Рекомендации по измерению высоких уровней звука и звукового давления

В задачах, связанных с измерением экстремально высоких уровней звукового давления (выше 130 дБ), исследователи сталкиваются с проблемой несоответствия диапазонов измерений первичных преобразователей и вторичных приборов. Большинство современных портативных шумомеров-анализаторов спектра имеют диапазон входных напряжений порядка 10-15  Впик. При этом максимальное напряжение, которое могло бы поступить от микрофонного капсюля при максимальном измеряемом  звуковом давлении, как правило, существенно выше (24 Впик для капсюля ВМК-206 и 25 Впик для МК301). Таким образом, при подключении по стандартной схеме микрофонов к таким приборам как Экофизика-110А или Октава-110А мы «потеряем» примерно 4 дБ в верхней части диапазона измерений, а при работе с приборами  Soundbook (Sinus, Германия), Брюль-и-Къер 2270 (Дания), SVAN-979 (Svantek, Польша) – почти 8 дБ! Ещё хуже обстоит дело при работе с измерительными системами, предназначенными для подключения датчиков типа ICP/IEPE. Диапазон входных напряжений подобных систем обычно не превышает 5 В, и дефицит измеряемого звукового давления составляет уже от 15 до 25 дБ!

 

Лобовое решение этой проблемы состоит в использовании внешних специализированных микрофонных блоков питания с системой аттенюаторов (например, Брюль-и-Къер Nexus, GRAS 12AA). Недостатками такого подхода являются удорожание системы  и усложнение методики измерения: ведь  каждое переключение внешнего аттенюатора соответствует изменению коэффициента преобразования измерительного канала.

 

В некоторых приборах (например,  Soundbook) имеется возможность уменьшения напряжения поляризации микрофонного капсюля, что ведет к падению чувствительности последнего. Такой метод известен уже очень давно, но в последние десятилетия к нему редко прибегают, так как а) он не работает для преполяризованных микрофонов, б) метрологические характеристики современных микрофонов с внешней поляризацией определены, как правило, только для напряжения 200В, а влияние уменьшения напряжения поляризации на частотные характеристики, характеристики направленности, а также уровень собственных шумов остаются недокументированными.

 

Выход из создавшегося положения нам видится в использовании шунтирующей емкости в цепи микрофон-предусилитель. Этот метод тоже давно известен, но его реализация традиционно ограничивалась применением внешних адаптеров, механически вставлявшихся между предусилителем и капсюлем.  Недостатком такого подключения является ненадежность соединения, из-за чего эффект шунтирования может непредсказуемо изменяться во времени, а соответственно будет изменяться и коэффициент преобразования системы.

Наиболее оптимальным является применение предусилителей со встроенной шунтирующей емкостью, таких как Р200-27, Р200-48 и др.

При работе с такими предусилителями надо, однако, помнить, что коэффициент преобразования будет зависеть не только от чувствительности, но и емкости подсоединяемого микрофонного капсюля. Поэтому калибровку приборов с такими устройствами необходимо выполнять для каждой индивидуальной пары микрофон-предусилитель.

В таблице 1 представлены пиковые уровни звукового давления, которые могут быть измерены с применением различных схем подключения:

 

Таблица 1. Измеряемые пиковые уровни звукового давления

Прибор Схема Предусилитель Микрофонный капсюль Пиковый УЗД, дБ отн. 20 мкПа
Экофизика-110А MIC Р200 ВМК-205 (50 мВ/Па) 143
Экофизика-110А MIC Р200 ВМК-206, М-201 (12,6 мВ/Па, 18 пФ) 154
Экофизика-110А MIC Р200-ХХ 160
Экофизика-110А MIC Р200 МК/ВМК-401 (1,6 мВ/Па, 6 пФ) 172
Экофизика-110А IEPE-ЭКВ Р200 ВМК-206, М-201 (12,6 мВ/Па, 18 пФ) 138
Экофизика-110А IEPE-ЭКВ Р200-27 150
Экофизика-110А IEPE-ЭКВ Р200 МК/ВМК-401 157
Экофизика-110А IEPE-ЭКВ Р200-27 МК/ВМК-401 172

 

Схема MIC

Схема MIC – способ подключения микрофона с предусилителем ко входу MIC (микрофонный) измерительно-индикаторного блока прибора Экофизика-110А (исполнение “HF”или исполнение “110A”) через удлинительный кабель EXCXXXR (длина 2-15 м, определяется при заказе).

Схема IEPE-ЭКВ

Схема IEPE – способ подключения микрофона с предусилителем ко входам X, Y, Z (IEPE) измерительно-индикаторного блока Экофизика-110А (исполнение “HF”) через удлинительный кабель EXCXXXR (длина 2-15 м, определяется при заказе), микрофонный блок питания ОКТАФОН-М (или ОКТАФОН) и адаптер IEPE входа ЭКВ-110-3:

Рекомендации по комплектации системы измерения высоких уровней звукового давления

При подборе измерительного оборудования для испытаний на акустическое воздействие (например, по  ГОСТ 30630.1.5-2013 или иным стандартам) следует обращать внимание на то, что предельные значения уровней звукового давления в таблице 1 даны для характеристики Пик (максимальные мгновенные значения), тогда как требования к УЗД в нормативной и технической  документации устанавливают для среднеквадратичных значений. Соотношение между пиковыми и среднеквадратичными значениями зависит от характера сигнала.

При испытаниях на воздействие гармонического звука разница между пиковым и среднеквадратичным уровнями составляет 3 дБ. Поэтому для этих испытаний мы рекомендуем выбирать такие конфигурации измерительных каналов, у которых предел измерения пиковых УЗД был бы на 3-4 дБ выше испытательных среднеквадратичных уровней звукового давления.

При испытаниях широкополосным звуком пик-фактор значительно выше и составляет 10-12 дБ. Для таких испытаний следует выбирать конфигурации, у которых предел измерения пиковых УЗД был бы примерно на 12 дБ выше общего испытательного уровня звукового давления.

 

В Таблице 2 представлены рекомендуемые варианты комплектации для различных испытаний на акустическое воздействие.

Вид испытаний

Кол-во КТ

Nкт

Типовые ОУЗД

Ожидаемые

пиковые УЗД

Измерительная Конфигурация

ГОСТ 30630.1.5-2013

- испытание тональным звуком меняющейся частоты

3 или 6

120 дБ, Рис.3

120 дБ

  • ИИБ Экофизика-110А (HF)
  • Канал 1: схема MIC+Р200+ВМК-206/М201
  • Каналы 2 и 3: схема IEPE-ЭКВ+ Р200+ВМК-206/М201

120 дБ, Рис.2

123 дБ

120 дБ, Рис.1

114 дБ

130 дБ, Рис.1

124 дБ

140 дБ, Рис.1

134 дБ

150 дБ, Рис.1

144 дБ

  • ИИБ Экофизика-110А (HF)
  • Канал 1: схема MIC+Р200+ВМК-206/М201
  • Каналы 2 и 3: схема IEPE-ЭКВ+ Р200-27+ВМК-206/М201

160 дБ, Рис.1

154 дБ

  • ИИБ Экофизика-110А (HF)
  • Канал 1: схема MIC+Р200+МК/ВМК-401
  • Каналы 2 и 3: схема IEPE-ЭКВ+ Р200-27+МК/ВМК-401

170 дБ, Рис.1

164 дБ

 

 

 

 

 

ГОСТ 30630.1.5-2013

- испытание звуком с равномерной спектральной плотностью

3 или 6

120 дБ, Рис.3

136 дБ

  • ИИБ Экофизика-110А (HF)
  • Канал 1: схема MIC+Р200+ВМК-206/М201
  • Каналы 2 и 3: схема IEPE-ЭКВ+ Р200+ВМК-206/М201

120 дБ, Рис.2

136 дБ

120 дБ, Рис.1

130 дБ

130 дБ, Рис.1

140 дБ

  • ИИБ Экофизика-110А (HF)
  • Канал 1: схема MIC+Р200+ВМК-206/М201
  • Каналы 2 и 3: схема IEPE-ЭКВ+ Р200-27+ВМК-206/М201

140 дБ, Рис.1

150 дБ

150 дБ, Рис.1

160 дБ

  • ИИБ Экофизика-110А (HF)
  • Канал 1: схема MIC+Р200+МК/ВМК-401
  • Каналы 2 и 3: схема IEPE-ЭКВ+ Р200-27+МК/ВМК-401

160 дБ, Рис.1

170 дБ

170 дБ, Рис.1

180 дБ

  • ИИБ Экофизика-110А (HF)
  • Датчик пульсаций давлений PS2001-5-01 (методика на рассмотрении)
         

ГОСТ РВ 20.57.416

- испытание акустическим тоном меняющейся частоты

1 130 дБ 133 дБ
  • ИИБ Экофизика-110А (HF)
  • Канал 1: схема MIC+Р200+ВМК-206/М201
  • Каналы 2 и 3: схема IEPE-ЭКВ+ Р200+ВМК-206/М201                   
135 дБ 138 дБ
140 дБ 143 дБ
  • ИИБ Экофизика-110А (HF)
  • Канал 1: схема MIC+Р200+ВМК-206/М201
  • Каналы 2 и 3: схема IEPE-ЭКВ+ Р200-27+ВМК-206/М201
150 дБ 153 дБ
  • ИИБ Экофизика-110А (HF)
  • Канал 1: схема MIC+Р200+МК/ВМК-401
  • Каналы 2 и 3: схема IEPE-ЭКВ+ Р200-27+МК/ВМК-401
160 дБ 163 дБ
170 (169) дБ 173 (172) дБ
         

ГОСТ РВ 20.57.416

- испытание случайным акустическим шумом

3 или 6 135 дБ 145 дБ
  • ИИБ Экофизика-110А (HF)
  • Канал 1: схема MIC+Р200+ВМК-206/М201
  • Каналы 2 и 3: схема IEPE-ЭКВ+ Р200-27+ВМК-206/М201
140 дБ 150 дБ
  • ИИБ Экофизика-110А (HF)
  • Канал 1: схема MIC+Р200+МК/ВМК-401
  • Каналы 2 и 3: схема IEPE-ЭКВ+ Р200-27+МК/ВМК-401
150 дБ 160 дБ
160 дБ 170 дБ
170 дБ 180 дБ
  • ИИБ Экофизика-110А (HF)
  • Датчик пульсаций давлений PS2001-5-01 (методика на рассмотрении)
175 дБ 185 дБ
         

ГОСТ РВ 20.57.305

- испытание гармоническим звуком меняющейся частоты

1 или 6 130 дБ 129 дБ
  • ИИБ Экофизика-110А (HF)
  • Канал 1: схема MIC+Р200+ВМК-206/М201
  • Каналы 2 и 3: схема IEPE-ЭКВ+ Р200+ВМК-206/М201
135 дБ 134 дБ
140 дБ 139 дБ
  • ИИБ Экофизика-110А (HF)
  • Канал 1: схема MIC+Р200+ВМК-206/М201
  • Каналы 2 и 3: схема IEPE-ЭКВ+ Р200-27+ВМК-206/М201
150 дБ 149 дБ
160 дБ 159 дБ
  • ИИБ Экофизика-110А (HF)
  • Канал 1: схема MIC+Р200+МК/ВМК-401
  • Каналы 2 и 3: схема IEPE-ЭКВ+ Р200-27+МК/ВМК-401
170 дБ 169 дБ
         

ГОСТ РВ 20.57.305

- испытание широкополосным акустическим шумом

1 или 6 130 дБ 145 дБ
  • ИИБ Экофизика-110А (HF)
  • Канал 1: схема MIC+Р200+ВМК-206/М201
  • Каналы 2 и 3: схема IEPE-ЭКВ+ Р200-27+ВМК-206/М201
135 дБ 150 дБ
  • ИИБ Экофизика-110А (HF)
  • Канал 1: схема MIC+Р200+МК/ВМК-401
  • Каналы 2 и 3: схема IEPE-ЭКВ+ Р200-27+МК/ВМК-401
140 дБ 155 дБ
150 дБ 165 дБ
160 дБ 175 дБ
  • ИИБ Экофизика-110А (HF)
  • Датчик пульсаций давлений PS2001-5-01 (методика на рассмотрении)
170 дБ 185 дБ
180 дБ 195 дБ
         

Комплекты для измерения высоких уровней звука и звукового давления

Комплект «170 дБ-3»

Комплект предназначен для измерений октавных и третьоктавных уровней звукового давления с пиковым уровнем до 170 дБ в диапазоне частот от 25 Гц до 10 кГц одновременно в трёх контрольных точках

Наименование

К-во

1

ИИБ Экофизика-110А (исполнение HF). Четырёхканальный измерительно-индикаторный блок прибора Экофизика-110А

1

2

Набор встроенных измерительных программ «Санитарная виброакустика ЭФБ-HF» (режим шумомера Экозвук ЭФБ-110А)

1

3

Набор встроенных измерительных программ «Инженерная виброакустика ЭФБ-HF» (многоканальный 1/3-октавный анализ, 1/12-октавный анализ, БПФ, Селективный микровольтметр, УЗ-100 кГц)

1

4

Р200. Микрофонный предусилитель (для схемы MIC)

1

5

Р200-27. Микрофонный предусилитель с шунтирующей емкостью (для схемы IEPE-ЭКВ)

2

6

МК/ВМК-401*. Микрофонный капсюль, 1/4", 1,6 мВ/Па

3

7

EXC005R**. Кабель микрофонный удлинительный, 5 м

3

8

ОКТАФОН-М. Блок питания микрофонный 3-канальный

1

9

ЭКВ-110-3. Адаптер IEPE входа 3-канальный

1

10

Кофр ОКТАВА-M-BAT. Сумка укладочная расширенная, два комплекта аккумуляторов, зарядное устройство

1

* Может быть заменен на микрофон ВМК-206 или М-201, если ожидаемые пиковые уровни звука не превышают 150 дБ.

** Может быть заменен на кабель иной длины по заказу

 

Дополнительные принадлежности

  • АК-1000-¼” . Калибратор акустический
  • 170dBReport – пакет программ визуализации данных испытаний на акустическое воздействие