11.4. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АППАРАТУРЫ И ПОМЕЩЕНИЙ

Измерение характеристик микрофона в заглушённой камере. Для измерения чувствительности микрофона в свободном поле следовало бы сначала измерить звуковое давление в точке, куда будет помещен испытуемый микрофон, а потом уже помещать его в эту точку. Но так как в камере отсутствует интерференция и расстояние от громкоговорителя берут равным нескольким метрам при диаметре излучателя не более 25 см, то измерительный микрофон допускается располагать поблизости от испытуемого микрофона, хотя на высоких частотах он уже может вносить ошибку в измерения. Устанавливая по измерителю необходимую величину звукового давления, измеряют напряжение, развиваемое испытуемым микрофоном. При автоматической регулировке давления можно снимать частотную характеристику микрофона путем изменения

частоты генератора. При вращении испытуемого микрофона таким же способом снимают характеристику направленности. Уровень собственных шумов микрофона измеряют при выключенном громкоговорителе.

Измерение характеристик микрофона в реверберационной камере. В этой камере измеряют только индексы направленности микрофона. Размещая измерительный микрофон в зоне чисто диффузного поля, поблизости от испытуемого микрофона, измеряют развиваемое напряжение. Отношение осевой чувствительности микрофона, измеренной в заглушённой камере, к чувствительности, измеренной в реверберационной, дает диффузный индекс направленности (5.7)

где и — стандартные уровни осевой и диффузной чувствительности микрофона (5.3).

Градуировка микрофонов методом взаимности. Из теоремы взаимности (4.9) и (4.9а и б) для обратимых преобразователей следует один важный вывод: если обратимый преобразователь попользовать, например, сначала как электромеханический преобразователь, а затем как механоэлектрический, то можно написать, что

где волновое сопротивление и поперечное сечение трубы; напряжение, развиваемое механоэлектричеоким преобразователем на холостом ходу; ток на входе электромеханического преобразователя на холостом ходу (т. е. при заторможенном выходе); звуковое давление, развиваемое излучателем, подбираемое равным звуковому давлению, действующему на микрофон.

Градуировка микрофона в резонансной трубе. Градуируемый микрофон (обычно это измерительный конденсаторный микрофон) располагают в вырезе трубы, сделанном на ее середине так, чтобы не сужать поперечного сечения трубы. В оба конца трубы вставляют плотню, чтобы не было «утечки») одинаковые обратимые преобразователи, например электродинамические или электромагнитные телефоны (поверхность их амбушюров должна быть по возможности хорошо, отражающей). Трубу возбуждают на резонансных частотах где длина трубы), тоща в середине трубы и у поверхности преобразователей будут пучности давлений с одинаковыми амплитудами. При первом измерении один преобразователь работает излучателем, а второй — приемником. Этот (приемник на выходе развивает Во втором измерении второй преобразователь работает излучателем, а первый служит только отражателем. Регистрируют ток проходящий через излучатель. В обоих измерениях ЭДС

развиваемая градуируемым микрофоном, устанавливается одинаковой, что свидетельствует об одинаковом звуковом давлении в (гнусностях звуковых волн как в середине трубы, так и у ее концов.

Для заторможенного преобразователя-излучателя (4.96) коэффициент электромеханической связи где усилие, развиваемое излучателем; 5 — сечение трубы (оно равно площади излучателя); звуковое давление около излучателя.

Заторможенность получается вследствие того, что излучатель имеет хорошую отражающую поверхность и около наш имеет место узел скорости колебаний и мин. Коэффициент электромеханической Связи приемника (4.9а) На основании теоремы взаимности (4.9) имеем т. е. в общем случае а в данном — Откуда Так как удельное волновое сопротивление трубы , где — отношение звуковых давлении в пучности и узле. Поэтому в пучности звуковое давление Следовательно, чувствительность градуируемого микрофона будет

Градуировка микрофона в антирезонансной трубе. Для градуировки так же, как и в предыдущем случае, пользуются одинаковыми обратимыми преобразователями (например, динамическими телефонами), вставляемыми в концы трубы. Трубу возбуждают на аятирезонансних частотах т. е. В первом измерении один преобразователь служит излучателем, второй — приемником звука. Регистрируют развиваемую последним. Заменяя его на градуируемый микрофон, записывают развиваемую им. Заменяя излучатель другим обратимым преобразователем, записывают ток в нем для того же значения ЭДС градуируемого микрофона. На основе теоремы взаимности имеем Так как волновое акустическое сопротивление трубы при этом равно акустическому сопротивлению плоской волны в неограниченном пространстве, то звуковое давление у микрофона получается равным отсюда имеем для чувствительности микрофона Заметим, что в данном случае утечка не играет роли, так как звуковое давление вследствие антирезонаиса невелико и утечка энергии в щели между преобразователями и трубой не играет заметной роли.

В обоих случаях измерений (с трубами) получают чувствительность микрофона по давлению. Если размеры микрофона невелики в сравнении с длиной волны, то эта чувствительность будет равна чувствительности по полю.

Измерение характеристик громкоговорителей в заглушённой камере. Для снятия характеристик громкоговорителя с размерами излучающего отверстия в пределах устанавливают измерительный микрофон на расстоянии от рабочего центра громкоговорителя для громкоговорителей с большими или меньшими размерами

излучающего отверстия микрофон устанавливают соответственно дальше или ближе

Измерителем звукового давления регистрируют звуковое давление, развиваемое громкоговорителем, в зависимости от частоты, на которой возбуждают громкоговоритель (при снятии частотной характеристики, при измерении стандартного звукового давления и т. п.), или в зависимости от угла поворота громкоговорителя (при снятии характеристики направленности).

Напряжение, подводимое к громкоговорителю, устанавливают соответственно 0,1 от номинальной мощности при Для громкоговорителей, имеющих разные размеры излучателей в продольной и поперечной осях, снимают соответственно две диаграммы направленности — продольную и поперечную. Диаграммы направленности снимают или на ряде частот, или для основной части диапазона. В последнем случае к громкоговорителю подается шумовое напряжение через полосовой фильтр, имеющий полосу, равную основной.

В тех случаях, когда размеры камеры не позволяют проводить измерения характеристик громкоговорителей направленности (например, для больших звуковых колонок и рупорных громкоговорителей), проводят измерения на моделях этих громкоговорителей с соответствующим повышением частоты измерений.

Измерение характеристик громкоговорителя в реверберационной камере. В этой камере измеряют излучаемую мощность громкоговорителя, исходя из ф-л (7.3), (1.11), (1.20) и (7.15):

где время реверберации в камере; звуковое давление диффузного поля; У — объем камеры,

Правда, эта мощность несколько меньше той, которую развивает громкоговоритель в открытом пространстве, так как вследствие реакции диффузного поля на излучатель уменьшается скорость колебаний излучателя, поэтому в некоторых случаях следует вносить поправку в результаты измерений.

Зная излучаемую мощность и звуковое давление, развиваемое громкоговорителем в заглушённой камере

на расстоянии от его центра, можно найти коэффициент осевой концентрации из (6.5) для

Методйка этих измерений изложена в [8а].

Измерение коэффициента нелинейных искажений ведут при подведении к громкоговрителю номинального напряжения, а к измерительному микрофону при этом подключают измеритель нелинейных искажений или анализатор гармоник.

Измерение входного сопротивления громкоговорителей и микрофонов проводят, как и в случае измерения любого комплексного сопротивления. Например, путем изменения нагрузочного активного сопротивления измеряют собственное сопротивление микрофона.

Измерение характеристик микрофонов ближнего действия проводят с помощью искусственного рта. Искусственный рот предварительно градуируют эталонным измерителем звукового давления. Микрофон устанавливают на расстоянии - см от отверстия рта и измеряют развиваемое им напряжение при звуковом давлении (в точке микрофона) равном 1 Па. Измерения частотной характеристики рекомендуют проводить в заглушённом ящике или вдал» от отражающих поверхностей. Характеристику направленности микрофона ближнего действия снимают в заглушённой камере (т. е. только для удаленного источника звука). Отношение чувствителыностей микрофона, измеренных в ближнем поле с искусственным ртом и в диффузном поле, определяет его шумостойкость.

Измерение характеристик телефона. Эти характеристики снимают при расположении телефона на искусственном ухе. Измеряют частотные характеристики чувствительности и отдачи телефона. В последнем случае последовательно с телефоном включают активное сопротивление, численно равное модулю сопротивления телефона на частоте 1000 Гц при подведении к схеме Измерение входного сопротивления и коэффициента нелинейных искажений проводят, как и для громкоговорителей.

Измерение коэффициента поглощения звука в реверберационной камере. В такой камере измеряют диффузный коэффициент поглощения, обычно используемый при расчетах времени

реверберации. Для этого измеряют время реверберации камеры до внесения образцов поглощающего материала с площадью после внесения их. Соответственно (7.15) коэффициент поглощения

где V — объем камеры,

Образцы поглощающего материала при измерениях должны быть расположены так, как они будут использоваться на практике (т. е. вместе с тем материалом, который будет находиться за ним). Размеры образцов должны быть близки к натуральным или во всяком случае должны быть больше самой длинной волны.

Измерение коэффициентов поглощения в трубе. Эти измерения основаны на соотношении между звуковыми давлениями в пучности и в узле колебаний. Если в прямой волне звуковое давление а в отраженной ротр, то в пучности оно будет равно а в узле , где — коэффициент отражения по давлению, т. е.

Коэффициент отражения по интенсивности

а коэффициент поглощения

Расстояние между соседними пучностями или узлами дает возможность проконтролировать частоту колебаний, так как

Измерение времени реверберации в обычных помещениях. Для этой цели используют ту же аппаратуру, что и в реверберационной камере. Но так как в обычных помещениях нельзя гарантировать диффузности поля, то используют воющий тон или шумовые сигналы (см. § 11.1) и измеряют время реверберации в ряде точек. Иногда для этого используют качающийся микрофон.

Если бы поле в помещении было диффузным, то с помощью реверберометра достаточно найти временную задержку, при которой уровень в помещении снизится

на 60 дБ. Это значение задержки и было бы временем стандартной реверберации. Можно также определить снижение уровня для определенной величины задержки и вычислить время стандартной реверберации по формуле Но так как звуковое поле в той или иной степени отклоняется от диффузного, особенно в обычных помещениях, то приходится измерять перепад уровней для нескольких значений временной задержки и усреднять полученные результаты или же строить кривую затухания уровней по измеренным перепадам их и затем графически определять время стандартной реверберации.

Рис. 11.4. Измерение времени реверберации интегральным методом

В практике применяются и реверберометры интегрального типа. В них происходит интегрирование уровней во времени с момента выключения источника звука до достижения заданного порогового уровня Если начальный уровень задан, то время реверберации (рис. где интегральное значение показаний прибора

Измерение звукоизоляции перегородок сводится к измерениям уровней звукового давления перед перегородкой и после нее — Измерения проводят в реверберационной камере. Перегородку плотно вставляют в толстую стену (без щелей) с виброизоляцией от других стен. Перегородки берут по возможности с размерами в натуральную величину. С учетом увеличения уровня в реверберационной камере [см. (7.24) и (7.25)] звукоизоляция перегородки

где площадь перегородки; А — общее поглощение в ревербер анионной камере (определяется по времени реверберации в ней).

Измерение звукоизоляции помещений. В этом случае достаточно измерить уровень шума вне помещения и внутри него в нескольких точках. Величина звукоизоляции

Измерение акустических шумов, сигналов и их анализ. С помощью шумомера измеряют ориентировочное значение уровня громкости шума при использовании наиболее вероятной шкалы. После этого устанавливают переключатель на шкалу, соответствующую полученному уровню, и вновь измеряют уровень громкости. При необходимости включают полосовые фильтры и измеряют уровень интенсивности в каждой из полос (шкала С). Измерения проводят для той постоянной времени, которая задана по условиям.

Для определения соответствия шумов санитарным нормам по уровню звука его измеряют шумомером. Данные отсчитывают в децибелах по шкале Соответствие по спектру определяют путем измерения уровней звукового давления в децибелах по шкале С в октавных полосах со средними геометрическими частотами: 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Постоянная времени шумомера должна быть в положении «Быстро».

Для спектрального анализа различных сигналов применяют треть октавные фильтры со средними геометрическими частотами, определяемыми следующей последовательностью чисел: 1; 1,25; 1,60; 2,00; 2,50; 3,15; 4,00; 5,00; 6,30; 8,00 и 10,0, умножаемой соответственно на 10, 100, 1000, 10 000.

Амплитудные распределения уровней сигналов определяют с помощью 12 пороговых устройств, равномерно распределенных по динамическим диапазонам 25, 50 или Постоянная времени берется равной для: субъективных оценок или для аппаратурных целей.

Измерение разборчивости речи. Как уже указывалось, для измерений разборчивости речи пользуются методом артикуляции или методом выбора. Для артикуляционных измерений пользуются таблицами [8д]. Диктор читает слова или звукосочетания (слоги), а слушатели записывают их и после прочтения всех таблиц сверяют их с прочтенными таблицами. При чтении должны строго соблюдаться интервалы (например, на один слог). Чтение должно быть четким, но

без подчеркивания. Число передаваемых таблиц определяют согласно требуемой точности (см. [8д]). После проверки подсчитывают процент правильно принятых элементов и определяют среднее значение разборчивости. Артикуляционная бригада должна быть составлена из молодых людей без дефектов речи и слуха. Она должна быть натренирована так, чтобы получать на эталонном тракте устойчивые результаты.

Обычный артикуляционный метод очень трудоемок: требует много операторов (в бригаду входят 4—5 человек слушателей и 1—2 диктора); много времени уходит на тренировку (для сильных искажений требуется несколько дней), на обработку результатов; результаты измерений частот зависят от настроения операторов и т. п. Метод выбора менее трудоемок, но его точность не настолько достаточна, чтобы им можно было пользоваться для различных приемо-сдаточных испытаний. Обычно им пользуются только для сравнительных испытаний. В 1957 г. был введен ГОСТ [8ж] на тональный метод измерения разборчивости речи, свободный от ряда недостатков артикуляционных методов. Метод был распространен на тракт проводной и радиосвязи и допущен к применению наравне с артикуляционным методом.

Тональный метод измерения разборчивости речи основан на том, что человек достаточно точно может определить уровень звука, при котором он достигает порога слышимости. При этом методе речь заменяют определенным числом отдельных тонов, последовательно воспроизводимых устройством, которое создает определенный уровень звукового давления перед микрофоном измеряемого тракта, а на выходе тракта при этом определяют уровень ощущения для каждого из этих тонов путем прослушивания их оператором через телефон или через громкоговоритель (для громкоговорящей связи). Уровень ощущения тона равен величине затухания, вводимого в цепь звуковоспроизводящего устройства до тех пор, пока не исчезнет слышимость каждого тона. По измеренным уровням ощущения тона при помощи таблиц и графиков, применяемых при расчете разборчивости речи, определяют величину формантной разборчивости речи, а по ней — слоговую, словесную разборчивость и понятность речи.

Для тонального измерения и определения разборчивости речи применяют следующие измерительные приборы и оборудование: искусственный рот; генератор звуковой частоты; электронный вольтметр, магазин

затуханий; генератор шума с звуковоспроизводящим устройством; два звукоизолированных друг от друга помещения. Допускается измерение в одном и том же помещении если будет исключена возможность слышимости измеряемого сигнала по воздуху непосредственно (для громкоговорящей связи обязательно должны быть звукоизолированные помещения). Помещения должны быть защищены от воздействия посторонних звуков, сотрясений и шумов, кроме тех, которые задаются условиями испытаний. Измерения должны проводиться на трактах со всеми элементами, входящими в них, и в рабочих режимах с соблюдением технических условий для данных трактов и методов их испытаний.

Искусственный рот на расстоянии 2 см от центра выходного отверстия по оси в зависимости от средней частоты полос равной разборчивости должен создавать следующие уровни звукового давления:

Измерение этих уровней при градуировке искусственного рта должно проводиться в отсутствие испытуемого микрофона. Допускается измерение и при наличии испытуемого микрофона, если этот микрофон имеет малые размеры и не искажает звукового поля вблизи искусственного рта. Уровень звукового давления измеряют любым измерителем, обеспечивающим точность измерений не менее Обычно применяют или специальный измеритель уровня звукового давления, или шумомер с включением шкалы С (а если в нем есть дополнительная шкала с равномерной частотной характеристикой, то пользуются ею). Расположение искусственного рта в помещении должно быть таким, чтобы отражения от стен и других предметов не влияли на звуковое поле у микрофона. Спектральный состав и уровень акустического шума в помещениях, в которых находятся микрофон и слушатель, должны быть заданы техническими условиями - на испытания. Если особо не оговорено, то шум долже» быть диффузным, а спектр шума — речевой, с уровнем Микрофон должен располагаться относительно искусственного рта так, как он располагается около рта человека. Если расстояние от рта человека не задано, то располагают микрофон на расстоянии 2 см от центра

рта по его оси, а для микрофонов типа ДЭМШ - сбоку от отверстия рта (на расстоянии 2 см от его оси). Магазин затуханий включают между генератором звуковой частоты и искусственным ртом, а располагают его около слушателя, чтобы слушатель мог сам регулировать затухание. После подготовки аппаратуры к испытаниям устанавливают напряжение на зажимах искусственного рта, соответствующее требуемому уровню звукового давления на первой частоте измерения (265 Гц). На приемном конце слушатель плавно вводит затухание до исчезновения слышимости тона (чтобы тон был лучше слышен, его делают прерывистым), затем затухание убавляют до момента появления слышимости звука. Среднее значение вводимого затухания этих двух измерений и является уровнем ощущения данной частотной составляющей. Затем измерения проводят для следующей частоты и т. д. При определении уровня ощущения тона в случае слушания на телефон микротелефонной трубки последний должен быть плотно прижат к уху слушателя, а при слушании на телефоны с оголовьем степень прижатия должна соответствовать условиям эксплуатации.

Измеренные уровни ощущения получаются для пикового уровня речи в соответствующей полосе равной разборчивости. Вычитая из них величину пик-фактора речи (12 дБ), получают средние значения уровней ощущения формант (рис. 10.1). Пользуясь кривой 1 этого рисунка, по этим уровням находят коэффициенты разборчивости для каждой полосы равной разборчивости. Суммируя эти значения [см. ф-лу (10.1а)] и деля на 20 (число полос), получают величину формантной разборчивости, а по ней можно найти слоговую разборчивость (см. рис. 10.2).

Измерение разборчивости речи объективным методом. Такой метод применяют, чтобы исключить влияние фактора субъективности слушателя» Как указывалось (§ 2.7), порог слышимости в шумах с уровнем выше равен уровню шума в критической полоске слуха. Это обстоятельство используют для измерения уровня ощущения речи. В этом случае вместо слушателя применяют искусственное ухо (см. рис. 11.3), на котором располагают телефон (для громкоговорящего приема его помещают в том месте, где размещается ухо слушателя). В искусственном ухе есть микрофон, напряжение от которого подается на измеритель уровня звукового давления. Между микрофоном и измерителем поочередно включают полосные фильтры с шириной

полосы, равной ширине критических полосок слуха. Измеряя уровень звукового давления, создаваемый шумами (в отсутствие сигнала), получают уровень порога слышимости, соответствующий действию этих шумов на слух человека. Затем генератор шума выключают и через испытуемый тракт подают тональный сигнал, как и в случае тонального метода, с уровнем, соответствующим данной полосе равной разборчивости. Вводят затухание между генератором и искусственным ртом до тех пор, пока на измерителе уровня (искусственного уха) не будет тот же уровень, что и для шумов в полосе равной разборчивости. Величина введенного затухания получается равной уровню ощущения речи.

Этот метод более стабилен, чем тональный, однако ему присущ такой недостаток: в шумах со спектром, сильно отличающимся от равномерного, он дает ошибку, обусловленную взаимной маскировкой составляющих шума. Оба метода дают ошибку измерений в импульсных шумах.

Измерение качества звучания художественных передач. Для этих измерений пользуются методом субъективных экспертиз. Сущность метода заключается в том, что проводят сравнение звучания через испытуемый тракт и эталонный. При этом для получения достаточной точности оценки приходится прибегать к большой группе экспертов (в их числе могут быть как профессионалы, так и обычные слушатели). Если надо оценить массовую аппаратуру, то приходится комплектовать группу из обычных слушателей, а если надо оценить профессиональную аппаратуру, то лучше прибегать к помощи профессионалов. Для оценки по классам точности необходимо иметь эталонные тракты с соответствующими максимальными значениями искажений для данного класса точности. Эксперты последовательно прослушивают одну и ту же передачу через испытуемый и эталонный тракты и оценивают, к какому из них ближе испытуемый.

Эталонные тракты градуируют по первичным эталонам. Такие эталоны (они должны быть у ведущих организаций) предварительно с помощью экспертиз отрабатываются и хранятся в дальнейшем для сравнения с рабочими эталонами.

Метод субъективных экспертиз трудоемок и не всегда обеспечивает достаточную точность оценки, особенно при различных специфических искажениях. Поэтому был предложен объективный метод оценки трактов передачи

различных сигналов, в том числе и сигналов художественных передач. Он основан на том, что вторичный сигнал должен возможно точно воспроизводить первичный (кроме фазовых соотношений) и с учетом точности слуха при определении уровней передачи. В этом методе используют корреляцию между уровнями первичного и вторичного сигналов. Для этого на вход коррелятора подают первичный и вторичный сигналы, нормированные по средним значениям и с компенсацией фазовых сдвигов между этими сигналами. Коэффициент взаимной корреляции этих сигналов показывает, насколько они одинаковы по амплитудным соотношениям. Оказывается, что такой коэффициент довольно хорошо согласуется с оценками экспертов. Трудность данного метода заключается в том, что не всегда легко компенсировать фазовые сдвиги, особенно при передаче через большое число звеньев тракта.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

(см. скан)