Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Метрологическое обеспечение акустических приборов

Введение

Задачи метрологического обеспечения акустических приборов включают в себя традиционные для метрологии вопросы: эталонное воспроизведение акустических величин, передача единиц акустических величин по иерархической лестнице от первичного эталона до рабочих средств измерений, поверка, калибровка и градуировка акустических средств измерений и другие вопросы. Ввиду обширности существующих акустических средств измерений соответственно обширными являются и способы и средства их метрологической поддержки.

Ниже рассматриваются в обзорном порядке лишь несколько вопросов, касающихся эталонных средств и градуировки акустических приборов.

электроакустический преобразователь пистонфон радиометр

1. Эталонные средства для воспроизведения звукового давления в воздушной среде

Государственный первичный эталон. Государственный первичный эталон предназначен для воспроизведения и хранения единицы звукового давления в воздушной среде и передачи её размера вторичным эталонам сличением при помощи компаратора и методом косвенных измерений (ГОСТ 8.038-94).

Государственный первичный эталон обеспечивает единицы звукового давления со средним квадратическим отклонением (СКО) результата измерений (S_o) 0,002-0,03 дБ при не исключенной систематической погрешности (_о) 0,03- 0,16 дБ в зависимости от диапазона воспроизводимых частот. Диапазон значений звукового давления, воспроизводимых эталоном, от 0,02 до 80 Па в диапазоне частот от 2 Гц...100 кГц.

С помощью государственного первичного эталона абсолютным методом градуируют эталонные микрофоны, входящие в состав вторичных эталонов, а затем по ним методом сличения градуируют рабочие эталоны.

Вторичные эталоны. В качестве вторичных эталонов применяют установки "Приёмники звука", "Излучатели звука" и "Измерители звукового давления" в диапазоне измерений от 0,02 до 80 Па и диапазоне частот от 2 Гц до 100 кГц.

Установки "Приёмники звука" включают в себя приёмник звука, осуществляющий передачу размера единицы, измерительную систему и акустическую камеру связи.

Установки "Излучатели звука" включают в себя излучатель звука, осуществляющий передачу размера единицы, измерительную систему и акустическую камеру связи.

Установки "Измерители звукового давления" включают в себя прибор для измерения звукового давления, осуществляющий передачу размера единицы, измерительную систему и акустическую камеру связи.

В качестве приёмников звука применяют измерительные микрофоны, удовлетворяющие МЭК 1094, части 1 и 4, за исключением частотного диапазона, который может быть шире, чем установленный в стандарте. Допускается применение в качестве приёмников звука специальных измерительных микрофонов диаметром 1/8 дюйма.

В качестве излучателей звука применяют калибраторы, пистонфоны, измерительные телефоны, приборы "искусственный рот" и т.п.

В качестве приборов для измерения звукового давления применяют шумомер класса с характеристикой Lin или измерительные усилители с приёмниками звука.

Измерительные системы включают в себя вспомогательные приёмники и излучатели звука, вспомогательные приборы для измерения звукового давления, измерительные усилители, генераторы, вольтметры, компараторы и электрические возбудители.

В качестве акустических камер связи применяют камеры малого объёма, заглушенные и реверберационные камеры.

Доверительные относительные погрешности вторичных эталонов при доверительной вероятности 0,99 не должны быть более значений, указанных в таблице 1.

Таблица 1

Эталоны	Доверительные относительные погрешности, дб
	Приёмники звука	Излучатели звука	Измерители звукового давления
1. Вторичные эталоны,	0,2 - 1,0	0,3 - 1,0	0,2 - 1,0
Эталоны сравнения	0,2 - 0,3
2. Рабочие эталоны	0,3 - 1,3	0,3 - 0,4	0,3 - 1,3
3. Рабочие средства измерений	0,5 - 1,5	0,5 - 1,5	0,5 - 1,5

Вторичные эталоны, за исключением эталона сравнения, применяют для воспроизведения и хранения единицы звукового давления в воздушной среде и передачи её размера рабочим эталонам сличением при помощи компаратора, методами прямых и косвенных измерений и непосредственным сличением.

Эталон сравнения, в качестве которого используют набор приёмников звука, применяют для проведения международных сличений эталонов как одинакового уровня точности, так и менее точных эталонов с более точными, а также для сличений внутри страны.

Рабочие эталоны. В качестве рабочих эталонов применяют средства измерений, аналогичные средствам измерений применяемые в качестве вторичных эталонов. Доверительные относительные погрешности рабочих эталонов при доверительной вероятности 0,99 не должны быть боле значений, указанных в таблице 1.

Рабочие эталоны применяют для воспроизведения и хранения единицы звукового давления в воздушной среде и передачи её размера рабочим средствам измерений сличением при помощи компаратора, методами прямых и косвенных измерений и непосредственным сличением.

Рабочие средства измерений. В качестве рабочих средств измерений применяют приёмники звука (измерительные микрофоны), излучатели звука (калибраторы, пистонфоны, измерительные телефоны, приборы "искусственный рот", аудиометры), приборы для измерения звукового давления и измерители уровня звука (шумомеры).

Доверительные относительные погрешности рабочих средств измерений при доверительной вероятности 0,95 не должны быть более значений, указанных в таблице 1.

Соотношение доверительных относительных погрешностей вышестоящих и рабочих средств измерений не должно быть более 1:1,5.

Рабочие средства измерений применяют в научных исследованиях, при контроле параметров продукции, в медицине, при контроле параметров техники безопасности и в охране окружающей среды.

2. Общие методы градуировки акустических преобразователей

Под градуировкой мер или измерительных приборов понимают операцию нанесения отметок на шкалу меры или измерительного прибора. При отсутствии шкалы под градуировкой понимают определение зависимости между измеряемой величиной и соответствующим параметром меры или измерительного прибора.

Различают абсолютные и относительные методы градуировки акустических измерительных приборов.

В акустических измерениях чаще всего применяют приёмники звукового давления. Поэтому при абсолютном методе градуировки воспроизводят звуковое давление методом, позволяющим непосредственно оценить звуковое давление в единицах измерения (ньютон на квадратный метр), а затем вычисляют чувствительность как отношение напряжения, развиваемого акустическим преобразователем, к известному звуковому давлению.

При относительной градуировке (методы сравнения) сравнивают чувствительности образцового и градуируемого приборов.

Методы сравнения имеют две разновидности: сличение и замещение.

При сличении испытуемый и образцовый приёмники помещают в акустическое поле, создаваемое источником звука. При замещении приёмники устанавливают поочерёдно в одну и ту же точку звукового поля.

Процедура измерений и в том, и в другом случаях сводится к измерению напряжений на выходе приёмников и определению чувствительности испытуемого приёмника по формуле

Е_исп = Е_обр (U_исп / U_обр )

Где Е_обр - чувствительность образцового приёмника ;

U_исп - напряжение на выходе испытуемого приёмника;

U_обр - напряжение на выходе образцового приёмника.

Способы сличения или замещения выбирают исходя из условий испытаний. Если стабильность источника звука во времени (или же внешних условий в месте измерения) не велика, то метод сличения предпочтительнее. Однако при этом требуется тщательно предварительно проконтролировать характер акустического поля в месте расположения обоих приёмников. Кроме того, необходима полная идентичность используемых измерительных трактов.

Метод замещения дает возможность использовать один измерительный тракт, который должен сохранять свои характеристики неизменными при поочерёдном включении испытываемого и образцового приёмников. При этом акустическое поле (если оно поддерживается постоянным) для образцового и испытуемого приёмников будет одинаковым.

При методе замещения для современных достаточно стабильно источников звука можно получить более точные результаты.

Общая расчётная средняя квадратическая погрешность определения чувствительности методом сравнения равна

_исп = (²_обр + ²_и + ²_к + ²_р + ²_н + ²_ср)^1/2

где_обр - погрешность градуировки образцового приёмника;

_и - погрешность отсчёта по регистрируемому прибору;

_к - погрешность поддержания коэффициента усиления;

_р - погрешность из-за флюктуаций акустического поля в точке измерения;

_н - погрешность из-за зависимости характеристик испытуемого приёмника от внешних условий;

_ср - погрешность, определяемая различием форм образцового и испытуемого приёмников.

Метод сличения более удобен для автоматизации, чем метод замещения, однако он предъявляет большие требования к источнику звука и помещению для градуировки.

Градуировку приемников звукового давления обычно проводят по направлению максимума направленности приемника при определенных температуре и давлении. Условия проведения градуировки и погрешность указывают в паспорте на приемник. Поскольку чувствительность многих приемников зависит от температуры, давления и многих других факторов, то необходимо условия проведения измерений привести в соответствие с условиями градуировки. Это необходимо для правильного расчета погрешностей измерений, в формулу которой входит погрешность градуировки.

3. Градуировка электроакустических преобразователей методом взаимности

Наиболее распространённым и универсальным методом градуировки электроакустических преобразователей звука в настоящее время является метод взаимности.

Принцип взаимности может быть сформулирован в следующей виде: чувствительности любого линейного обратимого преобразователя в режиме излучения и приема связаны между собой постоянным соотношением, называемым коэффициентом взаимности.

Чувствительностью электроакустического преобразователя в режиме излучения называется отношение звукового давления, создаваемого им на расстоянии r, к электрическому току, протекающему через преобразователь.

Чувствительность преобразователя в режиме приёма - это отношение электродвижущей силы, развиваемой преобразователем, к звуковому давлению, действующему в месте его расположения.

Коэффициент взаимности определяется главным образом характером акустического поля, создаваемого преобразователем в режиме излучения.

С помощью метода взаимности градуируют образцовые преобразователи звука и контролируют чувствительность рабочих преобразователей звука. Он может применяться в широком диапазоне частот в виде различных вариантов, при которых используются различные приемы и техника измерений.

На низких звуковых частотах в воздухе и в воде используется метод взаимности, разработанный для камеры малого объема.

Метод градуировки преобразователей в условиях свободного поля. Испытуемый приёмник может быть необратимым, поэтому в качестве излучателя его использовать нельзя.

Прибор градуируют в три этапа.

На первом этапе вспомогательный источник звука (рис. 1) создаёт в месте расположения испытуемого приёмника звука звуковое давление p, вызывающее напряжение U₁ на выходе приёмника звука. Измеряется значение U₁.

Рис. 1. Градуировка приемников звукового давления методом взаимности в свободном поле

На втором этапе режим работы вспомогательного источника звука не изменяют, а приёмник звука заменяют обратимым преобразователем, работающим в режиме приёма. При этом на выходных зажимах обратимого преобразователя измеряется напряжение U₂.

По существу первые два этапа измерений - это сравнение чувствительности двух приёмников звука, так как отношение U₁ / U₂ при равном давлении на приёмниках звука - это отношение их чувствительностей Е₁ / Е₂.

На третьем этапе измерений обратимый преобразователь используют в режиме излучения. Возбуждаемый током I, он создаёт в месте расположения испытуемого приёмника звука на расстоянии r от своего акустического центра давление p₁, вызывающее напряжение U₃ на выходе испытуемого приёмника. Измеряется ток I, напряжение U₃ и расстояние r.

Чувствительность испытуемого приёмника звука Е₂ определяют по формуле

Е₂ = [(U₁ U₃ / U₂ I) H]^1/2

По результатам описанных измерений кроме чувствительности испытуемого приемника может быть найдена чувствительность обратимого преобразователя в режиме излучения и приема.

Аналогично описанному градуируют источники звука.

Обязательным условием выполнения градуировки является необходимость обеспечения линейности всего измерительного тракта, включая и обратимый преобразователь.

Камеры малого объёма. Используются для градуировки акустических преобразователей, например микрофонов, методом взаимности. Обычно она представляет собой цилиндрическую камеру с достаточно жесткими стенками и малой высоты по сравнению с длиной звуковой волны. Камеры малого объема для звукового диапазона частот имеют объем от 2 до 45 см³.

К двум торцам камеры присоединяют попеременно то вспомогательный излучатель и испытуемый микрофон, то вспомогательный излучатель и обратимый преобразователь, то обратимый преобразователь и испытуемый микрофон. Испытуемый микрофон, вспомогательный излучатель и обратимый преобразователь вставляют в соответствующие оправки в торцах камеры так, что их мембраны по существу составляют часть крышек камеры.

Типовая камера имеет диаметр 42,8 и высоту 12,5 мм. При заполнении камеры воздухом можно осуществить градуировку микрофонов до 5000 Гц. При заполнении водородом допустимая частота возрастает до 18000 Гц.

При измерениях в камерах малого объема среднее квадратическое отклонение (СКО) результата измерений (S_o) не превышает 0,1…0,3 дБ в диапазоне частот 20 Гц...10 кГц, при не исключенной систематической погрешности (_о) 0,1…0,2 дБ. Измерения проводятся при звуковых давлениях 0,05…2 Па.

Серьезным недостатком градуировки с помощью камеры малого объема является необходимость многократной перестановки преобразователей звука и связанные с этим дополнительные погрешности.

Разработанная А.Н. Ривиным конструкция камеры позволяет градуировать преобразователи, не переставляя их, а только переключая элементы измерительной схемы.

Обратимые электроакустические преобразователи. При акустических измерениях часто необходимо использовать один и тот же электроакустический преобразователь как в режиме приема, так и в режиме излучения. Это обязательно при градуировке методом взаимности, а также при измерениях, производимых импульсными, реверберационными и тому подобными методами.

Условие обратимости проверяется следующим образом. Однотипные преобразователи 1 и 2 устанавливают в свободном поле на расстоянии 20 см друг от друга. Сначала на преобразователь 1 подается ток I₁ , а на выходе преобразователя 2 измеряется напряжение U₂ (рис. 2).

Рис. 2. Проверка условия обратимости

Затем через преобразователь 2 пропускается ток I₂ , а на выходе преобразователя 1 измеряется напряжение U₁ (рис. 4.2).

Если I₁ = I₂ , то по условию взаимности U₁ /U₂ =1 (в случае , если оба преобразователя подчиняются принципу взаимности).

Отклонение этого отношения от единицы, превышающие погрешности измерений, характеризуют нарушение принципа взаимности в данных преобразователях, а следовательно, и систематическую погрешность градуировки.

Для повышения точности измерений необходимо уменьшать размеры преобразователей, а градуировку производить на достаточно больших расстояниях, которые допустимы в отношении влияния отраженных сигналов.

При градуировке микрофонов по методу взаимности часто в качестве обратимого преобразователя используют капсюль конденсаторного микрофона.

4. Градуировка приемников звука с помощью акустических труб и акустического радиометра

Акустические трубы. Трубы широко распространены в акустических измерениях при градуировке преобразователей звука, в установках для измерения акустических сопротивлений, коэффициента поглощения материалов и др. Этому обстоятельству способствовало то, что с помощью труб достаточно простыми средствами можно создавать звуковые поля плоских волн, удобные для выполнения измерений и сравнительно легко рассчитываемые.

Единица звукового давления в воздухе в диапазоне частот 20 Гц - 16 кГц воспроизводится в поле стоячих волн методом звукомерного диска. Звуковое давление в трубах определяют в узле стоячей волны по вращающему моменту, действующему на звукомерный диск, помещенный в пучности колебательной скорости и расположенный своей нормалью под углом 45⁰ к направлению распространения звука.

Звуковое давление Р₃ для закрытой с обоих концов трубы вычисляют по формуле:

,

где - плотность среды;

c - скорость распространения звука в среде;

D - упругая постоянная нити подвеса;

r - радиус диска;

R - расстояние от шкалы отсчета до диска;

n - отсчет по шкале, пропорциональной отклонению диска;

А - поправочный коэффициент (для воздуха, равный 1).

Установка, с помощью которой воспроизводится единица звукового давления, состоит из трёх труб - резонаторов.

На одном конце каждой из труб устанавливают излучатель звука, на другом - акустически жесткую стенку при воспроизведении звукового давления (рис. 3) или образцовый микрофон при градуировке (рис. 4). В средней части трубы сделан отвод для подвеса звукомерных дисков.



Рис. 3. Схема трубы-резонатора для воспроизведения звукового давления

Рис. 4. Схема трубы-резонатора при градуировке

В установке применяют набор стеклянных дисков диаметром 3,975 - 5,990 мм и толщиной 0,055 - 0,061 мм. Диски подвешивают на тонкой кварцевой нити диаметром 4 - 5 мкм.

Звуковое давление для трубы, открытой с одного конца, пропорционально давлению в закрытой трубе и равно

Р_от = 0,707 Р_зт

Средняя квадратическая погрешность ряда измерений при воспроизведении звукового давления составляет 0,1 дБ, погрешность градуировки образцовых микрофонов - 0,3 дБ.

При воздушных измерениях микрофоны градуируют с помощью так называемых “бесконечных труб“, у которых один из концов закрыт звукопоглощающим материалом.

При работе с трубами важно правильно выбрать материал для стенок трубы и толщину ее стенок. В воздушных измерениях трубы изготовляют из латуни толщиной порядка 3 мм. Такие трубы являются достаточно жесткими.

Необходимо отметить, что общим недостатком измерительных установок с трубами - резонаторами является возможность градуировки приёмников звука в них только на реперных частотах, соответствующих резонансным частотам труб. Диапазон частот (в области верхних частот) ограничен возможностью стоячих волн в поперечном сечении трубы.

Акустический радиометр. В диапазоне частот 20...300 Гц звуковое давление воспроизводится методом акустического радиометра. Акустический радиометр представляет собой отражающий диск диаметром 20 мм, эксцентрично прикрепленный на тонкой кварцевой нити и поворачивающийся под действием радиационного звукового давления.

Радиационное звуковое давление определяют по давлению радиации, действующему на радиометр по формуле

,

где - плотность среды,

c - скорость распространения звука в среде,

D - упругая постоянная нити связи,

r - радиус диска,

R - расстояние от шкалы отсчета до диска,

n - отсчет по шкале, пропорциональный отклонению диска.

Средняя квадратическая погрешность ряда измерений при воспроизведении единицы звукового давления методом акустического радиометра составляет 0,4 дБ.

Градуировка приемников звукового давления осуществляется со средней квадратической погрешностью измерения 1 дБ.

5. Градуировка электроакустических преобразователей с помощью пистонфона

Измерительная установка «Пистонфон» (далее «Пистонфон») служит, в первую очередь, для калибровки измерительных микрофонов, а также для калибровки шумомеров вместе с микрофоном. Метод пистонфона является наиболее распространенным методом градуировки акустических преобразователей в инфразвуковом диапазоне частот.

Пистонфон представляет собой толстостенную камеру объемом V₀ (с номинальными объемами 1000, 200 и 10 см³) и с поперечными размерами много меньше длины волны (рис. 6). На рисунке показаны:

1 - градуируемый микрофон;

2 - камера пистонфона;

3 - поршень;

4 - микроскоп;

5 - вибратор (например, электромеханический);

6 - милливольтметр.

В камере перемещается по гармоническому закону с амплитудой X_m поршень 3 площадью S, вытесняющий из объема V₀ камеры 2 переменный объем, равный S?X_m. Он приводится в движение, например, кривошипным механизмом. Амплитуду колебаний поршня измеряют измерительным микроскопом.

В идеальном случае, когда стенки камеры и мембраны приемника жесткие, акустическое давление в камере P_m находят из соотношения:

P_m = г К Р₀ (S?X_m / V₀ ),

где г = С_р /С_V - отношение удельных теплоемкостей,

Р_о - давление в камере до начала перемещения поршня.

Практически, из-за наличия гибкости стенок и приемника (особенно при градуировке с заполненным водой объемом) результирующая гибкость камеры получается намного больше расчетной.

Систематические погрешности, возникающие при градуировке акустических преобразователей методом пистонфона, обусловлены еще и тем, что во время колебаний поршня охлаждается и нагревается рабочий объем за счет теплопроводности стенок. Иными словами, процесс сжатия растяжения не адиабатичен. Для исключения этой систематической погрешности в формулу вводят термодинамическую поправку К (0,75?К?1), рассчитываемую теоретически для некоторых простейших геометрических форм камер.

Рис. 5. Схематическое устройство пистонфона

Основными источниками погрешностей метода являются:

1) ошибки определения площади поршня по его геометрическим размерам;

2) ошибки отсчета «размаха» колебания поршня;

3) ошибки измерения объема камеры;

4) ошибки измерения статического давления;

5) ошибки определения г в зависимости от внешних условий (изменения давления, влажности и температуры);

6) приближенное определение термодинамической поправки.

Диапазон значений звукового давления, воспроизводимых установкой «Пистонфон», составляет 2...80 Па в диапазоне частот 2 Гц...115 Гц. Она обеспечивает единицы звукового давления со средним квадратическим отклонением (СКО) результата измерений (S_o) не превышающим 0,03 дБ при не исключенной систематической погрешности (_о) , не превышающей 0,1 дБ.

Пистонфон PF 101. Пистонфон PF 101, модель 00003, представляет собой маленький, питаемый от батареи, высокоточный источник звука для быстрой и точной калибровки микрофонов.

Благодаря энергоснабжению от батарей пистонфон не зависит от внешних источников питания и может быть применён с успехом как в лаборатории, так и на открытом воздухе. Использование переходников позволяет проводить калибровку микрофонов различных размеров.

Принцип действия. Маленький, малошумный электродвигатель с центробежным регулятором, поддерживающим число оборотов в определённых пределах независимо от напряжения батареи, служит в качестве привода кулачкового диска.

Два маленьких, симметрично расположенных и однофазно управляемых кулачковым диском поршня создают в напорной полости синусоидальные колебания давления, частота которых составляет примерно 180 Гц. Размеры пистонфона подобраны таким образом, что при атмосферном давлении 760 мм рт. ст. он создаёт звуковой уровень, равный 118 дБ. Найденный Уровень звукового давления индивидуально для каждого экземпляра приводится в Протоколе испытания Пистанфона.

При отклонениях от атмосферного давления от 760 мм рт. ст. сила звука изменяется. Величины необходимой коррекции могут быть отсчитаны непосредственно в децибелах на шкале принадлежащего к комплектности барометра. Относительная влажность воздуха до 90 % не влияет на звуковое давление.

Описание механической конструкции.Пистонфон состоит из трёх частей, привинченных друг к другу и создавая, таким образом, одно целое.

Круглое отверстие на лобовой стороне пистонфона PF 101 служит для сопряжения микрофона с находящейся за отверстием напорной камерой. Заложенное в стенке сверления герметизирующее резиновое кольцо предназначено для обеспечения в этом месте при вставленном микрофоне воздухонерпоницаемого отделения напорной камеры от окружающей среды.

Боковое сверление в стенке напорной камеры служит для статистической компенсации давления воздуха.

На лобовой стороне корпуса мотора находится маленький цилиндр, в котором сделаны два сверления, смещённые на 180⁰. Они служат как ведущие для двух маленьких, точно припасованных поршней. Эти поршни прижимаются пружинкой к контуру кулачкового диска, закреплённого на выводе валика высокоточного мотора.

На противоположной лобовой поверхности контактирующий элемент создаёт соединение с батарейной коробкой, в которой размещены последовательно подключённых элементов по 1,5 вольта каждый. Элементы питают центробежный регулируемый двигатель при посредстве транзистора TS 1. Последний вместе с резистором W 1 и конденсатором С 1 создаёт схему управления мотором.

Включение мотора осуществляется выключателем, помещённом на корпусе.

Подготовка пистонфона к работе. Перед каждым измерением следует проверить напряжения батарейного комплекта. Для этого при включённом состоянии (красная точка видна) нажимается коротко выключатель "Batteriespannungskontrolle" (контроль напряжения батареи). В случае безупречных элементов слышно отчётливое увеличение высоты тона пистонфона. Если такой переход отсутствует, необходимо сменить батарейных комплект.

После этого измерительный микрофон засовывается в пистонфон до ощутимого упора. Следить нужно за тем, чтобы оси пистонфона и микрофона находились на одной прямой и чтобы оба прибора были легко прижаты друг к другу в течении измерительной операции.

Во избежание перекоса корпусов обоих приборов и тем самым дополнительных погрешностей, пистонфон должен по возможности работать в вертикальном положении.

Микрофоны других диаметров могут быть приспособлены к пистонфону PF 101 при помощи специально заготовленных переходников. При применении последних необходима коррекция создаваемого уровня звукового давления, обусловленная изменением объёма напорной камеры, если такое изменение превышает 0,4 см³.

В связи с тем, что создаваемый пистонфоном не приведенный сигнал около 118 дБ относится к атмосферному давлению в 760 мм рт. ст., следует сначала определить, какое звуковое давление подаёт пистонфон при господствующих в точке измерения атмосферных условиях. Звуковое давление получается как сумма должного значения (указанного в протоколе испытания) и значения (с учётом знака), отсчитанного на внешней, откалиброванной в децибелах шкале барометра (принадлежит к комплектности). Перед отсчётом нужно легко постучать в стёклышко отсчетного устройства барометра.

Пример. На внешней шкале стрелка барометра указывает 0,4 дБ. Наводимый пистонфоном звуковой уровень при должном значении 118,0 дБ и атмосферном давлении 726 мм рт. ст. составляет 118,0 дБ 0,3 дБ - 0,4 дБ = 117,6 дБ 0,3 дБ

Измерение коэффициента преобразования измерительных микрофонов. Для измерения коэффициента преобразования измерительного микрофона к его выходу (в случае конденсаторных микрофонов к выходу преобразователя импеданса) подключают милливольтметр, входное сопротивление которого велико по сравнению с внутренним сопротивлением со стороны выхода микрофонного усилителя. Затем включают пистонфон и записывают отсчитанное на милливольтметре напряжение.

Напряжение на милливольтметре U делённое на звуковое давление, создаваемое пистонфоном Р, представляет собой коэффициент преобразования Е для частоты пистонфона исследуемого микрофона (с учётом действия предварительного усилителя).

Е = U / P.

Следует принимать во внимание, что помимо погрешности микрофона в общую погрешность калибровки входят погрешности милливольтметра и измерительного усилителя.

6. Градуировка электроакустических преобразователей электростатическим методом

Метод состоит в том, что к диафрагме градуируемого приёмника с помощью добавочного (третьего) электрода прикладывается электрическое напряжение, вызывающее пондеромоторное электростатическое давление на диафрагму (рис. 6). Это давление эквивалентно воздействию на мембрану акустического давления.

При градуировке электростатическим методом плоскую мембрану испытуемого приёмника размещают на расстоянии 0,1 - 0,5 мм от гладкой металлической пластинки, называемой добавочным электродом. К мембране и добавочному электроду подводят переменное напряжение U и постоянное напряжение поляризации U₀.Мгновенное напряжение, приложенное к мембране и добавочному электроду, равно U = U₀ + U_msin щt.

Рис. 6. Схема градуировки электростатическим методом: 1 - дополнительный электрод; 2 - источник постоянного тока; 3 - генератор; 4 - градуируемый приемник звука

Цепи переменного и постоянного напряжений разделяются фильтрами LС или РС.

Между мембраной и добавочным электродом, образующим плоский конденсатор, возникает электростатическая сила притяжения, равная

,

где ₀ = 8,85•10^-12 Ф/м - диэлектрическая проницаемость воздуха;

S - площадь мембраны, м²;

d- зазор между мембраной и добавочным электродом, м.

Эффективное значение давления на мембране равно

p = ₀ U ₀ U /d ² [ н/м²],

где U - эффективное значение приложенного к мембране переменного напряжения.

Из этого выражения следует, что давление на мембране приемника, возникающее под влиянием электростатических сил притяжения, не зависит от частоты напряжения возбуждения.

Воздушный зазор d измеряют щупом или определяют косвенно путем измерения межэлектродной ёмкости.

На точность градуировки электростатическим методом влияют упругость воздушного зазора между мембраной и добавочным электродом, а также краевой эффект рассеяния электростатического поля.

Так как при малом зазоре добавочный электрод создает дополнительное сопротивление воздушного слоя у диафрагмы, то на практике применяют решетчатый добавочный электрод в виде равноотстоящих тонких пластин.

Напряжение U_пр, развиваемое градуируемым приемником, измеряют электронным вольтметром.

Чувствительность приёмника находят по формуле

Е= U_пр / p

Электростатический метод градуировки применяют в диапазоне частот от единиц герц до нескольких килогерц.

Литература

1. Блинова Л.П., Колесников А.Е., Ланганс Л.Б. Акустические измерения. - М.: Издательство стандартов, 1971.

2. Хакимов О.Ш., Юнусов Б.Х. Акустические измерения. Учебное пособие. - Ташкент: Таш. гос. техн. ун-т. - 1997, 192 с .

3. Чертов А.Г. Физические величины. - М.: Высшая шк., 1990. - 335 с.

4. Беранек Л. Акустические измерения/ Пер. с англ. - М.: 1952.

5. Клюкин И.И., Колесников А.Е. Акустические измерения в судостроении, 2 изд. - Л.: 1968.

6. Власов А.Д., Мурин Б.П. Единицы физических величин в науке и технике: Справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 176 с.

7. Бендат Дж., Пирсол А. Применения корреляционного и спектрального анализа: Пер. с англ. - М.: Мир, 1983. - 312 с.

8. Тюрин А.М., Сташкевич А.П.. Таранов Э.С. Основы гидроакустики. Л., 1966.

9. ГОСТ 8.038 - 94. Государственная поверочная схема для средств измерения звукового давления в воздушной среде в диапазоне частот 2 Гц - 100 кГц.

10. Методические указания 305. По поверке образцовых источников шума.

11. ГОСТ 8.153 - 75. ГСИ. Микрофоны измерительные конденсаторные. Методы и средства поверки.

12. ГОСТ - 16123 - 70. Микрофоны. Методы электроакустических испытаний.

13. МИ 1267-86. ГСИ. Преобразователи ультразвуковые. Методы поверки.

14. ГОСТ 23941-79. Шум. Методы определения шумовых характеристик. Общие требования.

15. ГОСТ 12.1.003-83. ССБТ. Шум. Общие требования безопасности.

16. ГОСТ 12.1.024-81. ССБТ. Определение шумовых характеристик источников шума в заглушенной камере. Точный метод.

17. ГОСТ 12.1.025-81. ССБТ. Шум. Определение шумовых характеристик источников шума в реверберационной камере. Точный метод.

18. ГОСТ 12.1.026-81. ССБТ. Шум. Определение шумовых характеристик источников шума в свободном звуковом поле над звукоотражающей плоскостью. Технический метод.

19. ГОСТ 12.1.027-81. ССБТ. Шум. Определение шумовых характеристик источников шума в реверберационной камере. Технический метод.

20. ГОСТ 12.1.028-81. ССБТ. Шум. Определение шумовых характеристик источников шума. Ориентировочный метод.

21. ГОСТ 12.1.050-86. ССБТ. Методы измерения шума на рабочих местах.

22. ГОСТ 27243-87. Шум. Ориентировочный метод определения уровня звуковой мощности шума машин при помощи образцового источника звука.

23. ГОСТ 27345-87. Внутренний шум автотранспортных средств. Допустимые уровни методы измерений.

24. ГОСТ 12.4.077-79. ССБТ. Ультразвук. Методы измерения звукового давления на рабочих местах.

25. ГОСТ 23337-78. (СТ СЭВ 2600-80). Шум. Методы измерения шума населенной территории и помещениях жилых и общественных зданий.

26. ГОСТ 17187-81. Шумомеры. Общие технические требования и методы испытаний.

27. ГОСТ 8.257-84. ГСИ. Шумомеры. Методика поверки.

28. ГОСТ 27072-86. Генераторы сигналов диагностические звуковые. Аудиометры. Общие технические требования и методы испытаний.

29. ГОСТ 17168-82. Фильтры электронные октавные и третьоктавные.

30. ГОСТ 8.154-75. ГСИ. Приборы измерительные типа «Ухо искусственное». Методы и средства поверки.

31. ГОСТ 22547-81. Средства гидроакустические. Термины и определения.

32. ГОСТ 26120-84. Акустика авиационная. Термины и определения.

Размещено на Allbest.ru

...