Лекция №15

 

Акустические измерения

 

1.     Условия проведения основных акустических измерений.

 

1.1    Типы сигналов.

 

-         Гармонический (электрические характеристики элементов акустической измерительной аппаратуры, в заглушенных камерах на малых расстояниях, резонансные характеристики систем, упругие модули и скорость звука).

-         Частотно-модулированный (для автоматизации процесса получения частотной характеристики).

-         “Белый шум” (поглощение материалов в реверберационных камерах).

-         Импульсный (акустические характеристики в трубах, в замкнутых помещениях)

 

При акустических измерениях тип сигнала выбирают исходя из соображений о получении минимального влияния на результаты измерений интерференционных явлений, связанных со сложением прямых и отраженных волн.

 

Интерференционные явления не будут проявляться при условии, что время задержки отраженного сигнала по отношению к прямому будет больше интервала корреляции.

 

1.2             Условия применения различных типов сигналов.

 

-         свободное поле, когда можно пренебречь влиянием отраженных волн. Условие неограниченной среды.

Для гармонического сигнала (разница между прямым и отраженным 20дБ, т.е. в 10 раз).

 

где r2 – расстояние между излучателем и отражающей плоскостью.

      r1 – расстояние излучатель – приемник.

         Для белого шума: (10 дБ, т.е. в 3.16 раза)

 

 

         Для импульсного сигнала минимальная длительность:

 

 

         Влияние отраженных сигналов устраняется разделением во времени:

 

 

         Для помещения:

 

         где l – определяющий размер помещения. Например:

 

 

-         проведение измерений на открытом воздухе приводит к большим погрешностям из-за атмосферных условий.

-         трудно избежать влияния шумов, поэтому для измерений в свободном поле используют специальные звукозаглушенные камеры.

 

Для проведения точных акустических измерений применяют специально оборудованные измерительные помещения – глухие (заглушенные) и гулкие (реверберационные) камеры.

 

2.     Заглушенные камеры.

 

Для создания условий свободного поля, характеризуемого наличием обратной пропорциональности между звуковым давлением и расстоянием от акустического центра излучения до точки излучения. P ~ 1/r – сферическая волна.

 

Заглушенная камера – хорошо изолированное от внешних шумов и вибраций помещение, в котором звуковые волны практически полностью поглощаются при падении на заглушенные поверхности.

 

Заглушенная камера имеет самостоятельную строительную коробку с самостоятельным фундаментом, расположенным внутри здания. Ограждающие конструкции не должны быть жестко связаны с конструкциями основного здания.

 

 

Амортизаторы могут быть резиновые или пружинные.

 

Стены камеры – кирпич, железобетон 51- 64 см.

 

Камеры снабжаются координатными, поворотными устройствами для передвижения измерительных микрофонов и автоматизации измерения.

 

Для обеспечения необходимых акустических условий все внутренние, облицованные звукопоглотителем, поверхности камеры не должны отражать звук и иметь высокий коэффициент звукопоглощения во всем диапазоне частот измерений.

 

Звукопоглощающие облицовки (клиновидные, конусные, слоистые) должны обеспечивать плавный переход от малого (rc)возд к большому (rc)стен. Облицовки состоят из клиньев, собираемых до монтажа в отдельные блоки (3 – 4 шт) и крепящиеся на каркас. Размеры клина h : d : a = 1 : 0.4 : 1.3 (высота, ширина, толщина). Конструкция облицовки должна обеспечивать коэффициент звукопоглощения не менее 0.8 в диапазоне частот 63 – 8000 Гц.

 

 

Тип конструкции

Длина клина, м

Нижняя граничная частота, Гц

Вес клина, кг

Клиновидный звукопоглотитель

0.5

125

0.5 – 0.8

0.75

100

0.9 – 1.2

1.0

80

1.3 – 1.6

1.25

65

1.7 – 2.0

1.5

50

2.1 – 2.4

 

Полезный объем (4´4´4 м), внешние размеры (10´10´12 м).

 

Необходимую толщину покрытия определяют по нижней граничной частоте.

 

Классификация заглушенных камер:

1.     Высший класс широкого профиля (от 20 Гц, собственный шум 25 дБ, размеры 40´15´12 м).

2.     Высший класс ограниченного назначения (от 40 Гц, 30 дБ, 12´9´8).

3.     Первый класс широкого профиля (от 60 Гц, 35 дБ, 7´5´4).

4.     Первый класс ограниченного назначения (от 80 Гц, 40 дБ, 4´3´3).

5.     Второй класс (от 100 Гц, 45 дБ, 3.5´3´2.5)

6.     Третий (от 125 Гц, 50 дБ, 3´2.5´2).

7.     Промышленный (от 200, 50 дБ, 3.8´3.3´2.8). Типовая слоистая толщина 34 см.

 

3.     Реверберационные камеры.

 

Используются для создания диффузного поля (для измерения мощности громкоговорителя, коэффициента звукопоглощения).

 

Это звуко- и виброизолированное помещение объемом от 60 до 1000 м 3, в котором создаются условия диффузного звукового поля.

 

Качество диффузного поля зависит от количества нормальных мод колебаний N объема помещения:

 

 

A – эквивалентная площадь звукопоглощения, м2.

Df – ширина частотной полосы шума, Гц.

с – скорость звука, м/c.

V объем, м3.

N ³ 20 – для реализации условий диффузности поля.

 

Необходимо учитывать следующие требования:

1.     Минимальный объем зависит от нижней граничной частоты. При его увеличении частота уменьшается.

2.     Средний коэффициент звукопоглощения  a £ 0.05.

3.     Распределение нормальных мод зависит от соотношения размеров камеры.

 

Внутренние противоположные поверхности камеры непараллельные (5 - 10° друг к другу).

 

В прямоугольных помещениях отношения размеров должны быть различны.

 

Измерения следует проводить вдали от источника звука и вдали от ограждающих поверхностей. Для соблюдения этих условий точку измерения не следует помещать ближе к

        

         Камера имеет самостоятельную коробку, стены из кирпича, железобетона (38 – 51 см). Внутренняя поверхность – штукатурка (1 – 2 см) с последующим железнением и окрашиванием масляной или эмалевой краской.

 

         Характеристики камер:

1.     Уровень помех.

2.     Время реверберации (его частотные характеристики).

3.     Степень диффузности поля.

 

Методы измерения основных характеристик аппаратуры и помещений.

 

1. Измерение характеристик микрофона в заглушенной камере малого объема.

Измеряют чувствительность обычно методом взаимности.

 

 

 

H – параметр взаимности. Единство места и времени.

 

2. Измерение характеристик микрофона в реверберационной камере.

Индекс направленности:

 

 

3. Измерение характеристик громкоговорителей.

-         в заглушенной камере (ХН)

-         в реверберационной камере (излучающая мощность, коэффициент осевой концентрации)

 

 

p – звуковое давление диффузного поля.

 

4.     Градуировка измерительной электроакустической аппаратуры.

 

Общие вопросы.

 

         Градуировка – определение зависимости между измеряемой величиной и соответствующим параметром меры или измерительного прибора.

 

         Различают абсолютные и относительные методы градуировки.

                      

         В акустических измерениях при абсолютном методе воспроизводят звуковое давление методом, позволяющим его оценить, а затем вычисляют чувствительность как отношение напряжения, развиваемого акустическим преобразователем к известному звуковому давлению.

 

         При относительной градуировке сравнивают чувствительности образцового и градуируемого приборов.

 

-         Для звукового диапазона частот V = 2 – 45 см3.

         Типовая камера Æ42.8´12.5 мм (высота), диапазон до 5 кГц.

         По американскому стандарту Df = 20 – 5000 Гц, V = 3 см3.

         Недостаток – необходимость перестановки микрофонов

 

-         Градуировка с помощью акустических труб. Используются для градуировки.

1. Df = 40 – 400 Гц. Сечение 410 ´ 510 см, l = 10 см (ленточный микрофон).

      Конец трубы закрыт звукопоглощающим материалом (“бесконечная труба”).

 

2. Труба-резонатор. Df = 20 – 16000 Гц.

 

 

1 – звукомерный диск

2 – плоский излучатель

3 – испытуемый микрофон

 

     Бывают l/4 – открытые с одного конца.

                  l/2 – закрытые с двух концов.

 

-         электростатический метод.

К диафрагме градуируемого приемника прикладывается электрическое напряжение (с помощью добавочного электрода), вызывающее кондеромоторное электростатическое давление на диафрагму.

 

 

 

Df – единицы Гц – несколько кГц.