11.3. ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ АППАРАТУРА И АКУСТИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Кроме аппаратуры общего применения (тональные генераторы, электронные вольтметры, измерители нелинейных искажений, измерители уровня, осциллографы, анализаторы гармоник, магнитофоны, измерительные усилители и т. п.), при акустических измерениях используют специальную измерительную аппаратуру. К ней относятся: тональные генераторы с воющим тоном, шумовые генераторы, измерители звукового давления, акустический зонд, шумомеры, октавные фильтры, быстродействующие регистраторы уровня, реверберометры, искусственный рот, измерительный телефон, искусственное ухо, вибрационный столик, измерительные трубы, спектральные анализаторы, анализаторы амплитудных распределений, пистонофоны и дополнительные электроды и др.

Измерители звукового давления состоят из измерительного микрофона и соединенного с ним электронного вольтметра, градуированного в Паскалях или в децибелах относительно

Измерители звукового давления имеют несколько постоянных времени: для импульсных звуков, для измерений средних значений уровня звуков речи, для измерений среднего длительного значения и др.

Акустический зонд — специальный измеритель звукового давления. От обычного он отличается приспособлением для измерений звукового давления в небольшом замкнутом объеме, например в ушной раковине при работе телефона или непосредственно у поверхности какого-нибудь тела, когда размеры обычного измерительного микрофона недостаточно малы. Зонд имеет тонкую трубку длиной от 10 до 50 см, к внутреннему концу которой примыкает лабиринт с поглощающим материалом, чтобы не было отражений звуковых волн от конца трубки. Сбоку у этого конца трубки расположен измерительный микрофон, мембрана которого открыта в полость объема, находящегося между концом трубки и лабиринтом.

Шумомеры отличаются от измерителей звукового давления только наличием шкал для измерения уровня громкости. Первая соответствует уровню громкости 40 фон, вторая — фон, третья — 85 фон и выше. Кроме того, у шумомера может быть и четвертая характеристика — равномерная в широком диапазоне частот. Шумомеры обычно снабжают полосовыми третьоктавными или октавными фильтрами с компенсацией их затухания. В шумомерах у измерителя есть две-три постоянных времени: одна для импульсных шумов, другая для речи и третья для измерений среднего значения.

Быстродействующие регистраторы уровня имеют равномерную шкалу в логарифмическом масштабе. Их динамический диапазон стандартизован -50-75 дБ). Запись ведется чернилами или резцом на красной бумаге, покрытой тальком. Скорость записи, диапазон и постоянная времени могут изменяться скачками в некоторых пределах. Регистраторы уровня обычно подключают к измерителям звукового давления и поэтому можно автоматически записывать частотные характеристики аппаратуры, характеристики направленности и др.

Реверберометр дает возможность измерять время реверберации в помещении. Большинство из них имеет устройство временной задержки до нескольких секунд и индикатор уровня, регистрирующий уровень перед выключением источника звука и через определенное время после его включения.

Искусственный рот представляет собой громкоговоритель, имеющий выходное отверстие,

соответствующее среднему отверстию рта человека при разговоре. При этом объем камеры между диафрагмой громкоговорителя и выходным отверстием равен среднему объему рта человека. В качестве громкоговорителя обычно используют головку рупорного узкогорлого» громкоговорителя. Искусственный голос предназначен для измерений характеристик микрофонов ближнего действия (например, ДЭМШ, микрофоны для телефонной связи и т. п.).

Искусственное ухо (рис. 10.3) представляет устройство, состоящее из небольшой камеры, на дне которой находится измерительный конденсаторный микрофон, причем мембрана микрофона находится на уровне поверхности дна камеры. Объем камеры или или в зависимости от того, какой тип телефона должен испытываться: обычный или втулочный (вставляемый в слуховой канал). К входному отверстию камеры прижимают испытуемый телефон.

Рис. 11.3. Разрез искусственного уха объем камеры).

Вибрационный столик служит для снятия характеристик ларингофонов. Он представляет собой поставленную вертикально головку динамического громкоговорителя, к звуковой катушке которого прочна прикреплена круглая металлическая массивная пластинка. На пластинке, расположенной горизонтально, укрепляют ларингофон. Столик градуируют по скорости колебаний пластинки. Напряжение, развиваемое ларингофоном, измеряют электронным вольтметром.

Измерительные телефоны обычно используют или для измерений порога слышимости, или для градуировки микрофонов по давлению в трубе. Для абсолютной градуировки микрофонов по давлению пользуются методом взаимности. Наиболее легко реализовать этот метод с помощью труб и обратимых преобразователей (см. § 11.4). Поэтому лаборатории обычно оборудуют такими устройствами резонансного или антирезонансного типа. Длина труб - определяется

максимальной длиной волны, необходимой для градуировки микрофона, диаметр труб — минимальной длиной волны.

Кроме того, акустические лаборатории оборудуют трубами для измерения коэффициентов звукопоглощения материалов. Эти трубы обычно имеют большие размеры в длину (длина ее должна быть не менее макс). Трубы оборудуют миниатюрным измерительным микрофоном с электронным вольтметром. Микрофон можно свободно перемещать по длине трубы. Диаметр трубы берут не менее 10 см, что определяет верхнюю границу частотного диапазона измерений (во избежание поперечного резонанса трубы, получающегося при Для эта граница составляет 3500 Гц). Поглощающим материалом закрывают одно отверстие трубы, а в другом помещают громкоговоритель.

Для анализа речи, музыки и шумов часто используют спектральные анализаторы с параллельным или с последовательным анализом. В этих случаях в анализатор входит комплект полосовых фильтров (чаще всего третьоктавных) с переключением их автоматически или ручным способом. В спектральный акустический анализатор входит измеритель звукового давления с включенными фильтрами между микрофонным усилителем и собственно измерителем.

При последовательном анализе берут один или два полосовых фильтра: широкий с полосой 300 Гц или узкий с полосой 50 Гц. Исследуемый сигнал обычно смещают по спектру в область около и во время измерений дополнительно смещают по частоте в пределах ширины исследуемого диапазона сигнала. При этом и происходит последовательный анализ спектра сигнала.

Анализатор амплитудных распределений уровня имеет комплект пороговых устройств с разными порогами. Счетчики, имеющиеся у каждого устройства, подсчитывают длительность нахождения уровня сигнала выше порога этого устройства. Интервалы между порогами выбирают соответственно динамическому диапазону исследуемого сигнала с тем, чтобы охватить весь динамический диапазон сигнала.

Пистонофон используют для абсолютной градуировки микрофонов. Он представляет собой поршень, приводимый в движение головкой громкоговорителя и создающий в замкнутом объеме переменное давление.

Одна сторона этого объема является диафрагмой микрофона. Боковые стенки, заключающие объем, делаются массивными. Амплитуду колебаний поршня измеряют оптическим микрометром.

Для тех же целей используют дополнительный электрод. Он устанавливается параллельно мембране конденсаторного микрофона на небольшом расстоянии от него. Между электродом и мембраной подается поляризующее и переменное напряжения. Зная расстояние между электродом и мембраной, а также величины напряжений, можно легко вычислить чувствительность микрофона. Дополнительный электрод делают перфорированным, чтобы не создавать дополнительной упругости для мембраны микрофона.

Наконец, следует сказать о комплекте универсальной измерительной акустической аппаратуры. В нее входят почти все перечисленные выше приборы с рядом вспомогательных приспособлений. Этот комплект аппаратуры позволяет снимать все виды характеристик электроакустической аппаратуры (частотные, амплитудные, направленности, временные), проводить анализ акустических сигналов и шумов и записывать временные процессы в помещениях и т. д.