Исследование возможностей использования шумомера

Рейтинг:  3 / 5

Звезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда не активнаЗвезда не активна
 

Выпускная квалификационная работа

 

«Исследование возможностей использования шумомера»

 

Выполнил: Г. С. Татаринов

 

 

Содержание
Введение
Глава I. Теоретическая часть
Основные понятия физической акустики
Основные понятия о шуме
Нормирование шума, ультра- и инфразвук
Источники шума
Основные свойства слуха
Громкоговорители и телефоны
Глава II. Объекты и методы исследования
Глава III. Результаты собственных исследований
Заключение
Список литературы
Приложение 1.1
Приложение 1.2
Приложение 2
Приложение 3.1
Приложение 3.2
Приложение 4
Приложение 5
Приложение 6
Приложение 7
Приложение 8

 

Введение

 

В трактах радио- и проводной телефонной связи, вещания, звукового сопровождения телевидения, звукозаписи и воспроизведения, звукоусиления, озвучения, системы перевода речей, массового радиообслуживания, диспетчерской связи и т. п. начальные и конечные звенья тракта являются акустическими. Тракт начинается от источника колебаний (голос человека, музыкальные инструменты, различного рода источники шумов), затем идет звено тракта в виде воздушной среды помещения или открытого пространства. Начальная часть тракта заканчивается преобразователем акустических колебаний в электрические (микрофон, ларингофон). После него идут различные электрические системы в виде трактов и каналов передачи сигналов. За ними, до уха слушателя, снова — акустические звенья тракта: электроакустический преобразователь (громкоговоритель или телефон), помещение или открытое пространство в случае громкоговорящего приема; объем между телефоном и слуховым проходом — при приеме на телефон. В каждом из этих акустических звеньев тракта происходят те или иные изменения акустических колебаний, каждое из них обладает соответствующими свойствами, которые надо знать, чтобы уметь правильно пользоваться ими.
Известно, что акустические звенья тракта зачастую являются определяющими в отношении качества звучания и играют значительную роль в обеспечении качества речевой связи.
В данной работе я собираюсь изучить возможность использования шумомера для исследования характеристик динамиков.
Шумомер Center 390 является достаточно легким в использовании и компактным прибором, поэтому важно изучить возможности его применения для исследования характеристик динамиков, вследствие доступности и простоты такого способа.
Задачей данной работы является изучение характеристик динамиков с точки зрения восприятия их человеком (прибор Center 390 обладает фильтром А, который производит коррекцию показаний в соответствии с особенностями человеческого слуха), выявления некоторых общих характеристик, исследование частных характеристик и их анализ.

 

Глава I. Теоретическая часть

 

Основные понятия физической акустики

 

Определения

Звук — это упругие волны, колебательные движения частиц в упругой среде, вызванные каким-либо источником.
Звуковое поле — область среды, в которой распространяются звуковые волны. В звуковом поле возникают деформации разрежения и сжатия, что приводит к изменению давления в любой точке среды по сравнению с атмосферным; разность между этими давлениями называют звуковым давлением (p).
В зависимости от среды, в которой распространяются упругие волны, звук подразделяется на воздушный и структурный.
Воздушный звук — звуковое поле, обусловленное передачей звука от источника к точке наблюдения по воздуху или через ограждающие конструкции.
Структурный звук — составляющая звукового поля, обусловленная излучением шума вибрацией ограждающих конструкций.
Звук характеризуется скоростью распространения и направлением перемещения звуковых волн, звуковым давлением, создаваемым ими в среде, интенсивностью переноса звуковой энергии.
Скорость звука зависит от характеристик среды, в которой он распространяется, и является функцией ее плотности и упругости, а для газообразной среды — температуры.
Скорость звука в воздухе выражается следующим образом:

Shumomer3

где tc — температура окружающей среды.
При температуре tc = 20°С скорость звука в воздухе равна 340 м/с, в воде 1490 м/с и в стали 5039-5177 м/с.
Источник гармонических (синусоидальных) колебаний с частотой f создает звуковую волну, имеющую скорость

Shumomer4

где λ — длина звуковой волны.
В практике борьбы с шумом часто используется это выражение в форме, устанавливающей связь между частотой и длиной волны:

Shumomer5

т. е. чем больше частота звука, тем меньше длина звуковой волны, и наоборот. Например, если частота равна 1000 Гц, то длина волны в воздухе при комнатной температуре составляет 0,34 м, при 250 Гц — около 1,3 м, при 4000 Гц — 0,09 м.
В движущейся звуковой волне попеременно возникают разрежения и сжатия. Распространение звука характеризуется также и такими совершенно различными явлениями, как движение частиц среды в волне и перемещение самой звуковой волны в среде. Обычно колебательные скорости частиц среды в несколько тысяч раз меньше скорости звука.
Характеристиками звуковых волн, связанными с их распространением, являются звуковой луч и фронт волны.

 

Звуковым лучом называют линию распространения звуковых волн, а фронтом звуковой волны — поверхность, объединяющую точки с одинаковой фазой колебания (например, фазой разрежения). По форме фронта различают три типа звуковых волн: плоские (фронт в виде плоскости, нормальной к направлению распространения волны), сферические (сферический фронт) и цилиндрические (фронт в виде боковой поверхности цилиндра).
Поскольку тип звуковой волны влияет на ее затухание в пространстве, на практике важно определить вид волны хотя бы приближенно. Если плоский источник звука имеет большие размеры, то вблизи него возникают плоские волны, и в этой области звуковое давление постоянно. По мере удаления от источника плоская звуковая волна переходит в сферическую, распространяющуюся во всех направлениях. Фронт волны может определяться не только размерами источника звука, но и частотой (длиной звуковой волны). При низких частотах (большая длина волны) фронт, как правило, сферический, при высоких частотах и малой длине волны — плоский.
Характер распространения звуковых волн зависит также от некоторых особенностей окружающего пространства. На открытом пространстве в отсутствие препятствий распространяется бегущая волна, при наличии препятствия возникают отраженные звуковые волны.
В бегущей волне звуковое давление в среде (р) прямо пропорционально скорости колебания частиц среды (v). Коэффициент пропорциональности называется удельным акустическим сопротивлением среды (ρс):

Shumomer6

где ρ — плотность среды.
В поле сферической звуковой волны звуковое давление изменяется обратно пропорционально расстоянию (r) в результате расширения площади фронта волны (S):

Shumomer7

где Ω — пространственный угол излучения (Ω = 4π, если звук излучается во все пространство; Ω=2π при излучении в полупространство и т. д.).
Распространение звука связано с переносом энергии. Средний поток звуковой энергии, проходящий в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной к направлению распространения волны, называется интенсивностью звука. Для плоской волны интенсивность имеет вид

Shumomer8

Интенсивность звука — вектор, поэтому в некоторых практических случаях используется скалярная величина — плотность звуковой энергии:

Shumomer9

 

Общее количество звуковой энергии, излучаемой источником в единицу времени, называется звуковой мощностью:

Shumomer11

Если звук излучают несколько (n) источников с произвольным распределением фаз, то суммарная звуковая мощность определяется так:

Shumomer10

где Wi — мощность i-го источника.

 

Поглощение, отражение и прохождение звука

Звуковая энергия, падающая на бесконечную ограждающую поверхность, частично

Shumomer12

поглощается ею, частично отражается, а частично проходит через нее (рис. 1.5).
Уравнение баланса звуковой энергии выглядит следующим образом:

Shumomer13

где Iпад, Iпогл, Iотр и Iпр - интенсивности падающего, поглощенного, отраженного и прошедшего звука соответственно.
Отношение интенсивности прошедшего звука к интенсивности падающего называется коэффициентом звукопроводности:

Shumomer14

Звукоизоляцией называется величина, обратная коэффициенту звукопроводности. Звукоизоляция характеризует процесс отражения звука и является мерой степени звуконепроницаемости преграды. Значение звукоизоляции определяется следующим образом:

Shumomer15

 

Коэффициент звукопоглощения определяется отношением интенсивности поглощенного в конструкции звука к интенсивности падающего:

Shumomer16

Звукопоглощение характеризует физический процесс перехода звуковой энергии в тепловую, а коэффициент звукопоглощения (a) служит мерой звукопоглощения.

 

Основные понятия о шуме

 

Общие характеристики шума

 

Шумом называется случайное сочетание звуков различной интенсивности и частоты. В практике борьбы с шумом под ним подразумевается мешающий, нежелательный звук. Воздействие шума на человека зависит от его основных характеристик, которыми являются:
• уровни звукового давления (УЗД);
• уровни звука (УЗ);
• частотный состав (спектр).
Уровни звукового давления в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц измеряются в децибелах (дБ). Измерение УЗД производится прибором с октавными фильтрами, который называется шумомером.
Уровень звукового давления относится к характеристикам постоянного шума на рабочих местах и определяется по формуле

Shumomer17

где p — среднеквадратичное значение звукового давления, измеряемое в паскалях; p0 — нулевой порог слышимости, т.е. давление, соответствующее порогу чувствительности человеческого уха на частоте 1000 Гц (р0 = Па).
Переход к децибелам вместо паскалей обусловлен тем, что логарифмический масштаб более адекватно отражает субъективное восприятие шума человеком. Кроме того, ухо воспринимает шум в очень широком диапазоне звуковых давлений: от до Па (рис. 2.1), и поэтому использование логарифмического масштаба при измерениях и расчетах шума более удобно.
По шкале децибел область восприятия шума человеком лежит в диапазоне от 0 дБ

Shumomer18

(нулевой порог) до 130-140 дБ (болевой порог).
Единица измерения УЗД децибел названа так в честь американскою изобретателя телефона Г. Бела: (1847-1924).
Для ориентировочной оценки шума используется уровень звука (единица измерения — дБА), который определяется по формуле

Shumomer19

где рА (Па) — среднеквадратичное давление с учетом кривой коррекции

Shumomer20

фильтра «А» шумомера. Характеристики шумомера приведены на рис. 2.2.
Уровень звука является интегральной характеристикой шума, поэтому он нашел широкое применение в технике измерений и при нормировании шума. В табл. 2.1 приведены УЗ некоторых источников.

Shumomer21

Эти данные дают представление об уровнях звуков, которые мы слышим.
Помимо основных характеристик для расчетов широко используются уровни интенсивности (Li) и уровни звуковой мощности (LW), определяемые по формулам

Shumomer22

где I и W — среднеквадратичные значения интенсивности и мощности звука соответственно; I0= 10-12 Вт/м2, W0=10-12 Вт — значения нулевых порогов интенсивности и мощности звука.

 

Спектральные и временные характеристики шума

Спектр шума представляют в виде зависимости уровней звукового давления от частоты. Понятие спектрального состава шума источника — разложение шума на спектральные составляющие — широко используется в практике шумозащиты.
Человеческое ухо различает звуки с частотой в диапазоне от 20 до 20000 Гц (условно звуковой диапазон). Звук с частотой ниже 20 Гц называется инфразвуком, а выше 20000 Гц — ультразвуком.
В самом общем виде спектр сложного колебательного процесса математически можно представить в виде суммы гармонических функций:

Shumomer23

где Аi и φi — соответственно амплитуды и фазы отдельных гармоник; f и t — частота и время.
При целых i имеем ряд Фурье.
Анализируя это выражение, видим, что сложный звук можно представить как функцию либо времени t, либо частоты f. Это также ясно из рис. 2.3, где изображены гармонические колебания (T — период колебаний, величина, обратная частоте; A0 — амплитуда).
Реальный спектр шума — это сумма большого числа колебаний, имеющих различные частоты и амплитуды (см. рис. 2.4, где графически изображен пример сложного колебательного процесса).
В инженерной акустике широко применяется спектральный анализ шума с помощью октавных фильтров, но используются также и третьоктавные. Такие фильтры — это устройства в шумомере, позволяющие сделать разложение спектра шума в октавных и третьоктавных полосах частот. Границы этих полос, а также значения среднегеометрических частот приведены в табл. 2.2.

Shumomer24

Shumomer25

Вид спектрального анализа выбирается в зависимости от поставленных задач. В обычных измерениях, как упомянуто выше, для этой цели применяются октавные (чаще всего) или третьоктавные фильтры. Но для специальных задач используется узкополосный анализ, например с 1% или 2% шириной полосы пропускания.
По положению максимума в спектре шум условно делят на низкочастотный (основные составляющие в спектре сосредоточены на частотах до 250 Гц), среднечастотный (500 Гц) и высокочастотный (1000 Гц и выше). Спектры шума некоторых реальных источников в соответствии с предложенной классификацией показаны на рис. 2.5.
В зависимости от характера спектра различают шум:
широкополосный, с непрерывным спектром шириной более одной октавы;
тональный, в спектре которого имеются выраженные дискретные тона (устанавливается при измерениях в третьоктавных полосах частот по превышению УЗД в одной полосе над соседними на величину не менее 10 дБ);
смешанный, когда на сплошные участки накладываются отдельные дискретные составляющие (рис. 2.6).

Shumomer26

 

По временным характеристикам шум бывает:
постоянным (уровень звука которого за выбранный период времени, например за 8-часовой рабочий день, изменяется не более чем на 5 дБА) — см. рис. 2.7;
непостоянным (УЗ изменяется более чем на 5 дБА за аналогичный период).

 

Непостоянный шум, в свою очередь, имеет следующие разновидности:
колеблющийся во времени (УЗ непрерывно меняется);
прерывистый (УЗ ступенчато изменяется на 5 дБА и более, причем длительность интервалов, в течение которых УЗ остается постоянным, составляет не менее 1 с);
импульсный, состоящий из одного или нескольких звуковых сигналов, каждый из которых имеет длительность менее 1 с, при этом их УЗ, измеренные на импульсной характеристике шумомера •и на фильтре «А», отличаются не менее чем на 7 дБ (см. рис. 2.7).
Импульсный шум возникает, например, при забивании свай, прерывистый — при некоторых процессах деревообработки (распиловка и др.).

Shumomer27

Как правило, УЗД используются для характеристики постоянного шума. Характеристикой непостоянного шума является эквивалентный (по энергии) УЗ (LАэкв), который определяется по формуле

Shumomer28

и соответствует уровню такого постоянного шума, энергия которого равна энергии непостоянного шума за промежуток времени Т. Здесь pA(t) — текущее значение среднеквадратичного звукового давления с учетом коррекции фильтра «А» шумомера; Τ — время действия шума.
Значения LАэкв могуг быть получены при измерениях шумомером с аналогичной характеристикой. Для того чтобы было легче ориентироваться в значениях эквивалентных УЗ, следует, например, знать, что уменьшение времени воздействия в два раза приводит к снижению LАэкв на 3 дБА, а в 10 раз — на 10 дБА.

 

Нормирование шума, ультра- и инфразвука

 

Воздействие шума на человека

 

Влияние шума на человека зависит от интенсивности, частотного состава и продолжительности его действия, а также от местонахождения человека и характера работы. Шум с уровнем 30-40 дБА в ночное время может вызвать беспокойство, бессонницу; при 50—60 дБА, если человек занят умственной работой, создается нагрузка на нервную систему, наблюдается вредное психологическое воздействие. Уровень звука (УЗ) до 70 дБА уже вызывает определенные физиологические реакции и может привести к изменениям в организме. Шум, УЗ которого достигает 80-90 дБА, воздействует на слух, вызывая его ухудшение, а большие уровни звука могут способствовать развитию такого серьезного профессионального заболевания, как неврит слуховых нервов, ведущий к глухоте и потере трудоспособности.
Рекомендуемые максимальные безопасные значения УЗ для различных видов трудовой деятельности с учетом напряженности труда приведены в табл. 3.1.

Shumomer29

Таким образом, можно говорить о двух видах влияния шума на человека: действие на органы слуха (вызывающее специфические изменения) и воздействие на весь организм (неспецифические изменения). Как правило, у работающих в условиях повышенного шума через пять лет появляется тугоухость, а через 10 лет может быть потерян слух.
Неспецифическое действие шума проявляется во влиянии, в первую очередь, на центральную нервную систему. Со стороны сердечно-сосудистой системы наблюдается повышение давления. При длительном действии шума могут развиться такие заболевания, как гипертоническая и язвенная болезни, возникают неврозы, раздражительность. Патологические изменения, вызываемые длительным шумом, рассматриваются как шумовая болезнь. Установлено, что общая заболеваемость рабочих шумовых профессий на 10—15% выше.
Длительное воздействие шума влияет не только на здоровье, но и на работоспособность человека: замедляется скорость психических реакций, снижается темп работы, ухудшается качество переработки информации. Если шум выше нормы, то каждые следующие 1—2 дБА снижают производительность труда приблизительно на 1%; нередко из-за высокого шума производительность труда снижалась на 10—20%.
Шум может заглушать предупреждающие сигналы или маскировать их, что становится непосредственной причиной травматизма. Травматизм возможен также по причине утомления, ослабления внимания, вызванных воздействием шума.
Чрезвычайно высокий уровень шума может привести к механическим повреждениям; например, при уровне свыше 140 дБ возможен разрыв барабанной перепонки.
Отметим, что реакция на шум в немалой степени зависит от индивидуальных качеств человека, характера беспокоящего шума (тембр, акустический фон) и даже от общественного мнения. Исследованиями этих аспектов воздействия шума занимается психоакустика.

 

Основные принципы нормирования шума

Нормы по шуму вводятся для ограничения его вредного влияния на человека. В настоящее время разработано и действует множество таких норм: ограничение шума на рабочих местах для различных условий трудовой деятельности, для территории жилой застройки, для отдельных видов транспорта и типов машин. Нормы шума могут отличаться не только в разных странах, но и в разных городах одной и той же страны. В то же время в принятых и действующих в настоящее время нормативных документах имеется немало общего, что позволяет сравнивать между собой различные нормативные значения.
Рассмотрим принципы и подходы к нормированию шума в соответствии с классификацией норм, приведенной на рис. 3.1. По назначению все нормы можно разделить на три больших класса: санитарные (или санитарно-гигиенические) нормы шума на рабочих местах, технические нормы шума машин и санитарные нормы шума на территории жилой застройки.

Shumomer30

Целью нормирования шумовых характеристик рабочих мест (санитарное нормирование) является установление таких предельно допустимых уровней шума, которые при систематическом и длительном воздействии не вызывают существенных заболеваний работающих. Эти нормы зависят не от источников шума, а от условий труда. В отличие от санитарных норм технические нормы устанавливаются с учетом назначения машины, ее рабочих характеристик, а также возможностей снижения ее шума. На территории жилой застройки и в помещениях вводятся такие нормы, чтобы шум внешних источников не беспокоил обитателей зданий.
Первые нормы по шуму для его ограничения на рабочих местах были приняты в СССР в 1956 г. В начале 1960-х гг. Международная организация по стандартизации (ISO) предложила подход к нормированию шума исходя из критерия риска потери слуха. Кривые нормирования шума были разработаны американским ученым Лео Беранеком. Рекомендации ISO стали базой для принятия норм по шуму во многих странах. В качестве норм ISO используются частотно-зависимые кривые, которые отображают особенности слуха, а именно то, что при одинаковом уровне звук высокой частоты воспринимается как более неприятный, чем низкочастотный. Таким образом, нормировочная кривая ограничивает звук высоких частот в большей степени, чем низких. Нормировочные кривые, называемые предельными спектрами (ПС), приведены на рис. 3.2.

Shumomer31

Предельные спектры представлены в октавных полосах частот. Они имеют вид эквидистантных кривых с шагом 5 дБ. Индекс ПС определяется предельно допустимым УЗД на частоте 1000 Гц. Норма шума устанавливается в зависимости от характера работы. Например, по стандарту ISO-1999-75 индекс ПС-75 соответствует нулевому риску потери слуха, а ПС-85 — критерию сохранения слуха в большинстве случаев. Разработчик норм выбирает ПС в зависимости от экономических соображений (чем более жесткая норма, тем больше затрат необходимо на ее соблюдение) и критерия риска повреждения слуха.
Кроме спектральной нормы шума в виде выбранного ПС применяется также интегральная оценка по предельным УЗ. Между ПС и интегральным показателем существует простое соотношение:

Shumomer32

где ПС — индекс предельного спектра (например, индексу ПС-75 соответствует интегральная норма = 80 дБА).

 

Нормы шума на рабочих местах

В соответствии с отечественным стандартом ГОСТ 12.1.003-83* «ССБТ. Шум. Общие требования безопасности» и санитарными нормами СН 2.2.4/2.1.8.562—96 на рабочих местах нормируются УЗД в октавных полосах частот, УЗ и эквивалентные УЗ. Отечественные нормы для широкополосного постоянного и непостоянного (кроме импульсного) шума приведены в табл. 3.2.
Отметим, что запрещается даже кратковременное пребывание в зонах с октавным УЗД свыше 135 дБ в любой октавной полосе. Для тонального и импульсного шума вводится поправка к нормам, равная -5 дБ (дБА).

Shumomer33

Shumomer34

Основным нормируемым параметром шума на рабочих местах в зарубежных нормах является УЗ или эквивалентный УЗ. Нормы шума для некоторых стран приведены в табл. 3.3.

Shumomer35

Сравнительный анализ отечественных и зарубежных норм показывает, что самые жесткие нормы по шуму приняты в России, и только Нидерланды признали аналогичный норматив (80 дБА) для рабочих мест в производственных помещениях. Наименее жесткие нормы в США (90 дБА). Самая распространенная норма для рабочих мест за рубежом — 85 дБА.

 

Ультра- и инфразвук: влияние на человека, нормирование.

Наряду с шумом ультра- и инфразвук оказывают вредное влияние на организм человека. Инфразвук отрицательно воздействует на вестибулярный аппарат, сердечно-сосудистую систему и при высоких уровнях может нарушить работу внутренних органов человека. В результате действия инфразвука человек испытывает чувство страха, боль в ушах, головную боль, происходит нарушение равновесия.
Основным документом, определяющим существующие нормы по инфразвуку, являются санитарные нормы СН 2.2.4/2.1.8.583—96 «Инфразвук на рабочих местах, в жилых и общественных помещениях и на территории жилой застройки». Данный документ определяет нормируемые параметры и устанавливает предельно допустимые уровни инфразвука. Нормируемыми параметрами являются как уровни звукового давления (I) в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 2, 4, 8 и 16 Гц, так и уровни звукового давления, измеренные по шкале шумомера «линейная» (дБЛин). Для нормирования характеристик непостоянного инфразвука используются эквивалентные по энергии уровни звукового давления (дБ) и эквивалентный общий уровень звукового давления (дБЛин).
Предельно допустимые уровни инфразвука на рабочих местах, дифференцированные для различных видов труда, а также допустимые уровни инфразвука в жилых и общественных помещениях и на территории жилой застройки приведены в табл. 3.9.

Shumomer36

Влияние ультразвука на организм человека выражается в возникновении сдвигов в состоянии нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем, быстрой утомляемости; низкочастотный ультразвук также может вызвать локальное действие, поражая нервный и сердечно-сосудистый аппарат в месте контакта.
Характеристикой ультразвука являются УЗД в третьоктавных полосах частот. Допустимые УЗД ультразвука приведены в табл. 3.10.

Shumomer37

 

Источники шума

 

Классификация

Источниками возникновения шума могут быть следующие явления: ударное взаимодействие двух и более тел, трение взаимодействующих поверхностей, вынужденные колебания твердых тел, возникновение газовых вихрей у твердых границ потока, перемешивание газовых потоков при их движении с разными скоростями, пульсации давления в гидравлических системах, действие переменных магнитных сил и т. д.
В зависимости от причин и характера возникающего шума все источники подразделяются на четыре основных типа:
1. механический;
2. аэродинамический;
3. гидродинамический;
4. электромагнитный.
Механический шум обусловлен колебаниями деталей и их взаимным перемещением. Он возникает, например, в зубчатых и цепных передачах, подшипниках, кулачковых механизмах, редукторах, роторах и вызывается ударами в сочленениях, силовыми взаимодействиями вращающихся масс, трением в соприкасающихся элементах и т. п. Возбуждение механического шума носит ударный характер, при этом в излучающих системах возникает весь спектр их собственных частот.
Интенсивность излучаемого шума и характер его спектра зависят от массы соударяющихся деталей, скорости соударения (или вращения, качения и пр.), модуля упругости этих деталей, площади излучения.
При значительных скоростях движения (соударения) спектр механического шума высокочастотный.
Причинами аэродинамического шума являются:
• периодический выпуск газа в атмосферу; этот шум называется сиренным (объемным), так как типичным примером его является звук сирены; механизм подобного шума также характерен для воздуходувок, пневматических двигателей, компрессоров, выпуска и впуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС);
• возникновение вихрей и неоднородностей потока у его твердых границ; этот шум называется вихревым, он характерен для вентиляторов, турбовоздуходувок, турбокомпрессоров, воздуховодов;
• возникновение отрывных течений, которые приводят к пульсации давления (силовой шум); это происходит в деталях воздуховодов (в тройниках, в местах изменения сечения, дроссель-клапанах и т. п.);
• перемешивание потоков, движущихся с разными скоростями (шум свободной струи) вдали от твердых границ, которое вызывает турбулентный шум, преобладающий в шуме выброса сжатого воздуха в реактивных струях.
Характер спектра аэродинамического шума, как правило, высокочастотный.
Гидродинамический шум может быть обусловлен следующими явлениями:
• образованием вихрей или неоднородноетей потока жидкости вблизи твердых границ (вихревой шум);
• образованием пульсаций давления при изменении сечения потока движущейся жидкости;
• автоколебаниями упругих конструкций в жидкости (автоколебания в арматуре и кранах, «пение» гребных винтов и др.);
• кавитацией в жидкости из-за потери ею прочности при уменьшении давления: образуются полости и пузырьки, заполненные газами, при захлопывании которых возникает звуковой импульс.
Гидродинамический шум в основном носит средне- и высокочастотный характер.
Источником электромагнитного шума являются электромагнитные вибрации, которые вызываются вращающимися магнитными силами и моментами, действующими в воздушном зазоре электрической машины. Электромагнитный шум зависит от частоты колебаний статора, виброскорости, площади и свойств излучающей поверхности. Характер спектра в основном низко- и среднечастотный.
Электромагнитный шум, например, трансформатора создает его сердечник, на который действует периодически меняющаяся индукция, с частотой в основном 100 Гц. Из-за магнитострикционного эффекта периодически изменяется длина сердечника, в результате возникают его изгибные колебания, возбуждающие низкочастотный шум.

 

Основные свойства слуха

 

Введение

Все передачи по системам вещания, телефонной связи, звукоусиления, записи и воспроизведения звука и т. п. предназначены для человека. Поэтому для правильного проектирования и эксплуатации этих систем необходимо знать свойства слуха человека, тем более что орган слуха человека является своеобразным приемником звука, резко отличающимся от приемников звука, создаваемых человеком.
Ухо человека обладает свойствами частотного анализатора, дискретным восприятием по частотному и динамическому диапазонам (аналоговый звуковой сигнал превращается в последовательность электрических импульсов двоичного типа). Все эти операции осуществляются во внутреннем ухе, в так называемой улитке. В улитке находится основная (базилярная) мембрана, состоящая из большого числа волокон, слабо связанных между собой. Вдоль основной мембраны расположены нервные окончания, каждое из которых (а их свыше 20000) возбуждается от прикосновения к ним волокон основной мембраны, посылая в слуховой центр мозга электрические импульсы. Там эти импульсы подвергаются сложному анализу, в результате которого человек определяет передаваемое сообщение.

 

Восприятие по частоте

Каждое из волокон основной мембраны резонирует на вполне определенной для него частоте. Сложный звук, состоящий из ряда частотных составляющих, вызывает колебания ряда волокон соответственно частотам составляющих. На рис. 2.1 приведен схематический разрез улитки основной мембраны.

Shumomer38

По оси абсцисс дано расстояние (в миллиметрах) от начала улитки до волокон основной мембраны, там же указаны частоты, на которые отзываются эти волокна. Частоты ниже 60 Гц воспринимаются по субъективным гармоникам.
Воспринимаемый слухом частотный диапазон ограничен снизу частотой 16—20 Гц, а сверху — частотой 20 000 Гц. В этом диапазоне человек запоминает только несколько сотен градаций частоты, причем число этих градаций резко уменьшается с уменьшением интенсивности звука и в среднем составляет не более 100—150. Соседние градации в среднем отличаются друг от друга по частоте не менее чем на 4% (самые лучшие музыканты не могут заметить разницы в звучании фильмов, снятых для кино, со скоростью 24 кадра/с при демонстрации их по телевидению со скоростью 25 кадра/с и наоборот). Человек косвенным образом может различить изменение частоты до 0,3% на средних частотах, например при условии сопоставления двух тонов, непосредственно следующих один за другим. А по биениям частот двух тонов он может обнаружить разность частот до десятых долей герца.
При медленном изменении частоты тона по синусондальному закону слух обнаруживает эти изменения, когда девиация частоты составляет около 2% от ширины частотной группы. Например, на низких частотах ширина частотной группы равна 100 Гц, а минимально ощущаемая девиация равна 1,8 Гц. На частотах выше 500 Гц ширина частотной группы составляет 17% от средней частоты группы, а минимально ощущаемая девиация равна 0,35% от средней частоты, т. е. примерно 2% от ширины группы.

 

Восприятие по амплитуде

 

Порог слышимости

Если волокно основной мембраны при своих колебаниях не достает до ближайшего к нему нервного окончания, то человек такой звук не слышит. Но как только при увеличении амплитуды колебаний волокна оно коснется нервного окончания, произойдет его раздражение. Нервное окончание сразу же начнет посылать электрические импульсы, в слуховой центр мозга, и звук будет услышан. Этот скачкообразный переход из слышимого состояния в неслышимое и обратно называют порогом слышимости. Абсолютная величина слухового ощущения на пороге слышимости невелика, но все же имеет вполне конечное значение.
Величина порога слышимости зависит от частоты. На рис. 2.8 приведены эти зависимости, причем по оси ординат для удобства отложены уровни звукового давления.

Shumomer39

Часто приходится иметь дело с различными зависимостями порога слышимости от частоты (см. рис. 2.8). Разница между ними обусловлена различием в условиях измерений порога. Так, например, кривая В на рис. 2.8 дана для случая измерения уровня тона в точке звукового поля до размещений в ней головы человека и при слушании двумя ушами (этот порог называется бинауральным порогом по полю). Кривая С дает порог слышимости для уровней звука, измеренных около ушной раковины при слушании через телефон (моноуральный порог по давлению). Кривая В представляет порог для фронтального падения звуковой волны (фронтальный порог), кривая А—для всестороннего (диффузный порог).Пороги слышимости имеют значительный разброс, в первую очередь, из-за возрастных изменений, а также из-за условий работы.

 

Громкость и уровень громкости

Уровень ощущения неточно характеризует субъективное ощущение. Введено понятие уровня громкости. Условились за уровень громкости любого звука (или шума) принимать уровень в децибелах равногромкого с ним чистого тона 1000 Гц. За единицу уровня громкости принят фон, поэтому LG, фон = = LI 1000Гц при Gx = G1000Гц, где Gx G1000Гц.— громкости испытуемого звука и тона 1000 Гц. Чтобы определить уровень громкости какого-либо звука, достаточно взять чистый тон 1000 Гц и изменять его уровень до тех пор, пока его громкость не будет на слух одинаковой с громкостью определяемого звука. При этом искомая величина уровня громкости этого звука будет численно равна уровню эталонного тона (1000 Гц). На рис. 2.13 приведены кривые равной громкости, определенные для чистых тонов при слушании двумя ушами.

Shumomer40

По мере повышения уровня кривые равной громкости приближаются к прямой линии, параллельной оси частот, т. е. уровни громкости и звукового давления сближаются.
Если слушание радиопередачи ведется в среднем на уровне громкости 80 фон, то при этом почти все частотные составляющие звучат одинаково громко независимо от их положения в частотном диапазоне. При уменьшении усиления приемника на 30 дБ, если хотим, чтобы громкость низкочастотных составляющих около 100 Гц осталась в том же соотношении с громкостью средних частот, необходимо поднять их уровень на 17 дБ (см. рис. 2.13а). Поэтому в радиоприемниках высшего класса для слушания на низких уровнях вводится соответствующая коррекция на низких частотах.
Когда измеряют высокие уровни громкости шумов, то частотная характеристика измерителя шумов (шумомера) берется близкой к равномерной, что соответствует субъективному восприятию на высоких уровнях громкости (см. рис. 2.13а, кривые от 80 фон и выше). Но когда измеряют уровни громкости шумов низкого уровня, то показания шумомера будут близкими к субъективному ощущению громкости только в случае, если в шумомере будет введена коррекция, учитывающая то, что при этом слух воспринимает низкие частоты хуже, чем средние. Поэтому в шумомерах при измерении низких уровней громкости шумов вводятся коррекции на низких частотах в виде снижения усиления в сторону низких частот. Так, если измерение проводится па уровне громкости около 50 фон, то на частоте 100 Гц усиление должно быть снижено по сравнению с частотой 1000 Гц на 17 дБ (см. рис. 2.13а, кривая 50 фон). Вследствие этого в шумомерах имеются три вида частотных характеристик: шкала А — для уровней громкости около 40 фон (пользуются для измерения уровней в пределах 30—55 фон); шкала В для уровней громкости около 70 фон (пользуются для измерения уровней в пределах 55—85 фон) и шкала С для уровней громкости выше 85 фон.
Однако шумомеры дают правильные показания уровня громкости только для чистых тонов или узкополосных шумов, а для спектров, состоящих из нескольких составляющих, и для широкополосных спектров их показания соответствуют уровню звукового давления с поправкой по кривой равной громкости без учета взаимодействия составляющих. Поэтому, чтобы не смешивать эти показания с действительным уровнем громкости, такие показания шумомера указывают не в фонах, а в дБА (т. е. для шкалы А). Соответствующий уровень называют уровнем звука в дБА.

 

Громкоговорители и телефоны

 

Определения, классификация, основные параметры

Громкоговоритель (телефон) — прибор для преобразования электрических колебаний в акустические колебания воздушной среды — является последним и одним из наиболее важных звеньев любого электроакустического тракта, так как его свойства оказывают чрезвычайно большое влияние па качество работы этого тракта в целом. Существующие в настоящее время виды и типы громкоговорителей подразделяются на профессиональные и бытовые (любительские). Первые из них используют для озвучения, звукоусиления и громкоговорящей связи, вторые — входят в состав многочисленных видов бытовой радиоэлектронной аппаратуры — радиоприемников, телевизоров, магнитофонов, проигрывателей и т. п.
Телефоны применяются как в аппаратуре связи (например, в микротелефонных трубках), так и в бытовой.
По способу преобразования колебаний громкоговорители и телефоны разделяются на электродинамические катушечные (подавляющее число типов громкоговорителей), электромагнитные (подавляющее числом типов телефонов), электростатические, пьезоэлектрические и некоторые другие; по виду излучения — на громкоговорители непосредственного излучения (диффузорные) и рупорные; по воспроизводимому диапазону — на широкополосные, низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные. Наконец, громкоговорители различают по потребляемой электрической мощности (мощные, маломощные) и по чувствительности.
Следует отметить, что диффузорные громкоговорители без оформления (так называемые головки) по причинам, излагаемым ниже, нуждаются во внешних оформлениях совместно с которыми, а также с такими пассивными элементами, как трансформаторы, разделительные фильтры, регуляторы громкости и тембра, образуют акустические излучающие системы. Последние обычно называются громкоговорителями или акустическими системами, или, как частный случай — применяемые для озвучения и звукоусиления звуковые колонки. Стандартом ГОСТ 16122—70 «Громкоговорители. Методы электроакустических испытаний и измерений» установлены определения характеристик громкоговорителей и терминов, к ним относящимся, наиболее употребительные из которых мы приведем ниже.

Рабочий центр — точка, от которой ведется отсчет расстояния от громкоговорителя (оговаривается в технической документации на громкоговоритель). Если рабочий центр не оговорен в технической документации, то за рабочий центр принимают:
а) для одиночных головок громкоговорителей геометрический центр симметрии их излучающих отверстий;
б) для совмещенной системы, состоящей из нескольких однотипных головок громкоговорителей, геометрический центр симметрии излучающих отверстий или проекций этих отверстий на плоскость, в которой лежит большинство излучающих отверстий;
в) для системы, состоящей из нескольких разнотипных излучающих головок громкоговорителей, геометрический центр симметрии излучающих отверстий высокочастотных головок громкоговорителей;
г) для рупорных громкоговорителей геометрический центр симметрии излучающего отверстия рупора.

Рабочая ось — прямая, проходящая через рабочий центр громкоговорителя в направлении преимущественного использования (оговаривается в технической документации на громкоговоритель). Если рабочая ось не оговорена в технической документации, то за рабочую ось принимают прямую, проходящую через рабочий центр громкоговорителя и перпендикулярную к плоскости излучающего отверстия.
Номинальное электрическое сопротивление — активное сопротивление, которым замещают громкоговоритель при измерении электрической мощности, потребляемой от источника (оговаривается в технической документации на громкоговоритель). Номинальное электрическое сопротивление определяется минимальным модулем полного электрического сопротивления громкоговорителя в диапазоне частот выше частоты основного резонанса. Измеренное минимальное значение модуля полного электрического сопротивления громкоговорителя не должно быть меньше номинального более чем на 20%.
Частота основного резонанса - частота, при которой модуль полного электрического сопротивления громкоговорителя имеет первый основной максимум. Для систем, содержащих более одной головки громкоговорителя, понятие частоты основного резонанса имеет смысл, если используемые головки громкоговорителей однотипны или частота основного резонанса одной из головок или нескольких однотипных головок значительно ниже, чем остальных головок.
Электрическая мощность — мощность, рассеиваемая на сопротивлении, равном по величине номинальному электрическому сопротивлению громкоговорителя, при напряжении, равном напряжению на зажимах громкоговорителя.
Номинальная мощность — электрическая мощность, ограниченная тепловой и механической прочностью громкоговорителя и возникновением нелинейных искажений, превышающих заданную величину (оговаривается в технической документации на громкоговоритель).
Паспортная мощность — электрическая мощность, указанная в паспорте громкоговорителя. За паспортную мощность принимают наибольшую неискаженную мощность усилителя, от которого громкоговоритель может длительное время удовлетворительно работать на реальном звуковом сигнале. Паспортная мощность не может быть менее номинальной мощности.
Номинальный диапазон частот — диапазон частот, в котором определяются параметры громкоговорителя (оговаривается в технической документации на громкоговоритель).
Эффективно-воспроизводимый диапазон частот — диапазон частот, в пределах которого частотная характеристика громкоговорителя, измеренная на рабочей оси, понижается по отношению к уровню, усредненному в октавной полосе частот в области максимальной чувствительности, на величину, не превышающую оговоренную в технической документации на громкоговоритель (обычно 10 дБ). Пики и провалы частотной характеристики уже 1/8 октавы не учитываются.
Частотная характеристика по звуковому давлению (частотная характеристика громкоговорителя)—зависимость звукового давления, развиваемого громкоговорителем в точке свободного поля, находящейся на определенном расстоянии от рабочего центра от частоты при постоянном напряжении на зажимах громкоговорителя.
Неравномерность частотной характеристики звукового давления — отношение максимального звукового давления к минимальному в номинальном диапазоне частот, выраженное в децибелах. Пики и провалы частотной характеристики уже 1/8 октавы не учитываются.
Среднее звуковое давление — среднеквадратичное значение звукового давления, развиваемого громкоговорителем в определенном диапазоне частот в заданной точке свободного поля; усредняют значения звукового давления на частотах, распределенных равномерно в логарифмическом масштабе.
Характеристическая чувствительность — отношение среднего звукового давления, развиваемого громкоговорителем в номинальном диапазоне частот на рабочей оси на расстоянии 1 м от рабочего центра, к корню квадратному из подводимой электрической мощности.
Среднее стандартное звуковое давление — среднее звуковое давление, развиваемое громкоговорителем в номинальном диапазоне частот на рабочей оси на расстоянии 1 м от рабочего центра при подведении к нему напряжения, соответствующего электрической мощности, равной 0,1 Вт. Среднее стандартное звуковое давление громкоговорителя численно равно характеристической чувствительности, умноженной на корень квадратный из 0,1 Вт.
Характеристика направленности — зависимость звукового давления, развиваемого громкоговорителем на частоте f (или в полосе частот со средней частотой f) в точке свободного поля, находящейся на определенном расстоянии от рабочего центра, от угла между рабочей осью громкоговорителя и направлением на указанную точку.
Коэффициент осевой концентрации — отношение квадрата звукового давления, определяемого на рабочей оси на измерительном расстоянии от рабочего центра громкоговорителя в условиях свободного поля для частоты f (или в полосе частот со средней частотой f), к среднему из квадратов звукового давления, определяемого на всех радиальных направлениях, исходящих из рабочего центра громкоговорителя, при прочих тех же условиях. Количество радиальных направлений берут исходя из остроты характеристики направленности.
Индекс направленности — коэффициент осевой концентрации, выраженный в децибелах.
Акустическая мощность — средняя по времени мощность излучаемого громкоговорителем сигнала на частоте f (или в полосе частот со средней частотой f). Средняя акустическая мощность — среднее значение акустической мощности, излучаемой громкоговорителем в определенном диапазоне частот; усредняют значения акустической мощности на частотах, распределенных равномерно в логарифмическом масштабе.
Коэффициент гармонических искажений п-ого порядка (п=2,3...)—отношение звукового давления, развиваемого громкоговорителем на частоте, n-кратной частоте входного синусоидального электрического сигнала, к звуковому давлению, развиваемому громкоговорителем на частоте сигнала. Суммарный коэффициент гармонических искажений — корень квадратный из суммы квадратов коэффициентов гармонических искажений всех порядков.
Дребезг — спектральные компоненты излучаемого громкоговорителем сигнала, вызываемые механическими дефектами громкоговорителя или головки громкоговорителя и слышимые как помеха при его работе в номинальном и эффективно воспроизводимом диапазонах частот.
Призвук — спектральные компоненты излучаемого громкоговорителем сигнала, слышимые как помеха при подведении к нему гармонического сигнала.
Кроме перечисленных выше стандартизованных характеристик громкоговорителей и относящихся к ним терминов, приведем определения некоторых важных дополнительных характеристик.
Добротность громкоговорителя, являющаяся добротностью его подвижной системы, — мера затухания свободных колебаний подвижной системы громкоговорителя. Величина ее определяется как параметрами самой системы, так и сопротивлением, вносимым в механическую систему из электрической цепи.
Эквивалентный объем — возбуждаемый головкой громкоговорителя закрытый объем воздуха, имеющий гибкость, равновеликую гибкости подвижной системы головки.

 

Глава II. Объекты и методы исследования.

 

Исследование проводилось со следующими объектами:


1. Объект №1:
Широкополосный круглый динамик 1ГД-5

Shumomer41

Эффективный рабочий диапазон частот 150 - 6000 Гц;
Частота основного резонанса 120±20 Гц;
Номинальная мощность 1 Вт;
Габаритные размеры 126х60 мм;
Вес 0,37 кг.


2. Объект №2
Динамик 5ГДШ

Shumomer42

Эффективный рабочий диапазон частот 80-1600 Гц;
Частота основного резонанса 80±15 Гц;
Номинальная мощность 5 Вт;
Габаритные размеры 160х55 мм;
Вес 0,33 кг.

 

3. Объект №3
Динамик низкочастотный WH 506 Super

Shumomer43

Номинальная мощность 5 Вт


4. Объект №4
Динамик фирмы Compaq

Shumomer44

Номинальная мощность 2 Вт


5. Объект №5
Динамик в колонке

Shumomer45

Номинальная мощность 5 Вт.


6. Объект №6
Динамик от компьютера

Shumomer46

Номинальная мощность 0,5 Вт


7. Объект №7
Динамик от компьютера

Shumomer47

Номинальная мощность 0,5 Вт

 

Оборудование:

1. Генератор сигналов низкочастотный ГЗ-109

Shumomer48

Позволяет генерировать синусоидальный сигнал изменяемой амплитуды в необходимом для измерений диапазоне частот от 20 Гц до 8000 Гц.


2. Шумомер Center 390

Shumomer49

Диапазон измеряемых частот 20 Гц – 8 кГц
Диапазон измеряемого уровня звука 30 – 130дБ
Фильтры А и С
Цифровой дисплей, разрешение 0,1 дБ
Частота обновления дисплея 0,5 с
Точность ±1,4 дБ (при 94 дБ на 1000 Гц)
Размеры 272 * 83 * 42 мм


3. Цифровой осциллограф АКИП-4113/1

Shumomer50

Осциллограф: 2 канала, полоса пропускания 60 МГц;
Частота дискретизации: до 250 МГц в реальном времени;
Эквивалентная частота дискретизации до 50 ГГц;
Длина памяти 16 кБ на канал (32 кБ при объединении каналов);
Время нарастания переходной характеристики каждого из каналов вертикального отклонения: не более 5,8 нс;
Автоматические (до 22-х параметров одновременно) и курсорные измерения ΔU, ΔT (включая режим "слежение");
Математика: БПФ, +, -, х, /;
Внутренняя память: до 15 осциллограмм и профилей настроек (запись и вызов);
Синхронизация: по фронту, по длительности, попеременно/ALT;
Режим X-Y, допусковый тест по шаблону (Mask);
Покадровая регистрации осциллограмм (запись и воспроизведение до 1000 кадров с регулируемой скоростью);
Мультиметр: измерение напряжения, тока, тока, сопротивления, емкости, прозвонка цепи, проверка диодов;
Компактное исполнение: отдельные клавиши для каждого канала (усиление), развертка, системы синхронизации, мультиметра;
Автономное батарейное питание (до 6 часов), цветной 14,5 см ЖК-дисплей;
Интерфейсы: USB 2.0 и LAN (опционально: RS-323), интегрируется с Labview\VB\VC;
Поддержка подключения USB-flash.

 

Методы исследования.

Shumomer51

К генератору подключался исследуемый динамик. На него подавался сигнал с генератора. На расстоянии около 5 сантиметров от динамика располагался микрофон шумомера и на протяжении всего исследования расстояние не менялось. Напряжение выбиралось такое, чтобы на частоте 1000 Гц уровень звука был около 85 дБ. После чего напряжение на протяжении измерений не менялось. Уровень напряжения проверялся цифровым осциллографом.
Измерение проводились в диапазоне частот 20 – 8000 Гц.
Результаты измерений находятся в Приложении 1-7.

 

Глава III. Результаты собственных исследований.

 

Проанализируем полученные результаты.

 

3.1 Исследуем общие характеристики.

Отметим измеренные точки на графике зависимости уровня звука от частоты для всех объектов:

Shumomer52

По полученным данным можно предположить, что зависимость уровня звука от частоты можно приблизить полиномиальной регрессией второго порядка. (Алгоритм построения в Mathcad находится в Приложении 8).

 

Построим все графики в одной координатной плоскости.

Shumomer53

Из графиков видно, что максимумы уровня звука находятся в некотором интервале частот.
Найдем их. Для этого продифференцируем функции. Построим их графики.

Shumomer54

Из графиков видно, что экстремумы находятся в диапазоне частот от 3000 до 5000 Гц. Вычислим их в Mathcad.

Shumomer55

Найдём крайние частоты, между которыми заключены экстремумы.

Shumomer56

Отметим на графике регрессий.

Shumomer57

Максимумы уровня звука находятся в интервале в 561 Гц: от 3581 до 4142 Гц.
Также видно, что графики отражают особенность человеческого слуха: звуки одинаковой громкости на высоких и низких частотах слышатся как более тихие.
Проанализируем, в каком диапазоне относительно максимального уровня звука находятся большее число измерений.
Для этого в измерениях для каждого объекта разделим значения уровня звука на максимальное, перейдя к относительным величинам. Разобьем диапазон от 0 до 1 на интервалы по 0,1 и найдём сколько измеренных точек попадают в каждый интервал. Количество точек в каждом интервале разделим на общее число точек, также перейдя к относительным величинам. Таким образом можно построить гистограммы в одинаковом масштабе для каждого объекта. Реализуем это в Mathcad с помощью функции range (Приложение 8).
Построим гистограммы

Shumomer58

Из гистограмм можно сделать вывод, что уровень звука в диапазоне измеряемых частот в основном находится в пределах от 70% до 100% от максимального значения уровня звука.

 

3.2 Рассмотрим частные характеристики объектов.

 

Для каждого объекта отметим на графике измеренные точки, построим кривую по точкам, использую линейную интерполяцию (программа на Mathcad в Приложении 8), отметим минимумы и максимумы (программы на Mathcad в Приложении 8)

 

3.2.1 Объект №1.

Строим графики, с отмеченными минимумами и максимумами.

Shumomer59

Shumomer60

Выясним, есть ли какая-то закономерность в минимумах и максимумах. Выберем наиболее явные минимумы и максимумы. Найдем резонансные частоты, если такие есть.


Минимумы:
I. 1200
II. 2600 , (разница в 200 Гц)
III. 3000
IV. 3600
V. 4200
VI. 6000
VII. 6800
VIII. 7700
Максимумы:
I. 1080
II. 1400
III. 2000 , (разница в 160 Гц)
IV. 2800
V. 3200 , (разница в 40 Гц)
VI. 3800
VII. 4400 , (разница в 80 Гц)
VIII. 6600 , (разница в 120 Гц)
Для сравнения результатов с объектом №1 проводилось повторное измерение.

Shumomer61

Shumomer62

Минимумы:
I. 1160
II. 2800
III. 3300
IV. 3800
V. 5500 , (разница в 100 Гц)
VI. 7150
Максимумы:
I. 160
II. 1060
III. 2000 , (разница в 120 Гц)
IV. 3050 , (разница в 130 Гц)
V. 3600
VI. 4500 , (разница в 260 Гц)
VII. 6500

По полученным результатам видно, что в целом количество максимумов и минимумов совпало. Частоты минимумов и максимумов в повторном измерении не отклонялись от первого более чем на 300 Гц.
Часть минимумов и максимумов можно объяснить некими возникающими резонансными явлениями, так как часть последующих минимумов и максимумов равна некоторым предыдущим, умноженным на целое число. При этом отклонение не превышало 260 Гц.
По паспортным данным динамик имеет частоту основного резонанса 120±20 Гц. Он заметен на первом, и, лучше всего, на повторном измерении.

 

3.2.2 Объект №2.

Строим графики, с отмеченными минимумами и максимумами.

Shumomer63

Shumomer64

Выберем наиболее явные минимумы и максимумы. Найдем резонансные частоты, если такие есть.


Минимумы:
I. 1140
II. 2000 , (разница в 280 Гц)
III. 3100
IV. 3300 , (разница в 120 Гц)
V. 6000
Максимумы:
I. 920
II. 1080
III. 1300
IV. 2400 , (разница в 240 Гц)
V. 3000
VI. 3600
VII. 6200 , (разница в 200 Гц)
По графикам видно, что в этом случае колебания величины уровня звука малы, по сравнению с первым объектом.
Часть минимумов и максимумов можно объяснить некими возникающими резонансными явлениями, так как часть последующих минимумов и максимумов равна некоторым предыдущим, умноженным на целое число. При этом отклонение не превышало 280 Гц.

 

3.2.3 Объект 3.

Строим графики, с отмеченными минимумами и максимумами.

Shumomer65

Shumomer66

Выберем наиболее явные минимумы и максимумы. Найдем резонансные частоты, если такие есть.


Минимумы:
I. 950
II. 1400
III. 2200
IV. 3600
V. 4700 , (разница в 300 Гц)
VI. 5100
VII. 5800
Максимумы:
I. 900
II. 1100
III. 1900 , (разница в 100 Гц)
IV. 3200
V. 4000
VI. 4900
VII. 5300
Для сравнения результатов с объектом №3 проводилось повторное измерение.

Shumomer67

Shumomer68

Минимумы:
I. 950
II. 1340
III. 3700
IV. 4600
V. 5700
Максимумы:
I. 1160
II. 1460
III. 3000 , (разница в 80 Гц)
IV. 4000
V. 5100
VI. 5900
По полученным результатам видно, что в целом количество максимумов и минимумов совпало. Частоты минимумов и максимумов в повторном измерении не отклонялись от первого более чем на 300 Гц.
Минимумы и максимумы в данном случае не удалось объяснить резонансными явлениями.

 

3.2.4 Объект №4.

Строим графики, с отмеченными минимумами и максимумами.

Shumomer69

Shumomer70

Выберем наиболее явные минимумы и максимумы. Найдем резонансные частоты, если такие есть.
Минимумы:
I. 6600
Максимумы:
I. 2000
II. 4700
III. 7400
Минимумы и максимумы в данном случае не удалось объяснить резонансными явлениями.

 

3.2.5 Объект №5

Строим графики, с отмеченными минимумами и максимумами.

Shumomer71

Shumomer72

Выберем наиболее явные минимумы и максимумы. Найдем резонансные частоты, если такие есть.
Минимумы:
I. 755
II. 870
III. 1160
IV. 1430 , (разница в 60 Гц)
V. 1710 , (разница в 30 Гц)
VI. 2375 , (разница в 110 Гц); , (разница в 55 Гц)
VII. 2650 , (разница в 40 Гц)
VIII. 3400 , (разница в 80 Гц); , (разница в 80 Гц)
IX. 4350
X. 5200 , (разница в 20 Гц)
XI. 6050 , (разница в 40 Гц)
Максимумы:
I. 690
II. 910
III. 1370 , (разница в 10 Гц)
IV. 1520
V. 1900 , (разница в 170 Гц); , (разница в 80 Гц)
VI. 2450
VII. 2900 , (разница в 140 Гц); , (разница в 170 Гц); , (разница в 140 Гц)
VIII. 3650 , (разница в 10 Гц)
IX. 4600 , (разница в 150 Гц); , (разница в 50 Гц); , (разница в 40 Гц)
X. 5700
XI. 7400
По результатам видно, что большую часть минимумов и максимумов можно объяснить некими возникающими резонансными явлениями, так как часть последующих минимумов и максимумов равна некоторым предыдущим, умноженным на целое число. При этом отклонение не превышало 170 Гц.

 

3.2.6 Объект №6

Строим графики, с отмеченными минимумами и максимумами.

Shumomer73

Shumomer74

Выберем наиболее явные минимумы и максимумы. Найдем резонансные частоты, если такие есть.
Минимумы:
I. 2300
II. 2700
III. 3100
IV. 3800
V. 4200
VI. 4600
VII. 5500 , (разница 100 Гц)
VIII. 6200
IX. 6900
X. 7900 , (разница 300 Гц)
Максимумы:
I. 440
II. 2225
III. 2500
IV. 2900
V. 3400
VI. 3950
VII. 4400 , (разница в 50 Гц)
VIII. 5000
IX. 5800
X. 6600 , (разница в 75 Гц)
По результатам видно, что большую часть минимумов и максимумов можно объяснить некими возникающими резонансными явлениями, так как часть последующих минимумов и максимумов равна некоторым предыдущим, умноженным на целое число. При этом отклонение не превышало 300 Гц.

 

3.2.7 Объект №7

Строим графики, с отмеченными минимумами и максимумами.

Shumomer75

Shumomer76

Выберем наиболее явные минимумы и максимумы. Найдем резонансные частоты, если такие есть.
Минимумы:
I. 1240
II. 1900
III. 2600 , (разница в 120 Гц)
IV. 3200
V. 3700 , (разница в 20 Гц); , (разница в 100 Гц)
VI. 5100 , (разница в 140 Гц)
VII. 6400 , (разница в 200 Гц);
VIII. 6700
IX. 7400 , (разница в 40 Гц)
Максимумы:
I. 840
II. 1800 , (разница в 120 Гц)
III. 2350 , (разница в 170 Гц)
IV. 3000
V. 3550 , (разница в 190 Гц)
VI. 3900
VII. 5000
VIII. 5700
IX. 6500
X. 6900
По результатам видно, что часть минимумов и максимумов можно объяснить некими возникающими резонансными явлениями, так как часть последующих минимумов и максимумов равна некоторым предыдущим, умноженным на целое число. При этом отклонение не превышало 200 Гц.

 

Заключение.

В данной работе мне удалось изучить возможность использования шумомера для исследования характеристик динамиков.
Получилось исследовать общие характеристики:
1. Моделирование зависимости уровня звука от частоты полиномиальной регрессией 2-ого порядка. Эта зависимость демонстрирует особенности восприятия звука человеком: звуки одинаковой громкости на высоких и низких частотах слышатся как более тихие.
2. Распределение значений уровня звука относительно максимального значения уровня звука, т.е. диапазон уровней звука в процентах от максимального, на который приходится большая часть измеренных точек.
Также получилось исследовать частные характеристики. В большинстве случаев колебания значений уровня звука от частоты удалось объяснить некими резонансными явлениями.

 

Список литературы

-Книга:
Блауэрт Й., Пространственный слух / «Энергия», 1979 г. – 224 с.
Вахитов Я. Ш., Теоретические основы электроакустики и электрическая аппаратура / «Искусство», 1982 г. – 415 с.
Иванов Н. И., Инженерная акустика: теория и практика борьбы с шумом / Логос, 2008 г. – 424 с.
Иофе В. К., Справочник по акустике / «Связь», 1979 г. – 312 с.
Яворбский Б. М., Справочник по физике для инженеров и студентов вузов / «Мир и образование», 2006 г. – 1056 с.
-Интернет:
«Музей динамиков», Internet: http://devicemusic.ucoz.ru/publ/muzej_dinamikov_i_as/6.

Недавно добавили

Сейчас читают