Читайте также:
|
|
Измерение характеристик микрофона в заглушенной камере. Для измерения чувствительности микрофона в свободном поле следовало бы вначале измерить звуковое давление в точке, куда будет помещен испытуемый микрофон, а потом уже помещать его в эту точку. Но так как в камере практически отсутствует интерференция и расстояние микрофона от громкоговорителя берут равным 1– 1,5 м при диаметре излучателя не более 25 см, то измерительный микрофон 7 (рис. 8.3) можно располагать поблизости от испытуемого микрофона. Устанавливая по измерителю звукового давления 7 необходимое давление , измеряют напряжение , развиваемое испытуемым микрофоном, и определяют его осевую чувствительность– . При автоматической регулировке осевого давления, как известно, частотную характеристику снимают путем плавного изменения частоты генератора. Чувствительность определяют во всем номинальном диапазоне частот. По полученной частотной характеристике определяют неравномерность ее в номинальном и рабочем диапазонах частот.
Рис.8.8. Схема измерения чувствительности микрофона:
1–генератор тональный или белого шума; 2–фильтр третьоктавный; 3–мощный усилитель; 4–заглушенная камера; 5–громкоговоритель; 6–испытуемый микрофон; 7–измерительный микрофон; 8–милливольтметр; 9– милливольтметр, градуированный в паскалях или децибелах.
Среднюю чувствительность определяют в мВ/Па по формуле , где - чувствительность, определенная на фиксированных частотах, входящих в номинальный диапазон частот, или в третьоктавных полосах, n - число точек отсчета. При неравномерности менее 12 дБ допускается определять среднеарифметическое значение чувствительности.
Уровень чувствительности и средней чувствительности в децибелах вычисляют по формуле , где EM - чувствительность, мВ/Па; Е0 - чувствительность. равная 1 мВ/Па.
Стандартный уровень чувствительности (в децибелах) определяют по формуле , где U0- напряжение (В), развиваемое микрофоном на номинальном сопротивлении нагрузки (Ом) при звуковом давлении 1 Па
Характеристику направленности микрофона снимают по той же схеме, причем в зависимости от задания или на нескольких частотах, используя тональный генератор, или для шумового сигнала в третьоктавных полосах, или для заданной полосы частот, используя вместо третьоктавных фильтров соответствующий полосовой фильтр. Для снятия характеристик направленности испытуемый микрофон укрепляют на поворотном диске с лимбом. Диск вращают вручную или автоматически, синхронно с регистрирующим столиком. Характеристику снимают в одной плоскости, проходящей через рабочую ось микрофона если он представляет собой тело вращения вокруг своей оси. Для других форм микрофона характеристику снимают для заданных плоскостей, проходящих через рабочую ось. Угол поворота отсчитывают между рабочей осью и направлением на источник звука. Нормируют характеристику направленности относительно осевой чувствительности.
Перепад чувствительности фронт-тыл определяют как разность уровней чувствительности под углами 0 и 180° между рабочей осью микрофона и направлением на источник звука. Этот перепад определяют для ряда частот номинального диапазона или для заданной полосы частот. По измеренным данным находят средний перепад чувствительности как отношение средних чувствительностей, измеренных для углов 0 и 180°.
Измерение характеристик микрофона в реверберационной камере. В этой камере измеряют диффузную чувствительность микрофона. Размещая измерительный микрофон в зоне чисто диффузного поля (рис. 8.4) поблизости от испытуемого микрофона, измеряют развиваемые ими выходные напряжения и . Чувствительность по диффузному полю вычисляют по формуле , где – чувствительность измерительного микрофона по диффузному полю, мВ/Па.
Аналогично измерениям в заглушенной камере снимают частотную характеристику чувствительности микрофона в диффузном поле и определяют среднюю чувствительность и уровень чувствительности.
Коэффициент направленности вычисляют по формуле , где Eос и Eдиф–чувствительности по свободному и диффузному полю, мВ/Па.
Рис.8.4. Схема измерений диффузной чувствительности микрофона:
1–генератор белого шума; 2–третьоктавный фильтр; 3–мощный усилитель; 4–реверберационная камера; 5–громкоговорители; 6–испытуемый микрофон; 7–измерительный микрофон; 8–переключатель; 9–микрофонный усилитель; 10–милливольтметр.
8.4. Измерение параметров громкоговорителей
Измерение характеристик громкоговорителей в заглушенной камере. Для снятия характеристик громкоговорителя измерительный микрофон устанавливают на расстоянии г= (2–4)d от него, где d - средний размер излучателя (рис. 8.5). Напряжение, подводимое к громкоговорителю, устанавливают соответственно формуле , где Рном - номинальная мощность громкоговорителя, - Rном его номинальное входное сопротивление (заданное в технических условиях активное сопротивление, которым замещают сопротивление громкоговорителя при расчете подводимой к нему электрической мо. При испытаниях на номинальную мощность синусоидальное напряжение берут равным номинальному, а шумовое - равным 0,707 номинального.
Рис. 8.5. Схема измерения чувствительности громкоговорителя:
1– генератор тональный или белого шума с фильтром розового шума; 2– третьоктавный фильтр (применяют при измерении с шумом); 3– мощный усилитель; 4 – вольтметр; 5 –заглушенная камера; 6– испытуемый громкоговоритель: 7– измерительный микрофон; 8– милливольтметр, градуированный в паскалях или децибелах.
Измерителем звукового давления 7 - 8 регистрируют звуковое давление, развиваемое громкоговорителем в зависимости от частоты, на которой возбуждают громкоговоритель (при тональном возбуждении), или средней частоты третьоктавного фильтра (при возбуждении от генератора белого шума). Это давление вычисляют по формуле , где U0 - напряжение, развиваемое измерительным микрофоном, мВ; Eoc - осевая чувствительность измерительного микрофона (мВ/Па) на заданной частоте. Измерения ведут с регистрацией пиков и провалов частотной характеристики не уже 1/9 октавы (для шумового возбуждения этого не требуется). Более предпочтительно измерение с плавным изменением частоты генератора и регистрацией характеристики на бланке (для этого диск генератора и валик с бланком должны вращаться синхронно).
Среднее звуковое давление по данным частотной характеристики вычисляют по формуле ,где рk - звуковое давление, развиваемое громкоговорителем на частоте fk (или средней частоте k-го третьоктавного фильтра), n - число точек измерения (оно не должно быть менее 10). При неравномерности частотной характеристики менее 12 дБ можно вычислять среднее арифметическое значение..
Среднее стандартное звуковое давление вычисляют по формуле
,где pср - среднее звуковое давление, развиваемое громкоговорителем в номинальном диапазоне частот, Па; l - расстояние от рабочего центра громкоговорителя до измерительного микрофона, м, Р - электрическая мощность, Вт; Р0= 0,1 Вт, l0= 1 м.
Характеристическую чувствительность громкоговорителя на рабочей оси вычисляют по формуле (Па/Вт) , где pср - среднее звуковое давление в номинальном диапазоне частот), Па, P - электрическая мощность, подводимая к громкоговорителю, Вт; l - расстояние от рабочего центра громкоговорителя до измерительного микрофона, м; l0 = 1 м.
Эффективно воспроизводимый диапазон частот находят по частотной характеристике громкоговорителя путем определения частот, соответствующих точкам пересечения прямой, параллельной оси частот, с частотной характеристикой громкоговорителя. Прямую линию проводят на 10 дБ ниже уровня среднего звукового давления в октавной полосе частот, соответствующей максимальной чувствительности громкоговорителя. Этот уровень вычисляют по формуле , где pср.окт– среднее звуковое давление;
p0= 2 ·10-5 Па. Неравномерность частотной характеристики громкоговорителя определяют в номинальном диапазоне частот.
Диаграмму направленности громкоговорителя снимают в заглушенной камере с поворотом громкоговорителя вокруг оси, проходящей через его рабочий центр перпендикулярно его рабочей оси. Громкоговоритель вращают или вручную, или автоматически, синхронно с поворотом столика, на котором закреплен бланк диаграммы направленности. Для громкоговорителей с разными размерами продольной и поперечной осей излучателя снимают две диаграммы направленности в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Диаграммы направленности снимают или для ряда частот, или для основной части диапазона. В последнем случае к громкоговорителю подается шумовое напряжение через полосовой фильтр, имеющий полосу, равную основной.
Измерение характеристик громкоговорителей в реверберационной камере (рис. 8.6).
Рис. 8.6. Схема измерения акустической мощности громкоговорителя:
1– генератор белого шума с фильтром розового шума; 2 – третьоктавный (октавный) фильтр; 3 – мощный усилитель; 4– вольтметр; 5– реверберационная камера; 6 – испытуемый громкоговоритель; 7 – измерительный микрофон; 8 – милливольтметр, градуированный в паскалях или децибелах
В гулкой камере измеряют излучаемую мощность громкоговорителя в октавной или третьоктавной полосе частот, которую можно определить по формуле , где Т - время реверберации в камере, с; р - среднее значение звукового давление диффузного поля, Па; V - объем реверберационной камеры, м8. Правда, эта мощность несколько меньше той, которую развивает громкоговоритель в открытом пространстве, так как вследствие реакции диффузного поля на излучатель уменьшается его сопротивление излучения, но эта поправка обычно находится в пределах точности измерений.
Среднюю акустическую мощность в заданном диапазоне частот определяют по формуле ,где Раi–измеренная в полосе частот акустическая мощность; n–число полос частот, накоторых проводились измерения.
Зная излучаемую мощность Pa.ср и звуковое давление р, развиваемое громкоговорителем в заглушенной камере на расстоянии 1 м от его рабочего центра, можно найти коэффициент осевой концентрации , где - звуковое давление измеренное на расстоянии r (в метрах).
8.5. Измерение электромеханических параметров громкоговорителей
Как электродинамический преобразователь, громкоговоритель характеризуется рядом электромеханических параметров, обычно называемых в технической литературе параметрами Смолла – Тиля (Small – Thiele)[9,10]. Эта система параметров позволяет проанализировать работу громкоговорителя в акустических системах различного типа (закрытых, открытых, с фазоинвертором и др.), а также по заданным электроакустическим и массогабаритным характеристикам акустических систем подобрать соответствующую головку. К группе параметров Смолла–Тиля относятся: активное сопротивление звуковой катушки головки громкоговорителя R0 (обычно измеряемое омметром), минимальное значение модуля полного электрического сопротивления головки Zмин, частота основного резонанса головки f0, добротность головки Q, эквивалентный объем VЭК и др. Учитывая важность информации об этих параметрах в процессе разработок акустических систем и головок громкоговорителей, методики их измерения внесены в международные, национальные и отечественные стандарты, а значения их вносятся в техническую документацию на головки громкоговорителей.
В связи с ограниченностью объема учебного пособия, рассмотрим методику измерения некоторых электромеханических параметров.
Частотную характеристику модуля полного электрического сопротивления определяют чаще всего в режиме постоянства напряжения. Схема измерения представлена на рис.8.7.
Рис.8.7. Схема измерения модуля полного электрического сопротивления громкоговорителя: 1–генератор; 2–усилитель мощности; 3–вольтметр; 4–регистрирующее устройство; 5–испытуемый громкоговоритель; R1,R2–резисторы; S–переключатель
Сопротивление резистора R1 должно быть не более 0,05 от предполагаемого минимального значения модуля полного электрического сопротивления громкоговорителя в заданном диапазоне частот.
Измерение частотной зависимости уровня напряжения на резисторе R1 осуществляют при включенном громкоговорителе. Затем переключателем S включают резистор R2, значение сопротивления которого должно быть определено с погрешностью не более 1% и должно находиться в пределах от минимально допустимого значения модуля полного электрического сопротивления громкоговорителя до его номинального сопротивления. На том же бланке регистрируют частотную зависимость уровня напряжения на резисторе R1 при включенном резисторе R6.
Модуль полного электрического сопротивления громкоговорителя на фиксированной частоте определяют по формуле , где NR–уровень напряжения на резисторе R1 при включенном резисторе R2, дБ; NГР– уровень напряжения на резисторе R1 при включенном громкоговорителе, дБ.
По определенной по этой методике частотной характеристике модуля полного электрического сопротивления громкоговорителя (рис.8.8) определяют минимальное значение модуля полного электрического сопротивления ZМИН и частоту основного резонанса f0. Под частотой основного резонанса понимается частота возбуждающего синусоидального сигнала, при которой значение модуля полного электрического сопротивления головки имеет свой первый максимум.
Рис.8.8. Частотная характеристика модуля полного сопротивления громкоговорителя
Добротность головки это мера затухания свободных колебаний подвижной системы головки громкоговорителя, определяемая отношением реактивной составляющей механического сопротивления подвижной системы головки громкоговорителя на частоте основного резонанса к активной составляющей. Различают механическую добротность –добротность, обусловленную потерями в механических элементах подвижной системы головки громкоговорителя и на излучение; электрическую добротность, – обусловленную наличием тока противоЭДС в электрической цепи головки громкоговорителя и полную добротность, обусловленную суммарным влиянием механических потерь и тока противоЭДС в электрической цепи головки.
Структурная схема измерения добротности головки представлена на рис.8.9.
Сопротивление резистора R1 должно не менее чем в 20 раз превышать модуль полного электрического сопротивления головки громкоговорителя на частоте основного резонанса f0.
Рис.8.9. Схема измерения добротности головки: 1–генератор; 2–усилитель мощности; 3,5–вольтметры; 4–частотомер; R1–резистор; R–магазин сопротивлений; S–переключатель; 6–испытуемый громкоговоритель.
При включенной головке громкоговорителя плавно повышают частоту генератора до первого максимального показания вольтметра 5. Затем головку громкоговорителя заменяют магазином сопротивлений R и на частоте f0 изменением сопротивления магазина сопротивлений достигают повторения показания вольтметра UМАКС.
Полученное значение сопротивления магазина равно ZМАКС. Затем снова подключают головку громкоговорителя и при дальнейшем повышении частоты генератора находят частоту fЭМ, при которой показания вольтметра 5 будут минимальным.
Изменяя частоту генератора, определяют частоты f1 и f2, удовлетворяющие условию f1< f0< f2< fЭМ, при которых напряжение на головке громкоговорителя , где R0–сопротивление головки громкоговорителя по постоянному току.
Механическую добротность головки громкоговорителя QM определяют по формуле .
Полную добротность QП громкоговорителя определяют по формуле.
Электрическую добротность QЭ громкоговорителя определяют по формуле .
Следует заметить, что если известна частотная характеристика модуля полного электрического сопротивления, то все данные, необходимые для расчета добротности могут быть получены из нее (см.рис.8.8.).
Под эквивалентным объемом головки громкоговорителя понимают закрытый объем воздуха, имеющий гибкость на площади излучающего отверстия громкоговорителя, равную гибкости подвижной системы головки громкоговорителя.
Для определения эквивалентного объема головки последовательно определяют ее резонансную частоту без акустического оформления f0 и далее резонансную частоту f01 этой же головки, помещенной в испытательный ящик известного объема V. Тогда эквивалентный объем VЭК может быть определен по формуле , где V–внутренний объем испытательного ящика с учетом вытесненного головкой объема воздуха. Например, если резонансная частота головки составляет 30 Гц, а при помещении ее в испытательный ящик объемом 100 литров – 45 Гц, то эквивалентный объем головки будет составлять Vэк=100(452/302–1)=125 л.
8.6. Измерение акустических шумов
Измерение шумов в помещениях на рабочих местах, выполняемые для оценки соответствия шумов санитарным нормам производятся с помощью специализированных акустических приборов – шумомеров. Шумомер содержит ненаправленный измерительный микрофон, усилитель, корректирующие фильтры, детектор и показывающий прибор, скомпонованные в одном корпусе. Шкала прибора шумомера градуируется в децибелах относительно 6. 10-5 Н/м2, то есть относительно порога слышимости. Шумомер должен обеспечивать диапазон измеряемых уровней от 30 до 130 дБ.
Известно, что частотная характеристика слуха человека зависит от уровня громкости прослушиваемого сигнала. Поэтому в шумомере установлены корректирующие фильтры, учитывающие особенности слуха. Корректирующие фильтры, установленные в шумомере, позволяют проводить измерения по трем шкалам:
– по шкале А, соответствующей субъективному ощущению громкости в пределах до 50 фон;
– по шкале В, соответствующей субъективному ощущению от 50 до 75 фон;
– по шкале С – выше 75 фон.
Однако, для того чтобы сократить число нормируемых санитарными нормами величин, повсеместно принято нормировать предельно допустимые шумы по уровню, измеренному по шкале А. В этом случае, его выражают в единицах дБА.
Для анализа частотного спектра шума современные шумомеры снабжены набором полосовых, как правило, октавных фильтров, позволяющих производить измерения во всем спектре звуковых частот.
Дата добавления: 2015-01-30; просмотров: 104 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |