РАЗДЕЛ 11. АКУСТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

11.1. ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ АППАРАТУРА И ОБОРУДОВАНИЕ

Кроме аппаратуры общего применения (тональные генераторы, электронные вольтметры, измерители нелинейных искажений, измерители уровня, осциллографы, анализаторы гармоник» магнитофоны, измерительные усилители и т.д.) 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, 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 децибелах относительно

Рис. 11.1. Акустический зонд: 1 — трубка; 2 — конденсаторный микрофон; 3 — продолжение трубки; 4 — резиновая трубка, наполненная поглотителем шерстяная нить; 5 — выход микрофон; 6 — подставка

Рис. 11.2. Схема реверберометра: 1 — громкоговоритель; 2 — измерительный микрофон; 3 — микрофонный усилитель; 4 — измеритель уровня; 5 — реле для включения измерителя уровня; 6 — устройство временной задержки; 7 — пусковое устройство; 8 — реле для выключения громкоговорителя; 9 и 10 — ключи

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

Акустический зонд (рис. 11.1) отличается от измерителя звукового давления только приспособлением для измерений звукового давления в тех случаях, когда требуется измерить его или в небольшом замкнутом объеме, или около самой поверхности какого-нибудь тела, когда размеры обычного измерительного микрофона недостаточно малы. Зонд имеет тонкую трубку длиной см, на конце трубки, помещен лабиринт с поглощающим материалом, чтобы не было отражений звуковых волн от конца трубки (см. рис. 11.1). Сбоку у конца трубки расположен измерительный микрофон.

Шумомеры отличаются от измерителей звукового давления только наличием шкал для измерения уровня громкости. Каждой шкале соответствует своя частотная характеристика измерителя. Шкала А соответствует уровню громкости 40 фон, шкала фон, шкала фон и выше. Кроме того, у шумомера может быть и четвертая частотная характеристика — равномерная в широком диапазоне частот. Шумомеры обычно снабжаются полосовыми третьоктавными или октавными фильтрами с компенсацией их затухания. Измерители шумомеров имеют две-три постоянные 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 (25 — 50—75 или 30-60-90 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 подключаются к измерителям звукового давления, и поэтому на них можно автоматически записывать частотные характеристики аппаратуры, их характеристики направленности и др.

Реверберометр позволяет измерять время реверберации в помещении. Большинство из них имеет устройство временной задержки от нескольких сотых секунды до несколько секунд и индикатор уровня, регистрирующий уровень перед выключением источника звука и через определенное время после его выключения (рис. 11.2).

Искусственный рот представляет собой гомкоговоритель, 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 используют его головку (рис. 11.3). Искусственный рот предназначен для измерений микрофонов ближнего действия (например, ДЭМШ, микрофон для телефонной связи и т. д.).

Искусственное ухо — устройство, состоящее из небольшой камеры, на дне которой находится измерительный конденсаторный микрофон с мембраной на уровне дна камеры (рис. 11.4). Объем камеры 6 или в зависимости от того, какой тип телефона должен испытываться: обычный или втулочный (вставляемый в ушную раковину). Ко входному отверстию камеры прижимают испытуемый телефон.

Измерительные телефоны обычно используют или для измерений порога слышимости, или для градуировки микрофонов по давлению в трубе. Для абсолютной градуировки микрофонов по давлению часто пользуются методом взаимности. Наиболее легко реализовать этот метод с помощью труб и обратимых преобразователей. Поэтому лаборатории часто 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 нескольких метров) и дйаметр около 10 см (если предельная частота измерений рквна 3500 Гц). Трубы оборудуют измерительным микрофоном с милливольтметром. Микрофон можно свободно перемещать подлине трубы (рис. 11.5). Поглощающим материалом закрывают одно отверстие трубы, а в другом — помещают громкоговоритель.

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

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

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 собтветственно динамическому

Рис. 11.3. Разрез искусственного рта: 1 — корпус рта; 2 — объем рта; 3 — диафрагма громкоговорителя; 4 — корпус головки; 5 — клеммы для подключения громкоговорителя

Рис. 11.4. Разрез искусственного уха: 1 — объем уха; 2 — гибкие прокладки; место для крепления микрофона

Рис. 11.5. Труба для измерения коэффициента поглощения: 1 — громкоговоритель; 2 — труба; 3 - блок для передвижения микрофона; 4 - микрофон; 5 — измеритель звукового давления; 6 — распорки микрофона; 7 — жесткая стенка; 8 - поглощающий материал

Диапазону исследуемого сигнала с тем, чтобы охватить весь динамический диапазон сигнала и получить требуемую точность анализа.

Для абсолютной градуировки конденсаторных микрофонов используют пистонофон. Он представляет собой поршень, приводимый в движение головкой громкоговорителя и создающий в замкнутом объеме переменное давление. Одна из сторон этого объема является диафрагмой конденсаторного микрофона. Амплитуду колебаний поршня измеряют оптическим микрометром. Боковые стенки, заключающие объем, берутся массивными.

Для тех же целей используют дополнительный электрод. Его устанавливают параллельно мембране конденсаторного микрофона на небольшом расстоянии от нее. Между электродом и мембраной подаются поляризующее и переменное напряжения. Зная расстояние между электродом и мембраной, а также напряжение, можно вычислить чувствительность микрофона (см. § 5.1). Дополнительный электрод делают перфорированным, чтобы не создавать дополнительной упругости для мембраны.

Наконец, следует сказать о комплекте универсальной измерительной акустической аппаратуры. В нее входят почти все перечисленные приборы с некоторыми вспомогательными приспособлениями. 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.