳系统的“耳目”，其性能优劣直接决定了设备感知声场信号的能力。一个高灵敏度的换能器能够有效探测更微弱的声音信号，这对于水下探测、高声学品质的音乐录制、噪声分析与控制等领域至关重要。此灵敏度是声波入射角方向和声波频率的函数，这意味着对于同一个换能器或基阵，不同方向的来声或不同频率的声波，其灵敏度值是不同的。因此，在给出该指标时，必须指明其参考方向（通常为声轴方向，即灵敏度最大的方向）和对应的频率。接收电压灵敏度级（RVS）是其分贝表达形式，基准值通常取1V/μPa，其计算式为 \( L_M = 20 \lg(M_f / M_r) \)，其中 M_r = 1 \text{V/μPa} 。
准确测量自由场电压灵敏度是一项精密的工作，通常在消声室（模拟自由场环境）或开阔水域中进行，以尽量避免反射声和噪声的干扰。常用的绝对校准方法主要有比较法和互易法。
比较法（或称置换法、替代法）原理直观：将一个自由场灵敏度已知的“标准水听器/传声器”和待校准的换能器，先后放置于声场中的同一点（确保声中心重合），并使他们接收相同的自由场声压。通过比较两者的开路输出电压，即可计算出待校换能器的灵敏度。此法实施简单，结果可靠，但对标准换能器的性能稳定性和尺寸有较高要求。
互易法是一种更为基础且精度高的绝对校准方法，它基于电声互易原理。该原理指出，一个线性、无源、可逆的换能器，其用作接收器时的自由场电压灵敏度（M）与用作发射器时的发送电流响应（S_I）之比是一个常数，即互易常数（J）， M / S_I = J 。互易常数仅与声场特性（如球面波、柱面波或平面波）、媒质密度及频率有关，而与换能器自身的结构和细节无关。通过精心设计测量步骤（如经典的三换能器法），即可在不依赖已知标准器的情况下，绝对计算出换能器的灵敏度。此法被认为是水声计量中最常用和最典型的一级校准法。
此外，还有诸如自互易法和辅助换能器法等用于自由场校准的技术。自互易法仅需一个可逆换能器，将其置于大型刚性反射面前，通过分析自身发射并经反射回来的信号进行校准，尤其适用于较高频率。
多项因素会影响换能器的自由场电压灵敏度及其测量的准确性。首先是频率响应：理想的换能器期望其灵敏度在所需频段内保持平坦，但实际换能器有其有效工作频率范围，通常在共振频率附近灵敏度最高。其次是指向性：换能器对不同方向入射声波的响应不同，其指向性图案、指向性指数和指向性频率响应都需要关注。在测量灵敏度时，必须明确规定声波的入射角度。第三是声中心的定义：它是一个理论点，远处观察时声波似乎从此点发出。低频时，声中心通常与换能器的几何中心一致，它是灵敏度定义和测量的重要参考点。此外，环境条件如温度、静压的变化也可能导致换能器性能的漂移，一些高性能换能器（如B&K Type 4191传声器）会通过设计和制造工艺（如在洁净室组装、使用不锈钢膜片）来保证其长期稳定性和机械坚固性。测量系统中的阻抗匹配、换能器的机械品质因数（Q_m）以及噪声级也会对有效测量和实际应用构成影响。
自由场电压灵敏度作为一个基础而重要的参数，其应用遍布多个领域。在水声学与海洋探测中，它是表征水听器性能的核心指标，用于声纳系统、水下通信、海洋生物监测和资源勘探。在电声学与音频工程中，传声器的自由场灵敏度是衡量其拾音能力的关键，广泛应用于专业录音、现场扩声、通信设备（如送受话器）和助听器等领域。在声学测量与计量领域，它是声级计（噪声计）、标准声源校准、材料声学性能测试（如在消声室中测量声功率、在声管中测量材料参数）以及声阵列技术（如声全息、波束形成）的基础。此外，在超声检测中，虽然更关注波形保真度和稳定性，但接收灵敏度依然是保证信号信噪比的重要因素。
深刻理解自由场电压灵敏度，不能仅停留在定义本身，还需将其置于整个电声系统的背景下考量。一个换能器包含了机械-声系统、能量变换系统和电学系统三个相互联系的子系统。灵敏度的优化设计往往是在许多相互矛盾的因素中采取折衷，例如高效的磁系统可能会带来笨重的体积，从而成为声障碍。同时，换能器的阻抗特性需与后续放大电路或前级电路良好匹配，才能达到最佳的信号传输效率和频率响应。因此，自由场电压灵敏度不仅是评估换能器单元性能的尺子，也是设计和优化整个声学测量系统、音频系统或水声探测系统的关键出发点。
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