БЕЗЭХОВЫЕ КАМЕРЫ

АЛЕКСАНДР ЕФИМОВ
МОСКВА МТУСИ

   Любой радиолюбитель узнает из справочников параметры полюбившегося ему громкоговорителя, руководствуется ими при окончательном решении вопроса. Иногда обращается к справочнику, чтобы узнать данные заинтересовавшего микрофона. Совсем редко интересуется данными звукопоглощающих материалов. Но вряд ли он задумывается над тем, каким образом возникают эти данные.

Мало кто знает, что разрабатываемые модели громкоговорителей и микрофонов, прежде чем быть переданы в производство, подвергаются всесторонними испытаниям. Они проводятся в особых сооружениях, называемых звукомерными камерами. Пусть вас не пугает слово «камера». Оно почти всегда ассоциируется с исправительными учреждениями, где находятся злостные нарушители законов. Звукомерные камеры в какой-то степени тоже являются органами изоляции, только не преступников, а звуков. В них допускаются звуки из окружающего пространства и «находятся в заключении» звуки, возникающие в них.

Звукомерные камеры – сложные и дорогостоящие сооружения. Их стоимость соизмерима со стоимостью многоквартирного жилого дома. Поэтому строят их редко. Даже в таком городе, как Москва, количество звукомерных комплексов вряд ли превышает десяток. В качестве примера приведем комплекс звукомерных камер Московского технического университета связи и информатики (МТУСИ).

Эта – два помещения, каждое размером примерно 6х6х5 метров, т.е. с объемом около 180 м3. Для защиты от внешних шумов каждое помещение находится под двойным колпаком – окружено двойными толстыми стенами, снабжено двойным потолком. Между этими помещениями находится аппаратная. В ней размещены измерительные приборы и аппаратура дистанционного управления устройствами, находящимися в камерах. Двери в камеры – двойные, массивные, каждая весом в несколько сот килограммов.

Камеры обладают резко различающимися акустическими свойствами. В одной достигнуто сильное поглощение звука, почти полное отсутствие отражений, т.е. воссоздается акустика открытого пространства. Именно на открытом пространстве должны исследоваться свойства громкоговорителей и микрофонов. Были времена, когда Москва в ночное время не шумела, и испытания проводились на крыше дома звукозаписи. Теперь в ночное время город сильно шумит, и от шумов, затрудняющих измерения, надо прятаться в звукомерные камеры, хорошо защищенные от шумов.

В качестве звукопоглотителей в заглушенной камере используют стекловату или стекловолокно. Так как площади внутренних стен, пола и потолка не хватает для размещения нужного количества звукопоглотителей, они выполнены в виде узких плит («клиньев») длиной более 1м, торцами прикрепленных к стенкам камеры. Поэтому видимый внутренние размеры камеры существенно меньше указанных ранее размеров.

В заглушенной камере исследуются амплитудно-частотные характеристики и диаграммы направленности громкоговорителей и микрофонов. В качестве приемника звука использован измерительный конденсаторный микрофон, частотная характеристика чувствительности которого практически горизонтальна в диапазоне частот от 20Гц до 40Гц. Одиночные головки громкоговорителей закрепляют в деревянном щите. Его размеры установлены техническими условиями на измерения 1350х1650 мм для головок с низкой частотой механического резонанса и 1000х1200 мм для головок с резонансной частотой более 100 Гц. Акустические системы исследуют в собственном корпусе. Для исследования диаграмм направленности громкоговорители или микрофоны закрепляют на поворотном столике. Его движением управляют дистанционно из аппаратной.

«Гулкую» (реверберационную) камеру используют для исследования свойств звукопоглощающих материалов и определения коэффициента полезного действия громкоговорителей.

Конструктивно реверберационная камера выполнена таким образом, что возбуждаемые в ней звуки ослабевают очень медленно. Отзвук длится более 10 с.

В реверберационной камере сделано все, чтобы потери звуковой энергии при отражении от преград были минимальны. Стены и потолок покрыты цементной штукатуркой, подвергнутой особой обработке, т.н. «железнению». В результате эти поверхности отражают звук. Пол покрыт металлическими плитками.

В помещении в форме прямоугольного параллелепипеда возникают стоячие волны. Они будут нарушать процесс измерений. Чтобы ослабить эффект стоячих волн противоположные стены сделаны непараллельными. Чтобы еще более сгладить влияние резонансов камеры, измерения проводят не на тональных измерительных сигналах, а на полосках шума, вырабатываемого измерительным генератором. Их «немузыкальность» хорошо ощущается слухом. При перестройке полосовых фильтров по диапазону частот окраска эти звуков заметно меняется.

Исследуемые образцы звукопоглощающих материалов вносят заметное поглощение, и время реверберации Т/м уменьшается по сравнению со временем реверберации пустой камеры Т/о. По разности этих значений расчетом находят коэффициент поглощения материала на разных частотах.

Источником звука в камере служит комбинация широкополосных головок, вмонтированных в грани многогранника. Такая конструкция иметирет ненаправленный излучатель и позволяет быстрее «наполнить» звуковой энергией пространство камеры. В зарубежных камерах подобного назначения для быстрейшего «перемешивания» звуковой энергии и равномерного ее распределения по пространству камеры используют своеобразный «вентилятор» с лопастями размером в 1-1,5 м. Хорошее, равномерное распределение звуковой энергии по пространству камеры служит повышению точности измерений.

Приемником звука, как и в заглушенной камере, служит измерительный конденсаторный микрофон. Спад уровня звукового давления после выключения источника звука отмечается на световом табло, находящемся в аппаратной. По нему определяют время реверберации, а затем вычислениями находят коэффициент поглощения материала.

В рамках небольшой заметки невозможно рассказать об измерении к.п.д. громкоговорителей. Они довольно сложны. Можно лишь сообщить, что результаты измерений к.п.д. громкоговорителей, проведенных в реверберационной камере МТУСИ подтвердили известные из теории данные. К.п.д. широко распространенных малогабаритных акустических систем (МАС) очень низок и составляет 0,06-0,07%. Менее одной тысячной доли подводимой электрической мощности превращается в звук. Только у открытых систем телевизоров и стационарных радиоприемниках и АС с большим объемом корпуса и фазоинвертором к.п.д. превышает 1%.

В заключении следует отметить, что в последние годы процессы исследования электроакустической аппаратуры широко автоматизируются. Для этого используют самописцы, реверберометры, персональные ЭВМ. Так в МТУСИ с помощью студентов составлена программа и разработан измерительный комплекс для автоматического исследования диаграмм направленности микрофонов.

 

Добавить комментарий