allgosts.ru17. МЕТРОЛОГИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ. ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ17.140. Акустика и акустические измерения

ГОСТ Р МЭК 61094-2-2011 Государственная система обеспечения единства измерений. Микрофоны измерительные. Часть 2. Первичный метод градуировки по давлению лабораторных эталонных микрофонов методом взаимности

Обозначение:
ГОСТ Р МЭК 61094-2-2011
Наименование:
Государственная система обеспечения единства измерений. Микрофоны измерительные. Часть 2. Первичный метод градуировки по давлению лабораторных эталонных микрофонов методом взаимности
Статус:
Действует
Дата введения:
05.01.2013
Дата отмены:
-
Заменен на:
-
Код ОКС:
17.140.50

Текст ГОСТ Р МЭК 61094-2-2011 Государственная система обеспечения единства измерений. Микрофоны измерительные. Часть 2. Первичный метод градуировки по давлению лабораторных эталонных микрофонов методом взаимности

>

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО

ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ


ГОСТ Р МЭИ 61094-2— 2011


НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственная система обеспечения единства измерений

МИКРОФОНЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ

Часть 2

Первичный метод градуировки по давлению лабораторных эталонных микрофонов методом взаимности

(ЕС 61094-2:2009 Electroacoustics — Measurement microphones — Part 2: Primary method for pressure calibration of laboratory standard microphones by the reciprocity technique (IDT)

Издание официальное

Москва

С темдартимформ 2013


Предисловие

Цепи и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 164-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации — ГОСТ Р 1.0—2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения»

Сведения о стандарте

  • 1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт физисо-техмических и радиотехнических измерений» (ФГУП «ВНИИФТРИ») Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии на основе собственного аутентичного перевода на русский язык международного стандарта, указанного в пункте 4

  • 2 ВНЕСЕН Управлением метрологии Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

  • 3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 13 декабря 2011 г. № 1080-ст

  • 4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту IEC 61094-2:2009 «Электроакустика Микрофоны измерительные Часть 2. Первичный метод градуировки до давлению лабораторных эталонных микрофонов методом взаимности» (IEC 61094-2 Edition 2.0 2009-02 «Electroacoustics — Measurement microphones — Part 2: Primary method for pressure calibration of laboratory standard microphones by the reciprocity technique»).

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.6—2004 (пункт 3.5).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национагъные стандарты Российской Федерации, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

  • 5 ВЗАМЕН ГОСТ Р МЭК 61094*2—2001

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется е ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — а ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

О Стандартинформ. 2013

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

Содержание

  • 1 Область применения

  • 2 Нормативные ссылки

  • 3 Термтыы и определения

  • 4 Опорные внешние условия

  • 5 Пржщипы градуировки подавлению методом взаимности

    • 5.1 Общие принципы

      • 5.1.1 Общие сведения

      • 5.1.2 Общие принципы при использовании трех микрофонов

      • 5.1.3 Общие принципы при использовании даух микрофонов и вспомогательного источника

звука

  • 5.2 Основные уравнения

  • 5.3 Метод замещения напряжения

  • 5.4 Определение акустического передаточного импеданса

  • 5.5 Поправка на теплопроводность

  • 5.6 Поправка на капиллярность трубки

  • 5.7 Окончательные уравнения для чувствительности по давлению

    • 5.7.1 Метод с использованием трех микрофонов

    • 5.7.2 Метод с использованием двух микрофонов и вспомогательного источника звука

  • 6 Факторы, влияющие на чувствительность подавлению. .

    • 6.1 Общие сведения

    • 6.2 Напряжение поляризации

    • 6.3 Стандартная конфигурация заземленного экрана

    • 6.4 Распределение давления по мембране

    • 6.5 Влияние внешних условий

      • 6.5.1 Статическое давление

  • 65.2 Температура

  • 6.5.3 Влажность

  • 6.5.4 Переход копорным внешним условиям.....

  • 7 Составляющие неопределенности градуировки

    • 7.1 Общие сведения

    • 7.2 Электрический передаточный импеданс

    • 7.3 Акустический передаточный импеданс......

      • 7.3.1 Общие сведения

      • 7.3.2 Характеристики камеры связи

  • 7.3 2.1 Размеры камеры связи

  • 7.3.2.2 Потери на теплопроводность и вязкость

  • 7.3.2.3 Капиллярная трубка

  • 7.3.2.4 Физические величины

  • 7.3.3 Параметры микрофона

7.3.31 Передняя полость

hi

Т.3.3.2 Акустический импеданс

  • 7.3.3.3 Напряжение поляризации

  • 7.4 Несовершенство теории

  • 7.5 Неопределенность уровня чувствительности по давлению

Приложение А (обязательное) Потери на теплопроводность и вязкое трение в закинутой полости.. 13 Приложение 8 (обязательное) Акустический импеданс капиллярной трубки

Приложение С (справочное) Цилиндрические камеры связи, применяемые для градуировки микро*

фонов

Приложение О(слраеочное) Влияние окружающей среды на чувствительность мжрофонов

Приложение Е(спрввочное) Методы определения параметров микрофона

Приложение F (справочное) Физические свойства влажного воздуха

Приложение ДА (справочное) Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов национальным стандартам и документам Российской Федерации

ГОСТ Р МЭК 61094-2—2011

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственная система обеспечения единства измерений

МИКРОФОНЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ

Часть 2

Первичный метод градуировки подавлению лабораторных эталонных микрофонов методом взаимности

State system for ensuring the unformity of measurements Measurement microphones. Part 2.

Primary method for pressure caifcrationol laboratory standard ntorophonet by the reciprocity technique

Дата введения — 2013—OS—01

1 Область применения

Настоящий стандарт:

  • * распространяется на лабораторные эталонные микрофоны (далее — микрофоны), удовлетворяющие требованиям МЭК 61094-1, и на другие конденсаторные микрофоны, имеющие такие же размеры;

- устанавливает первичный метод определения комплексной чувствительности микрофонов по давлению, позволяющий получить воспроизводимость и необходимую точность при измерении звукового давления.

Все величины выражены в единицах Международной системы единиц {СИ).

2 Нормативные ссылки

Следующие нормативные документы обязательны при использовании настоящего стандарта. При датированных ссылках применяют только указанное издание. При недатированных ссылках применяют тогъко самое последнее издание данного нормативного документа, включая любое дополнение.

МЭК 61094-1:2000 Микрофоны измерительные. Часть 1. Микрофоны лабораторные эталонные. Технические требования (IEC 61094*1 2000 Measurement Microphones — Part 1: Specifications for laboratory standard microphones)

ИСО/МЭК Руководство 98-3 Неопределенность измерения. Часть 3. Руководство по выражению неопределенности в измерении (виМИЭЭб)1 (ISO/IEC Guide 98-3. Uncertainty of measurement — Part 3: Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM: 1995)1)

3 Термины иопределения

В настоящем стандарте применены термины иопределения по МЭК 61094-1 и ИСО/МЭК Руководству 98-3. а также следующие термины с соответствующими определениями:

  • 3.1 обратимый микрофон (reciprocal microphone): Линейный пассивный микрофон, для которого импеданс холостого хода в обратном направлении и передаточный импеданс в прямом направлении равны по абсолютному значению.

3 2 фазовая чувствительность микрофона по давлению (phase angle of pressure sensitivity of microphone): Фазовый угол на данной частоте между напряжением холостого хода и равномерно распределенным звуковым давлением, действующим на мембрану.

Примечание — Единица измерения, градус или радиан (...’’ или рад).

  • * ИСОЛИЭК Руководство 98-3.2008 — («реиадание Руководства по в«йраженню неопределенности е иэмере-wwx(GVM) 1996 г.

Издание официальное

  • 3.3 электрический передаточный импеданс (electrical transfer impedance): Для системы из двух акустически связанных микрофонов — это отношение напряжения холостого хода микрофона-приемника к входному току микрофона-излучателя.

Примечание 1 — Единица измерения: ом (Ом).

Примечание 2 — Этот импеданс олредапног для конструкции с заземленным экраном. приведенной е 7.2МЭК 61094-1.

  • 3.4 акустический передаточный импеданс (acoustic transfer impedance)* Для системы из двух акустически связанных микрофонов — это отношение звукового давления, действующего на мембрану мжрофона-лриемника. к объемной скорости, воспроизводимой микрофоном-излучателем, в режиме короткого замыкания.

Примечание — Единица измерения: паскаль-секунда на кубический метр (Па • с/мэ).

  • 3.5 камера связи (coupler): Устройство, в котором при установленных мисрофонах образуется полость определенной формы и размеров и которое служит в качестве элемента акустической связи между микрофонами

4 Опорные внешние условия

Опорные внешние условия:

  • - температура 23.0 *С;

• статическое давление: 101.325 кПа;

  • - относительная влажность: 50 %.

5 Принципы градуировки по давлению методом взаимности

  • 5.1 Общие принципы

    • 5.1.1 Общие сведения

Градуировка мжрофоное методом взаимности может быть выпогыена либо с помощью трех микрофонов. два из которых должны быть обратимыми, либо с помощью вспомогательного источника звука и двух микрофонов, один из которых должен быть обратимым.

Примечание — Если один из микрофонов необратим, то он может быть использован только е качестве приемника звука

  • 5.1.2 Общие принципы при использовании трех микрофонов

Предполагают, что два микрофона акустически соединены через камеру связи. Используя один из них е качестве источника звука, а другой — в качестве приемника, измеряют электрический передаточный импеданс. Если акустический передаточный импеданс такой системы известен, то может быть найдено произведение чувствительностей подавлению двух связанных мисрофоноа Используя парные комбинации микрофонов (1). (2) и (3). получают три таких независимых произведения, из которых может быть выведено уравнение для чувствительности по даэленюо каждого их трех микрофонов

  • 5.1.3 Общие принципы при использовании двух микрофонов и вспомогательного источника звука

Во-первых. предполагают, что два микрофона акустически соединены между ообой с помощью камеры связи. Определяют произведение значений чувствительности по давлению этих микрофонов (5.1.2). Во-вторых, предполагают, что на оба микрофона воздействует одинаковое звуковое давление от вспомогательного источника звука. Тогда отношение двух выходных напряжений будет равно отношению чувствительностей по давлению этих микрофонов. Таким образом, из произведения и отношения чувствительностей подавлению двух микрофонов может быть определена чувствительность по давлению каждого из двух микрофонов.

Примечание — С целью получить отношение чувствительностей подавлению, допускается испольэо-eaib метод не л осредс! венного сравнения, a bciiomoiтельным иеючником звука можв1 быть ipeinn микрофон, механические и акустические характеристики которого отличаются от характеристик градуируемых микрофонов

  • 5.2 Осноеныеуравнения

Лабораторные эталонные и подобные им микрофоны допускается рассматривать как обратимые, и поэтому система из двух уравнений для этих микрофонов может быть записана в виде

£2l'+£22gse-

гдер — звуковое давление, равномерно распределенное по мембране микрофона, в паскалях (Па);

U—напряжение на электрических контактах микрофона в вольтах (В);

9—объемная скорость акустической части (мембраны) микрофона в кубических метрах в секунду (м3/с):

/ — сила тока, протекающего через электрические контакты микрофона, в амперах (А): Z|| = — электрический импеданс микрофона при заторможенной мембране а омах (Ом):

2^2 — акустический импеданс микрофона при ненапэуженных электрических контактах в пао

~ каль-секундах на кубический метр (Па • с • м"3);

zi2 ® z2i = *^а — передаточный импеданс в обратном и прямом направлениях а вольт-секундах на

кубический метр (В с • м~3):

М& —чувствительность микрофона подавлению е вольтах на паскаль (В • Па"1)

Примечание* Подчеркнутыми символами обозначены комплексные величины.

Уравнения (1) могут быть переписаны в виде

оа)

*!р£в'+£»эае-

которые и представляют собой уравнения взаимности для микрофона.

Предполагают, что микрофоны(1) и (2). имеюи^ечувствительности подавлению^ ^4^ 2. акустически соединены с помощью камеры связи. Из уравнений (1а) следует, что ток i. протекающий через электрические контакты микрофона (1). вызовет объемную скорость при коротком замыкании (g = 0 на мембране) vlt и создаст звуковое давление = Za 12 i ' -i на акустическом входе микрофона (2). где 12 — акустический передаточный импеданс системы.

Напряжение холостого хода на микрофоне (2) при этом будет

Уз s it 2 ® *{р 1 2 Ze. 12 {V

Следовательно, произведение чувствительностей подавлению будет

^iM>.2s{1/Zi.i2)^i) (2)

  • 5.3 Метод замещения напряжения

Метод замещения напряжения применяют для определения напряжения холостого хода электрически нагруженного микрофона.

Предполагают, что к микрофону с определенным напряжением холостого хода и внутренним импедансом подключен импеданс нагрузки. Для измерения напряжения холостого хода к микрофону последовательно подключают малый (по сравнен ию с импедансом нагрузки) импеданс, через который подают с генератора калибровочное напряжение.

Предполагают, что звуковое давление и калибровочное напряжение одной и той же частоты подают попеременно Калибровочное напряжение регулируют до тех пор. пока оно не даст такое же падение напряжения на импедансе нагрузки, что и при воздействии звукового давления на микрофон. В этом случае напряжение холостого хода будет равно по значению калибровочному напряжению.

  • 5.4 Определение акустического передаточного импеданса

Акустический передаточный импеданс ZQ i М может быть определен из эквивалентной схемы рисунка 1,где2в , и 2^ акустические имледансы микрофонов (1) и (2) соответственно.

**p.i Ь


Г * камере связи

Рисунок 1 — Эквивалентная схема для определения акустического переда точного импеданса 2,

В некоторых случаях 2Л 12 может бьпь определен теоретически. Предполагают, что звуковое давление будет одинаковым е любой точке внутри камеры связи (это будет соблюдено, если физические размеры камеры связи малы по сравнению с длиной волны). Только е этом случае газ. заключенный е камере связи, характеризуют как чистую податливость (гибкость). и из эквивалентной схемы рисунка 2 {в предположении адиабатического характера сжатия и расширения гаэа)^ 12 выражают через Z*d j2: ’ =у J v , Al . 1 <3>

)

где V — общий геометрический объем камеры связи в кубических метрах (м3); V* 1 — эквивалентный объем микрофона (1) е кубических метрах (м3);

2 - эквивалентный объем микрофона (2) в кубических метрах (мэ>;

Z9 v « — акустический импеданс газа, заключенного е камере связи, в ласкальюекундах на

кубический метр (Па с/м3):

s — 1 (кыимая единица);

w— угловая частота в радианах в секунду (рад/с); р* — статическое давление а паскалях (Па);

р — статическое давление при опорных условиях в пасха лях (Па); к — отношение удельных теплоемкостей при условиях измерения; к, равно к при опорных внешних условиях.

Значения к и кг для влажного воздуха могут быть определены из уравнений, приведенных в приложении F.

Рисунок 2 — Эквивалентная схема для определения когда размеры камеры связи малы по сравнению

с длиной волны


На более высоких частотах, при которых размеры камеры связи недостаточно малы по сравнению с длиной волны, определение^ 12 усложняется. Однако если форма камеры цилиндрическая и ее диаметр такой же. каку мембран микрофонов, то на частотах, где предполагается распространение плоских волн, всю систему допускается рассматривать как однородную лжмо передачи (см. рисунок 3). В этом случае^ и выражается через 12 (в предположении адиабатического характера сжатия и расширения газа):


^О1.т14т/о>

Чл *a.oj


(4)


где 2д о — акустический импеданс для плоской волны в камере связи. Если потерями а камере связи можно пренебречь, то Z9 0 « pc/Sq;

р— плотность газа в камере связи в килограммах на кубический метр (кг/м3):

с — скорость звука, свободно распространяющегося в газе, в метрах в секунду (м/с);

— поперечное сечение камеры связи в квадратных метрах (м3);

— длина камеры связи, т. е. расстояние между двумя мембранами в метрах (м); у • а */-р — комплексный коэффициент распространения е метрах в минус первой степени (м*1).

Значения р и с для влажного воздуха могут быть определены из уравнений, приведенных в приложении F.

Реальная часть у определяет потери на вязкое трение и теплопроводность на цилиндрической поверхности, а мнимая часть представляет собой угловое волновое число. При незначительных потерях у в уравнении (4) упрощают, положив а равной нулю и р равной м/с. Необходимо учесть любой воздушный объем, связанный с микрофонами, даже находящийся вне цилиндра, образованного камерой связи и обеими мембранами (см. 7.3.3.1).

Рисунок 3 — Эквивалентная схема для определения Z когда в камере связи пред полагается

распространение плоской волны

5.S Поправка ив теплопроводность

При определении Z'd в 54 предположены адиабатические условия в камере связи. Однако в действительности теплопроводность стенок камеры связи вызывает отклонение от чисто адиабатических условий, особенно для небольших камер связи и низких частот.

В диапазоне низких частот, когда звуковое давление будет одинаковым в любой точке внутри камеры связи и. в предположении, постоянства температуры стенок камеры, потери на теплопроводность могут быть рассчитаны и выражены в виде комплексного поправочного коэффициента к геометрическому объему /а уравнении (3). Уравнения для расчета поправочного коэффициента приведены в приложении А.

В диапазоне высоких частот внутри камеры связи будет вогъювое движение и звуковое давление не будет одним и тем же в любой точке камеры. Для прямых круговых цилиндрических камер связи, где справедлива теория линейной передачи (см. 5.4), совместное влияние потерь на теплопроводность и вязкое трение может быть определено для плосковолнового распространения в камере с помощью комплексного коэффициента распространения и акустического импедансе. Дополнительную теплопроводность торцов камеры связи (мембран мжрофоноа) учитывают, включив дополнительные компоненты в акустические импедансы микрофонов. Уравнения для расчета комплексного коэффициента распространения и акустического импеданса при ллосковолноеом распространении акустической волны приведены в приложении А.

  • 5.6 Поправка на капиллярность трубки

Как правило, в камере связи монтируют капиллярные трубки для выравнивания статического давления внутри и снаружи камеры. Две такие капиллярные трубки позволяют ввести в камеру другой газ вместо воздуха

Акустический импеданс на входе открытой капиллярной трубки с определяют по формуле

2^ с 9 Z, rtanh(y /с), (5)

где Za | — комплексный акустический волновой импеданс бесконечной трубки в паскаль-секундах на “ кубический метр (Па с/м3);

/с — длина трубки в метрах (м).

Шунтирующее действие капиллярных трубок учитывают, вводя комплексный поправочный коэффициент Дс к акустическим передаточным импедансам. определенным по формулам (3) и (4):

Z7l2

*kc ■

где л — число одинаковых капиллярных трубок;

Z *е 5г — акустический передаточный импеданс Z 'д 1гс поправкой на теплопроводность согласно 5 5. Значения акустического импеданса на входе Z* q для открытой капиллярной трубки приведены в приложении В.

  • 5.7 Окончательные уравнения для чувствительности подавлению

  • 5.7.1 Метод с использованием трех микрофонов

Обозначают электрический передаточный импеданс через Z© 12 и вводят аналогичные обозначения для оставшихся лар микрофонов.

Приняв во внимание поправки, указанные в 5.5 и 5.6, получают окончательное уравнение для модуля чувствительности микрофона (1) подавлению:


(7)


Аналогичные уравнения справедливы и для микрофонов (2) и <3).

Подобным образом определяют и фазовую чувствительность микрофонов через фазовый угол каждого члена уравнения (7).

Примечание — Если комплексную величину выражают через модуль и фазу, то информация о фазе д олжна относиться ко всему диапазону фазы. т. е. 0—2с рад или 0—360*.

  • 5.7.2 Метод с использованием двух микрофонов и вспомогательного источника звука

Если используют только даа микрофона и вспомогательный источник звука. то окончательное уравнение для модуля чувствительности по давлению будет иметь вид где отношение двух чувствительност ей по давлению измеряют методом сравнения с помощью вспомогательного источника, см. 5.1.3.



(8)


6 Факторы, влияющие на чувствительность по давлению

  • 6.1 Общие сведения

Чувствительность конденсаторного микрофона подавлению зависит от напряжения поляризации и от внешних условий.

Принцип работы конденсаторного микрофона с поляризацией основан на предположении, что электрический заряд на микрофоне остается постоянным на всех частотах Это условие определяется постоянной времени заряда микрофона, равной произведению емкости микрофона на сопротивпение поляризации, ине выполняется на очень низких частотах. Несмотря на то. что чувствительность микрофона по холостому ходу определяют правильно с использованием метода замещения, действительное напряжение с выхода присоединенного к микрофону предусилителя в области низких частот будет меньше из-за указанной постоянной времени

Более того, при определении чувствительности предполагают, что при измерениях должны быть соблюдены некоторые требования Для получения достаточно малых составляющих общей неопределенности при проведении градуировки эти требования, перечисленные ниже, необходимо строго контролировать.

  • 6.2 Напряжение поляризации

Чувствительность конденсаторного микрофона приблизительно пропорциональна напряжению поляризации, и поэтому в протоколе градуировки должно быть указано действительное значение напряжения поляризации. Рекомендованное МЭК61094-1 напряжение поляризации равно 200.0 В

  • 6.3 Стандартная конфигурация заземленного экрана

8 соответствии с 3.3 МЭК 6Ю94-1 напряжение холостого хода должно быть измерено на электрических контактах мюсрофона методом замещения напряжения, описанным в 5.3. Требования к конфигурации заземленного экрана для лабораторных эталонных микрофонов указаны а МЭК 61094-1.

Аналогичная конструкция заземленного экрана должна быть использована при градуировке как для микрофона-приемника, так и для микрофона-из луча теля, а экран должен быть под ключей к потенциалу земли При использовании другой конструкции результаты градуировки должны быть приведены к стандартной конструкции заземленного экрана

Если изготовитель указывает максимальное механическое усилие, которое может быть приложено к центральному электрическому контакту микрофона, то этот предел не должен быть превышен

  • 6.4 Распределение давления по мембране

При определении чувствительности подавлению предполагают, что звуковое давление равномерно распределено по мембране. Выходное напряжение микрофона при неравномерном распределении давления по поверхности мембраны будет отличаться от выходного напряжения микрофона при равномерном распределении давления, имеющем то же самое среднее значение, поскольку, как правило, микрофон более чувствителен к звуковому давлению в центре мембраны. Эта разница будет другой для михрофоновснераэномерным натяжением мембраны.

В цилиндрических камерах, описанных в приложении С. волновое движение будет как продольным, так и радиальным (как симметричным, так и асимметричным). Радиальное волновое движение будет причиной неравномерного распределения давления по мембране. Оно возникнет, если излучатель будет отличаться от идеального поршневого источника, плотно соприкасающегося с поверхностью камеры связи, или если геометрическая форма соединения микрофон — камера связи не представляет собой прямой круговой цилиндр. Кроме того, асимметричное радиальное волновое движение возникает из-за несовершенства геометрической формы системы неподвижный электрод — мембрана микрофона-излучателя или из-за натяжения мембраны и ее однородности.

Рекомендуется, чтобы при градуировке неравномерность распределения звукового давления по мембране не превышала ±0.1 дБ. Однако это условие трудно контролировать из-за геометрического несовершенства реального микрофона и камер связи. Несмотря на то. что радиального волнового движения невозможно избежать из-за отличия распределения по скорости ммсрофона-иэлучателя от идеального поршня, камеры связи, диаметр которых равен диаметру мембраны микрофона, будут менее всего подвержены радиальному волновому движению и менее всего чувствительны к несовершенству геометрической формы полости, чем камеры с диаметром, ббльшим диаметра мембраны.

Однако если необходима высокая точность при градуировке на высоких частотах, то для получения более правильной чувствительности микрофона желательно использовать несколько камер связи различных размеров и ввести теоретически обоснованные поправки на радиальное волновое движение

  • 6.5 Влияние внешних условий

    • 6.5.1 Статическое давление

Акустическое сопротивление и масса газа между мембраной и неподвижным электродом, податливость полости за мембраной (далее — податливость)*, следовательно, чувствительность подавлению зависят от статического давления Эту зависимость, которая представляет собой функцию частоты, можно определить для микрофона путем его градуировки методом взаимности при различных статичесютх давлениях.

Приложение О содержит информацию о влиянии статического давления на чувствительность по давлению лабораторных эталонных конденсаторных микрофонов

  • 6.5.2 Температура

Акустическое сопротивление и масса газа между мембраной и неподвижным электродом и. следовательно. чувствительность подавлению зависят от температуры . Кроме того, геометрические размеры микрофона зависят от температуры, в чувствительность микрофона зависит от механического натяжения мембраны и от расстояния между мембраной и неподвижным электродом. Общее влияние этих изменений зависит от частоты. Эта объединенная зависимость для мкрофома может быть определена путем градуировки методом взаимности при различных температурах.

Приложение О содержит информацию о влиянии температуры на чувствительность по давлению лабораторных эталонных конденсаторных микрофонов.

Примечание — Если микрофон подвергнуть большим изменениям температуры, го это может привести к нэме1 тению его чувствительности на постоям тую величину.

  • 6.5.3 Влажность

Несмотря на то. что термодинамическое состояние воздуха в полости за мембраной микрофона незначительно зависит от влажности, ее влияние на чувствительность лабораторных эталонных микрофонов а отсутствие конденсации не прослеживается

Примечание — Определенные условия woryi повлиять на 018бнпьнос1ь напряжмея поляризации и заряд на неподвижном электроде и таким образом повлиять на чувствительность микрофона Например, поверх-носпюе con рот иалетм изоляции материала между неподвижным электродом и корпусом микрофона может ухудшиться под елмАжем большой влажности, особенно если материал загрязнен (7.3.3.3). Поверхностное сопротивление имеет заметное влияние на чувствительность ммрофона на низких частотах, особенно на фазовую чувствительность.

  • 6.5.4 Переход к опорным внешним условиям

В протоколе градуировки чувствительность микрофона по давлению должна быть приведена к опорным внешним условиям, при наличии достоверных поправочных данных.

В протоколе должны быть указаны условия, при которых была проведена градуировка.

Примечание — При градуировке температура микрофона может отличаться от температуры окружающего воздуха.

7 Составляющие неопределенности градуировки

  • 7.1 Общие сведения

в дополнение к факторам, влияющим на чувствительность подавлению (см. раздел 6). ниже указаны составляющие общей неопределенности, такие как погрешность метода, инструментальная погрешность и тщательность проведения градуировки. Факторы, известным образом влияющие на результаты градуировки, должны быть измерены или рассчитаны с максимально возможной точностью для того, чтобы уменьшить их влияние на общую неопределенность.

  • 7.2 Электрический передаточный импеданс

Для измерения электрического передаточного импеданса с необходимой точностью используют различные методы, но ни одному из них не отдают предпочтение. Ток. проходящий через излучатель, как правило устанавливают.измеряяналряжениечерезкалиброванный импеданс, включенный последовательно с микрофоном-излучателем Для того чтобы правильно измерить ток, к микрофону-излучателю должна быть присоединена стандартная конфигурация заземленного экрана (6 3). Калибровка последовательно включенного импеданса должна быть проведена с той же емкостью кабеля или другого нагрузочного импеданса, как и при измерении напряжения через калиброванный импеданс. Это позволяет определить электрический передаточный импеданс через отношение напряжений и кагаброванный импеданс.

Напряжение, подаваемое на микрофон-излучатель, должно быть таким, чтобы влияние гармоник от этого генератора или от микрофона-излучателя на неопределенность в измерена чувствительности по давлению было мало по сравнению со случайюй неопределенностью измерений. Шумы или другие помехи (такие, как перекрестные помехи) акустического или другого происхождения не должны чрезмерно влиять на чувствительность подавлению.

Примечание 1 — Для улучшения отношения сигнал/шум рекомендуется использовать аппаратуру для частотного анализа.

Примечание 2 — Перекрестные помехи допускается измерять, заменив ыжрофон-лриемник макетом микрофона с т еми же наружными геометрически ми ра эмерами и такой хе э лек т рической емкое г ью и определив разность в результатах измерений злектрнчесхого передаточного импеданса. Камера связи и микрофоны должны быть расположены так же. как при градуировке. Перекрестные помехи допускается определять и при градуировке, установив напряжение поляризации равным нулю. 8 обоих методах рекомендуется использовать аппаратуру для частотного анализа.

  • 7.3 Акустический передаточный импеданс

    • 7.3.1 Общие сведения

На акустический передаточный импеданс влияют несколько факторов, но основным источником неопределенности при его измерении, особенно для маленьких камер связи, являются параметры микрофона.

  • 7.3.2 Характеристики камеры связи

7.3.2.1 Размеры камеры связи

Форма и размеры полости камеры связи должны удовлетворять требованиям 6.4. Пока наибольшие размеры камеры связи малы по сравнению с дгммой звуковой волны в газе, звуковое давление в резных частях камеры будет постоянным и не будет зависеть от ее формы. На высоких частотах и для больших камер связи это требование может быть удовлетворено при заполнении полости гелием или водородом.

Неопределенность е измерении размеров камеры связи влияет на акустический передаточный импеданс неоднозначное зависимости от частоты. На акустический импеданс влияют также поправки на теплопроводность и капиллярные трубки. Примеры используемых камер связи приведены в приложении С.

Примечание 1 — Цилиндрнчесвиекамеры связи, используемые а диапазоне частот л де размеры камеры не малы по саденеино с длиной волны, должны быть изготовлены с особой тщательностью, чтобы предотвратить возбуждение асимметричных звуковых попей.

Примечание 2 — Влияние асимметричного распределения звукового поля на микрофон обнаруживают. изменим взаимное положение камеры связи и микрофонов, например, поеор«тыеая каждый микрофон вокруг своей оси ступенями на некоторый угол. Если в данном случае электрически) передаточный импеданс изменяется, то это влияние следует учесть при оце*«е неопределенности

ПримечаниеЗ — Если камера связи заполнена не воздухом, а другим газом, то необходимо предотвратить утечку этого газа о полость за мембраной путем герметизации контактирующих поверхностей топким слоем вакуумной смээки. При диффуэж газа через мембрану градуировку микрофона данным способом проводить не следует, так как чувствительность микрофона становится нелротмозируемой.

7 3.2.2 Потери на теплопроводность и вязкость

Поправки на потери из-за теплопроводности и вязкости должны быть рассчитаны из уравнений, приведенных в приложении А для цилиндрических камер связи с размерами, указанными в приложении С. При расчетах под полным объемом камеры связи понимают сумму геометрических объемов полости камеры связи и передних объемов присоединенных к ней микрофонов. Аналогично под погыой поверхностью камеры связи понимают сумму поверхностей собственно полости камеры связи и полостей передних объемов присоединенных к ней микрофонов.

  • 7.3.2.3 Капиллярная трубка

Если используют капиллярные трубки, то акустический импеданс должен быть рассчитан из уравнений. приведенных а приложении В. Для уменьшения влияния размера трубки на рассчитываемую неопределенность рекомендуется использовать длинные узкие капиллярные трубки. Поправочный коэффициент для капиллярных трубок рассчитывают из уравнения (6) в 5 6.

  • 7.3.2.4 Физические величины

Акустический передаточный импеданс зависит от физических величин, описывающих свойства газа в камере связи. Эти величины за висят от внешних условий, таких как статическое давление, температура и влажность Значения этих величин и их зависимость от внешних условий для влажного воздуха указаны в приложении г

Суммарную неопределенность этих величин определяют как совокупность неопределенностей, полученных из уравнений приложения F. и неопределенностей измерений параметров, характеризующих внешние условия

  • 7.3.3 Параметры микрофона

7.3.3.1 Передняя полость

Лабораторные эталонные микрофоны перед мембраной имеют углубление. Объем этой передней полости представляет собой часть общего геометрического объема V камеры связи в уравнении (3>. Глубины этих передних полостей также влияют на длину камеры связи в уравнении (4). Из-за допусков при изготовлении объем и глубину передней полости следует определять индивидуально для каждого микрофона перед его градуировкой в плосковолновых камерах связи (лриложениеЕ). Лег ко определить. что измеренный объем передней полости будет отличаться от объема, рассчитанного на основании поперечного сечения Sq камеры связи и глубины передней полости. Это связано с тем. что диаметр передней полости может немного отличаться от диаметра камеры связи, а передняя полость ммсрофона имеет на внутренней стенке резьбу, которая не позволяет точно определить диаметр полости, и. кроме того, вблизи края мембраны микрофона может быть дополнительное кольцеобразное воздушное пространство, образующее полость. При использовании уравнения (4) дополнительный объем полости, определяемый как разность между действительным передним объемом и объемом, рассчитанным из поперечного сечения So камеры связи и глубины передней полости, следует рассматривать как дополнительный импеданс нагрузки, поскольку Zff , и Za 2 и импеданс дополнительного объема образуют параллельное соединение имледансов.

Примечание 1 — Дополнительный объем в некоторых случаях может быть отрицательным.

Примечание 2 — Если в передней полости имееюя bh/i реннин резьба, то увеличение anyi реплей поверхности из-за ее наличия повысит потери на геплопроводость и вызовет изменение акустического передаточ-кого импеданса. Если при расчете акустического передаточною импеданса этим эффектом пренебрегают, то соответствующие компоненты неопределенности должны быть соответственно увеличены.

  • 7.3.3.2 Акустический импеданс

Акустический импеданс микрофона зависит от частоты и определяется натяжением мембраны, слоем воздуха, заключенным в полости позади мембраны, и геометрией неподвижного электрода. В первом приближении акустический импеданс может быть выражен, применительно к эквивалентной схеме, а виде последовательно соединенных лрдатгмвости. массы и сопротивления. Альтернативно эта эквивалентная схема может быть описана через податливость, частоту резонанса и коэффициент потерь. Податливость на низкой частоте нередко выражают в виде реальной части эквивалентного объема (6.2.2 МЭК 61094-1).

Из-за влития теплопроводности в полости позади мембраны на очень низких частотах возможно увеличение эквивалентного объема микрофона до 5 % для микрофонов типа L$1.

Акустический импеданс Z* каждого микрофона составляет основную часть акустического передаточного импеданса^ ^системы и определяет погрешность при оценке влияния^ на точность градуировки в целом и особенно на высоких частотах.

Методы определения акустического импеданса описаны в приложении Е.

Примечание — Точность, с которой должны быть измерены параметры микрофона для получешя меобходо мой общей кгеюсти. зависит от применяемой камеры и частоты

  • 7.3.3.3 Напряжение поляризации

При определен ии напряжения поляризации необходимо принять меры для его измерения непосредственно на контактах микрофона. Это особенно важно, если напряжение поляризации подается от высокоимпедансного источника, поскольку микрофон имеет конечное значение сопротивления изоляции. С другой стороны, имеются обоснованные способы измерения напряжения поляризации а удалении от микрофона на источнике напряжения, если достоверно известно, что сопротивление изоляции микрофона достаточно высоко, или на низкоомном выходе источнмса.

  • 7.4 Несовершенство теории

Практический вывод теоремы взаимности и акустического передаточного импеданса основам на некоторых идеализированных предположениях о микрофонах, звуковом поле в камерах связи, перемещении мембраны микрофона и геометрии камер связи как элементов акустической связи между микрофонами. Ниже приведены примеры, когда эти предположения не выполняются:

  • - небольшие дефекты в пленке мембраны микрофона-излучателя могут привести к искажению симметричного волнового движения, которое нельзя учесть используемой для расчетов формулой;

«микрофоны могут быть неидентичными. Это воздействие может быть сведено к минимальному при использовании микрофонов тотесо одной модели:

  • - используемые поправки на волновое движение основаны на идеализации смещения мембраны мжрофона или получены эмпирическим путем;

* дополнительный объем передней полости микрофона (7.3.3.1) может быть определен точно;

  • - представление акустического импеданса микрофона в виде системы сосредоточенных параметров является приближением к истинному импедансу:

  • - потери на вязкость на поверхности полости камеры связи получены по приближенной теории. Кроме того, не учтено увеличение потерь на вязкость из-за внутренней резьбы в передней камере микрофона и шероховатости поверхности. Все это оказывает влияние на акустический импеданс в диапазоне высоких частот.

  • 7.5 Неопределенность уровня чувствительности подавлению

Неопределенность уровня чувствительности по давлению должна быть определена а соответствии с ИСОЛЛ ЭК Руководством 98-3. При оформлении результатов градуировки должна быть дана расширенная неопределенность измерения в зависимости от частоты при коэффициенте охвата к >2.

Иэ-за сложности окончательного выражения чувствительности по давлению (уравнение (7)] анализ неопределенности акустического передаточного импеданса, как правило, выполняют многократно, повторяя вычисления при изменении каждой из составляющих в соответствии оо связанными с ними неопределенностями. Отличие от результата, полученного для неизменных составляющих, используют для определения стандартной неопределенности, связанной с различными составляющими.

В таблице 1 приведен перечень составляощих. влияющих на неопределенность градуировки. Но не все из этих составляющих могут иметь отношение к конкретной установке для градуировки микрофонов. поскольку для измерения электрического передаточного импеданса, для определения параметров мжрофомое и параметров камеры связи используют различные методы.

Составляющие неопределенности, приведенные в таблице 1. как правило, зависят от частоты и должны быть представлены как стандартные неопределенности. Составляющие неопределенности должны быть выражены а линейной форме, но логарифмическая форма также возможна из-за малости этих значений, и полученная окончательная расширенная неопределенность измерения будет, по существу, той же самой.

Таблица 1 — Составляющие неопределенности

Измор помоя ыгмчмнд

Пунет стандарте

Электрмчеекмй передаточный импеданс

Последовательно соединенный импеданс

7.2

Or ношение напряжений

7.2

Перекрестные искажения (помехи)

72

Собственные и внеихие шумы

7.2

Искажежя

7.2

Частота

7.2

Экран заземления микрофоиа-приемнига

6.3

Экран заземления микрофонанзпучатпя

6.3. 7.2

Параметры камеры связи

Длина камеры связи

7X2.1

Диаметр камеры связи

7.12.1

Объем камеры связи

7.3.2.1; 7.3.22

Площадь поверхности каморы связи

7.3.2.1.7.3.2.2

Объединенная камере связи

Размеры капиллярной трубя*

7.32.3

Статическое давление

7.12.4

Темпере туре

7.3.2*

Относительная влажность

7.12.4

Параметры микрофона

Глубина передней полости

7.13.1

Объем передней полости

7.3.3.1

Эквивалентным объем

7.112

Резонансная частота

7.3.3.2

Коэффиимонт потере

7.112

Податливость мембраны

7.3.3.2

Масса мембраны

7.33.2

Сорротивпемее мембраны

7.13.2

Дополнительная теплофоесщностъ из-за резьбы в породой полости

7X3.1

Напряжете поляризации

6.5.1 7.113

Несоаершенстео теории

Теория теплопроводности

приложение А

Расчет дополнительного объема

7.3.3.1; 7.4

Потерн на вязкость

7.4

Раздельное волновое движение

6.4. 7.12.1.7.4

Измеряемая величина

Обработка результатов

Погрешность округленна

Поаторлемосгь измерен^

Поправки на статическое давление

Температурные noipaoic»

Пункт стандарта


0.6; приложена 0

в.5. приложена О


Приложение А (обязательное)

Потери на теплопроводность и вязкое трение в замкнутой полости

А.1 Общие сведения

8 замкнутой полости камеры связи теплопроводоость между воздухом и стенками вызывает постепегыый переход от адиабатических условий к изотермическим. Характеристика этого перехода зависит от частоты градуировки и от размеров камеры Кроме того, скорость колебания звуковых частиц вдоль внутренней поверхности камеры связи приведет к потерям на вязкое трение. Соответственно будет изменяться и звуковое давление, создаваемое микрофоном-излучателем, г. е. будет изменяться постоянное объемное смещеже источника. Для определения получаемого звукового давле»«я предложены два решения.

  • - низкочастотное решение, основанное только на теплопроводности и применимое для плосковолноеых камер и для камер большою объема в часго! ном диапазоне. где допускав icm пренебречь волновым движением.

  • - широкополосное решение, учитывающее потери на теололроеодностъ и вязкое трение в широком д иапазоне частот, применимое только для плоскооотюеых камер

Ппосховопновые камеры и камеры большого объема описаны о приложении С.

А.2 Низкочастотное решение

8 области низких частот звуковое давление может быть рассмотрено, как одно и то же для всех точек ка меры связи и влияние теплопроводности может быть рассмО1ре»«о как кажущееся увеличение объема камеры связи при введении комллесснсго поправочного коэффициента к геометрическому объему V в уравнении (3).

Попраеоыый коэффициент рассчитывают по формуле

(А.1)

где — комплексная функция преобразования температуры, определяемая в виде отношения усредненного по пространству синусоидального изменения температуры, вызванного звуковым давлением, к синусоидальному изменению температуры, которое было бы при совершенно теллонелроводящих стенках камеры связи. 8 работе (А. 1J значения ^табугварованы и приведены в зависимости от параметров R и X.

где R — от мошмге дли мы к диаметру камеры связи;

f — частота в герцах (Гц);

/— отношение объема камеры к ее поверхности в метрах (м);

а I — коэффициегл 1емпературолроводностм газа в квадрапгых метрах в секунду (м^/с).

6 таблице А.1 приведены значения Е* для нескольких значений Rm X с округлением до 0.000 01.

Для щиъыдричесхих камер связи, описанных о приложении С. приводимая ниже аппроксимация для комп* лексной8еличины£¥даетрезулътатыспогрешностыоменее0.01 дБдлячастотеыше20Гц.

(А.2)


£, = 1-2*0, S2* ог

где

е Г* 1 1-/ г» «Я* <6* п ft32

V 1 2лХ • 2ч «X ’ 1 ’ с(2Я - и2* 3 * 3\'Х(2Я tip'

Модули, рассчитанные по формуле (А.2). имеют погрешность до 0.01 %дляО.125<Я<бидляХ>5. Первые два члена у равнения (А .2) могут быть использованы для камер связи, отличающихся по форме от прямого кругового цилиндра. При градуировке в камерах связи, описанных в приложении С. в диапазоне частот ниже 20 Гц должно бы тъ исто л ьэовано решение, предо т веденное в [А. 1 ]. для всего доапаэона час то т или должны быть увеличены соот-ветс гву ющие сос гавл яющие неопределенное ги.

Таблица А. 1 — Значения £,

Действительней часть Е.

X

Мнимая честь С,

Я = 0.2

ft =0.5

*■1

Я-0.2

*•0.5

*- 1

0.72127

0.71996

0.72003

1.0

024038

0.22323

0.22146

0,80092

0.80122

0.80128

2.0

0.17722

0.16986

0.16885

0.83727

0.83751

0.83754

3.0

0.14818

0.14304

0.14236

0,66907

0.65920

0.65922

4.0

0.13003

0.12614

0.12563

0.87393

0.87402

0.87403

5.0

0.11732

0.11421

0.11380

0.09343

0.89348

0.89349

7.0

0.10030

0.09807

0.09777

0.91082

0.91088

0.91088

iao

0.08477

0,06321

0.06300

0.93693

0.93694

0.93694

20.0

0.06088

0.08007

0.05997

0.94850

0.94851

0.94851

30.0

0.05002

0.04950

0.04942

0,96540

0.95541

0.95541

40.0

0.04349

0,04310

0.04304

0.98358

0.96359

0.96359

60.0

0.03568

0.03541

0.03538

0.96846

0.96846

0.96846

80.0

0.03098

0.03078

0.03076

0,97179

0.97179

0.97179

100.0

0.02778

0,02781

0.02758

0.98005

0.98005

0.98005

200.0

0.01972

0.01964

0.01963

0.96590

0.98590

0.98590

400.0

0.01399

0.01395

0.01395

0.99003

0.99003

0.99003

800.0

0.00992

0.00990

0.00989

АЛ Широкополосное решение

В области высоких частот кроме тепловых потерь присутствуют потери на вязкое трение и его воздействие вызывает кажущееся уменьшение эффективного поперечного сечения камеры связи иэ-за приграничного слоя вблизи поверхности и кажущееся увеличение дл»е«ы камеры связи из-за уменьшения скорости звука. 8 области низ* них частот и для камер, описанных в прппоже»«и С. эти два эффекта компенсируют друг друга, но воздействие теплопроводности остается. Общее влияние потерь на теплопроводность и вязкое трение на распространение звука в цилиндрических трубах рассмотрено в [А.2) на основе теории Кфхгофа. Комплексные выраже»«я для коэффи опта распространения и акустического импеданса камеры связи получены из уравнения (4) где n — вязкость газа в паскалях за секунду {Па с);


<А.З>


2^


bj ’( ГЕ

v2 & «р


<A.4>


а — радиус камеры связи в метрах (м).

Знача*** с. т> р и <кг для влажного воздуха могут быть получены из уравнений в приложении F.

Кроме вышеуказатетых потерь на боковой поверхности цилиндра камеры связи существуют потери на тео-л опровод i юс г ька поверхностях основа’*й цилиндра, образованных микрофонами. Эти потери ыогугбытьаыраже-ны с помощью адмигтанса^г^^. добавляемого к каждому адыи пенсу ыжрофсна в уравнении {4 хе соответствии с (АЗ)

<А.5>

Ест* микрофон имеет внутреннюю резьбу в перед ней полости, то дополнительные потери на теплопроводность из-за поверхнос i и резьбы могут бьнь учтены, еслидобавитьплощадыюверхнос’и резьбы к площади попе* речного сечения $^в уравнении (А.5). в соответствии с |А.4|. Уравнения (А.3)-ЦА.4) справедливы для частотного диапазона о>ра *>100 ту Эю соответствуе’частотам более ЗГци 12 Гцдляплосковолмовых камер, приведенных о таблице С.1 для микрофонов LSI Р и L$2aP. соответственно.

А.5 Библиография

(А. 1] GERBER. Н. Acoustic properties of fluid-fittod chambors at infrasonic frequencies in ibo absonco of convection. Journal of Acoustical Society of America 36.1964. pp. 1427—1434

|A.2J ZWIKKER. C and KOSTEN. C.W. Sound Absorbing Materials. 1949. Elsevier. Amsterdam. Chapter 11. §4

|A.3| MORSE. P.M. and INGARD. K.U. TheoraticafAcoustics. 1966. McGraw-Mil. New York Chapters 8.4 and 9.2

|A.4| FREDERIKSEN.E.£Mrt^«/H^CdAd^MEw<nMM0MtePnM$uePM4rt№fyCd>bttt>drt.Brtal&Kixf Technical Review. 1.2001. pp. 14—23

Приложение В (обязательное)

Акустический импеданс капиллярной трубки

8.1 Общие сведения

Акустмчесючй импеданс ^на входе открытой капиллярной трубки определяет, исходя из теорьы дли^ых

линий (5.6). по уравнению

<B.i>

Между и у имеется соотношение |В.1|

** ха? I ‘

(B.2>

у xa?<1(2(K-1)J,

pc’k Ske, Jotefaj/

<B.3>

где Jo(). ) — (ылиндричесже функции Бесселя первого рода нулевого и первого порядков от комплексного

переменною.

а. — радиус трубки в метрах (м);

к • ~ комплексное волновое число в метраже минус первой степени (м’1);

q — вязкость газа о пашльсекумдах (Па с);

р — плотность газа е килограммах на кубический метр (кг/нгЧ

а, — температуропроводность газа в квадратных метрах о секунду (м^/с).

Вышеприведенные уравнения должны быть использованы для расчета поправочного коэффициента в уравнении (6). Значения с. р и а (для влажногоаоэдух8 могут бы тьвычислены из уравнений, приведенных в при* л ожени и F.

В альтернативном случае капиллярная трубка может быть заглушена по всей длине подходящей по размеру проволочкой после усгановхи в камеру связи ммфофонов. В этом случае поправочный коэффициент равен 1

Уравнения (В1). (82). (В. 3) справедливы для идеальной цилиндрической трубки и зависят в 4«й степени от радиуса труб». Однако о действительности форма внутренних частей трубки не соответствует форме кругового цилиндра и необходима градуировка трубки по потоку для того, чтобы определить ее эффективный радиус

В таблицах 8.1 и 8.2 приведены значения реальной и мнимой частей Zo с при опорных внецяых условиях для обычно используемых размеров (рубаи и частоты соответственно. Эти таблицы должны быть использованы с целью проверить вычисгытельную программу для расчета значений из ураенетый (В. 1). {8 2). (0.3) При градуировке в уравнениях (0.1). (0.2). (8.3) должны быть испоодованы действительные значения температуры, статического давлениям относительной влажное™.

Таблица В.1 — Реальная часть ГПа См3

Размеры трубки в милтыметрах

a 8 0.1667

^•so

Частота Гц

a «0.1667

V’00 a «0.30

a «0.25

a «0.20

a «0.25

3.015

1,454

0.596

20

6.034

2.911

1.193

3.016

1.455

0.596

25

6.037

2.913

1.194

3.017

1.455

0.596

31,5

6.043

2.917

1.196

3.019

1.456

0.597

40

6.052

2.923

1.299

3.021

1.458

0.598

50

6.066

2.931

1.203

3.026

1.460

0.599

63

6.088

2.946

1.210

3.033

1,464

0.601

80

6.124

2.970

1.222

Охомчамие таблицы В.1 Размеры груб*»* в миллиметрах

'С = 8О

Частота. Гц

^8 100

asp.iee?

о » 020

а «0.25

В >0,1667

а я 0.20

о я 025

3.043

1.470

0.604

100

6.178

3.006

1.240

3.060

1.480

0.609

125

6.264

3.063

1270

3.090

1.496

0.618

160

6.416

3.168

1.323

3.134

1.521

0.632

200

6.638

3.326

1.406

3204

1.561

0.653

250

6.985

3.589

1.547

3.322

1.628

0.688

315

7.540

4.061

1.815

3.531

1.747

0.749

400

8.355

4.940

2.378

3.868

1.940

0,340

500

9.074

6.287

3.532

4.501

2.310

1.03Э

630

8.677

7.339

5.629

• •

• ♦

5.905

3.109

1.433

300

6.378

5.313

4.380

3.331

4.334

2.374

1000

4.354

3.006

1.928

12.122

9.001

5.376

1250

3.546

2.127

1.147

9.201

7.936

6.752

1 600

4.171

2.408

1.195

4.332

3.027

1.956

2 000

6.325

4.404

2.523

2.698

1.638

0.894

2 500

4.986

3.723

2.774

2.900

1.579

0.733

3150

4.412

2.660

1.392

5.91?

3.529

1.745

4000

5.245

4.024

3.079

5.959

4.333

3.917

5 000

5.058

3258

1.767

3.307

1.940

1.012

6 300

4.580

2.921

1.673

6.581

5.380

4.133

8 000

4.698

3.034

1.751

4.160

2.461

1.257

10000

4.977

3.360

1.949

3.909

2.545

1.546

12 500

4.765

3.335

2.277

4.047

2.594

1.540

16000

4.757

3.267

2.142

4.531

2.309

1.516

20000

4.847

3.322

2.021

Примечани е — Значения. приведенные в настоящей таблице, верны только при опорных внешмтх условиях(см раздел 4 и таблицу F.2X

Т а б л и ц а В.2 — Мнимая *ЛСтъ 2». с, ГПа с/м3

Размеры трубки в миллиметрах

/с>50

Частота. Гц

^•100

а я 0.1667

о я 020

а я 0 25

е >0.166?

а я 0.20

о я 025

0.097

0.074

0.049

20

0.096

0.114

0.090

0.122

0.092

0.061

25

0,120

0.143

0.112

0.154

0.116

0.077

31,5

0.152

0,180

0.141

0.195

0.147

0.098

40

0.192

0.228

0.180

0^44

0.184

0.123

50

0240

0.285

0.225

0,307

0232

0.15S

83

0.300

0,359

0.283

0.390

0295

0.197

80

0.378

0.456

0.361

Окончание таблицы В 2

Размеры трубки е h*JWMerpax

частота Гц

^« ICO

a s 0.106?

a «0.20

a «0.25

а • 0.1687

а « 0,20

asO.25

0.488

0.389

0.246

100

0,407

0.570

0.452

0.611

0.462

0.308

125

0.573

0.711

0.567

0.783

0.592

0.396

160

0.705

0.907

0.731

0.981

0.743

0.496

200

0.829

1.125

0.923

1.230

0.933

0.623

250

0.923

1.383

1.170

1.557

1.186

0.792

315

0.896

1.668

1.502

1.993

1.527

1.021

400

0.488

1.848

1.923

2.513

1.948

1.306

500

- 0.676

1.418

2.203

3.192

2.533

1.711

630

-2.737

-0.771

0.932

3.992

3.354

2.325

800

-3.890

-3.149

-2.506

4.287

4.216

3.186

1 000

-3.030

-2.594

-2.129

1.34?

3.171

3.733

1 250

-1.381

-1.156

-0.944

-5.328

- 4.376

-3.270

1 600

0.430

0.455

0.280

-4,500

-3.769

-2.968

2 000

0286

0.975

1.222

-1.998

-1.665

-1.281

2 500

-1.700

-1.549

-1,341

• «

♦ ♦

0.489

0.241

0.049

3 150

0.204

0.197

0.051

2.431

2.282

1.690

4 000

-1.070

-0.858

-0.516

-2.799

-2.427

-1.945

5 000

0.209

0.437

олоз

0.181

-0.041

-0.193

6 300

- 0.071

-0.098

-0.222

-1.231

-0.589

0.227

8 000

-0.041

-0.029

-0.141

0.867

0.637

0.331

10 000

- 0.053

0.152

0.209

-0.548

-0.705

-0.769

12500

-0.281

-0.294

-0276

-0217

-0.406

-0.538

16000

-0.175

-0.187

-0226

0.426

0.341

0.134

20 000

-0.107

0.001

0.032

Примечание — Значения, приведенные в настоящей таблице, верны то/ъмо при спорных внешних условиях (см. раздел 4 и таблицу F.2X

В.2 Библиография

(8.1) ZWIKKER. С. andKOSTEN. C.W. Sourtf Absortwip Mateoals. 1949. Elsevier. Amsterdam. Chapter II. $2—3

Приложение С {справочное)

Цилиндрические камеры связи, применяемые для градуировки микрофонов

С.1 Общие сведения

8 камере связи, применяемой для градуировки методом взаимности, должно быть создано равномерное распределена звукового давления по мембране как микрофона-излучателя, так и микрофсна-приемшка. Особенно важно обеспечить равномерное распределение давления по мембране микрофснЭ'Прнемжка для того, чтобы палуч<ть чувствительность микрофона в соответствии с определением чувствительности по давлению (3.4 МЭК 61094-1). Из-за радиального волнового движения и эсимметри'еюсти движения мембраны это идеальное условие может быть выполнено лишь приближенно. Для увеличения частотного диапазона камеры связи (это относится только к радиальному волновому движению) необходимо, чтобы радиальная резонансная частота была как можно выше, что допустимо при у ме»*иенни диаметра камеры связи. Практически диаметр каморы связи не должен быть меньше д иаметра мембраны ммрофона

Однако для имеющейся камеры частота резонанса может быть повышена при введении взамен воздуха внутрь камеры водорода или гелия (7.32). Теоретически это увеличение верхней трагычпой частоты камеры выражают коэффициентом, равным отношению скорости звука а водороде (гелии) к скорости звука в воздухе, необходимо заметить, чтоскорость звука в мембране микрофонов почти не зависит от типа таза в камере связи и не меняется как скорость звука заключенного в камере газа.

Большое змаче»ыеп(ж градуировке методом взаимности о замкнутой камере связи имеет акустический передаточный импеданс Z* 12всей системы (5.2 и 5.4). который должен быть известен с высокой точностью. На частотах. где длина звуковой волны больше по сравнению с размерами камеры связи, распределение звукового давлегыя равномерно во всей камере и « зависит от эффектиеногообьема камеры связи, т. е. геометри

ческого обьема камеры. включая обьемы передней полости (далее — передний объем)и эквивалентные объемы микрофонов (3). На частотах, где длина звуковой волны сравнима с размерами камеры, будет существовать волновое движение я трудно получить теоретическое выражение для переда точного импеданса камеры связи в о*ень простой форме. Уравнение (4) выражает передаточный импеданс 2*4 ,2 цилиндрической камеры связи с диаметром равным диаметру мембран микрофонов при допущении только плоских вопи в камере.

Были разработаны методы расчета передаточного импеданса для других случаев. Для них. однако, погравка на волновое движение должна быть определена эмпирически

Прэктиче» используют два i ина камер связи. Это плоскоделновые камеры связи, диаметр которых равен диаметру мембран, и камеры большого объема, в которых объем камеры велик по сравнению с передними и эквивалентными объемами микрофонов.

С.2 Плосковолноеыекамеры

Диаметр полостей плосжоволновых камер связи равен диаметру передних полостей микрофона. Длина камеры. т. е. расстояние между двумя мембранами, должна быть доствточюбогылой, чтобы обеспечить распространение плоокой волны, но эта дл»«а не должна быть больше четверти длины волны. Рекомендуется использовать камеры связи, имеющие отношетые длины кдиаметруот0.5до0.75. Также камеры позволяют проводить в воздухе градуировку лабораторных эталонных микрофонов типа LS1Р до 10 кГц и типа LS2P до 20 кГц.

Для этих камер могут быть получены аналитические выражения для учета влияния симметричного радиального волнового движения при допущении, что функция, описывающая смещение мембраны микрофонов, соответствует идеализировав* ым колебаниям мембраны [С.2—С 4] (рисунки находятся в разделе С.4).

в камерах связи, как правило, присутствует асимметричное радиальное волновое движение. Самые низкие моды этих асимметричных колебаний возникают в плосковолмовых камерах около 10.6 и 21.2 кГц для микрофонов типов LS1 и LS2. соответственно.

Для расчета Z' 9 12необходомо использовать уравнение (4) невысокой точностьюопределить все факторы, влияющие на 2» 12(см. в частности — акустический импеданс микрофонов.

Рекомендуемые размеры для плосхоеолновых камер приведены в табли це С. 1 и показаны на рисунке С. 1

1 — микрофон. 2 изолятор: 3 <■* калилляр«*е (рубки

Рисунок С. 1 — Эскиз плосхоеолноэой камеры

Таблица С.1 — Номиналы**размерыплосковолноеыхкамер

Размеры в миллиметрах

Обозначение размеров

Лабораторию эталомые мьрофсх*

TK1LS1P

Тил1$2эР

Тип IS20P

23.77

13.2

12.15

18.6

9.3

9.8

186

9.3

9.8

0

1.95

0.5

0.7

Е

15—0.5

3—7

3.5—6

С.З Камеры большего объема

Камеры большего объема имеют объем больше объема плоокоеолновых камер, и их размеры выбраны так. чтобы уменьшение давле^я на мембране из-за радиальных мод частило компенсировалось увеличением давления из-за продольной моды. Оптимальное отношение длины к диаметру — около 0.3. и оно зависит оз глубины передних полостей микрофонов

Такие камеры связи используют в воздухе для градуировки лабораторных эталонных микрофонов типа LS1Р в плоть до 2.5 кГц и типа1$2Рдо 5 кГц при введем* эмпирических поправок на волновое движение Если необходима высокая точность, рехомен дуется определять поправку на вол новое движение для каждой индивидуально изготовленной камеры связи, лоскогму волновая картина в камере в хачительной степени зависит от ее размеров. Для расчета Г ft п должно быть использовано выражение (Зх для которого необходимо определить сумму переднего объема полости и эквивапеплюго объема микрофонов Рекомендуемые размеры камер большею объема приведены в таблице С.2 и показаны на рисуше С.2.

Рисунок С-2 — Эскиз камеры большего объема

Т а б л и ц а С.2 — Номинальные размеры и допуски для камер большего объема

Размеры а миллиметрах

Обозначение размеров

Лабораторные эталонные лыкрофоны

Тип 1ST Р

Тил L$2aP

Тип1$2ЬР

23.77

132

12.15

08

16.6

9,3

9.6

ОС

42.8810.03

18.3010.03

18.3010.03

О

1.95

0.5

0.7

Е

12.S5 1 0.03

Э.5О 1 0.03

3.50 1 0.03

F

0.80 к 0.03

0.4010.03

0.4010.03

6 таблице С.З приведены типовые поправ»* на волновое движение для камеры связи большего объема, используемой совместно с микрофонами типа LS1P. Значения поправок должны быть прибавлены к уровню чувствительности по даележю. определенному для камеры связи, наполненной воздухом, ил» могут быть введены тогда, когда практические поправки для индивидуальной камеры с микрофонами не определяли. Эти же поправки могут быть использованы и при заполнении камеры водородом, если частотную шкалу умножить на коэффициент, равный отношетвно скорости звука в объеме с заданной концентрацией водорода к соответствующей скорости в воздухе.

Таблица С.З — Поправки на волновое движение в воздухе, о»ределе»ыые экспериментально для камеры ббльшего объема, применяемой с микрофонами типа LS1P

Частота. Гц

Поправка. дЬ

800 и ниже

0.000

1000

-0.002

1250

-0.013

1600

-0.034

2000

-0.060

2500

-0.087

С.4 Библиография

[С Л] MIURA. К andMATSUI. Е. On the analysis of the wave motion in a coupler for the pressure calibration of laboratory standard microphones. J. Acoust. See. Japan 30.1974. pp. 639—646

(C.2| RASMUSSEN. K. Radial wave-motion in cylindrical plane• waveooupfers. ActaAcustica. 1.1993. pp. 145—151

(C.3J GUIANVARCH. C; DUROCHER. J. N.. BRUNE AU. A. BRUNEAU. M. Irrprwed Formulation of lhe Acoustic Transfer Admittance of Cyindrical Cavities. ActaAcustica united with Acustica, 92.2006, pp. 345—354

[C.4] KOSOBROOOV. R. and KUZNETSOV. S. Acoustic Transfer Impedance ci Plane-Wave Couplers. Acta Acusiica united wilhAcustica. 92.2006. pp. 513—520

Приложение О {справочное)

Влияние окружающей среды на чувствительность микрофонов

  • D.1 Общие сведения

Настоящее приложение содержит сведения оелмяпин статического даалетыя и температуры на чувствительность микрофонов.

02 Основные соотношения

Чувствительность конденсаторного микрофона обратно пропорциональна акустическому импедансу микро-фона. Упрощен! «о импеданс ммрофонл может быть представлен в виде импеданса мембраны (как правило, уметывают ее массу и гибкость), последоеагельносоодино*еютосимледанооы воздуха а объеме за мембраной.

Импеданс воздуха вобьемеза мембраной определяется тремя составляющими:

- тонким слоем воздуха между мембраной и неподвижным электродом, вносящим затухание и массу;

  • * слоем воздуха в сквозных отверстиях и канавках на неподвижном зпек!роде. вносящим затухание и массу.

  • • воздухом о полости позади неподвижного электрода, действующим как податливость на низких частотах, а на высоких частотах вносящим дополнительные резонансы из-за волнового движения в полости.

Относительная масса этих грех составляющих определяется конструкцией микрофона. Считают, что плотность и вязкость воздуха линейно зависят от температуры н/иты статического давления. Отсюда вытекает, что и мпеданс микрофона также звоном т о г с та тическото даолвтыя м г емпера туры Коэффи циен ты статмчеасог о дэепе-ю«я и температуры для микрофонов определяют как отношение акуспыеаюсоимпеданса при опорных условиях к акустическому импедансу при действительных статическом давлении и температуре, соответственно.

0.3 Зависимость от статического давления

Масса и податливость зпключе! и ютов попоен» воздуха зависят от статическою давления. тогда как сопротио-ление допускается считать независимым от статического давления. Коэффициент статическото давления, как правило. зависит от частоты, как это показано на рисунке 0.1 Для частот выше 0.5 — резонансная частота

микрофона) эти частотные изменения в значительной степени зависят от волнового движем** в полости за неподвижным электродом. 8 общем, коэффициент статического давле^я зависит от конструкции деталей, определяющих форму неподвнююго электрода и объема за ним (далее — задний объем), и их фактические значения могут значительно отличаться для двух микрофонов от разных гроиэвадителей. несмотря на то. что мшрофоны могут быть одного и того же типа, например LS1P. Поэтому коэффициенты статического давления. приведение на рисунке 0.1. не следует применять для любого микрофы ia.

дб/кПа

Рисунок D.1 — Зависимость коэффициентов статического давления микрофонов типов LS1P и LS2P от относительной частоты

Значение коэффициента статического давления е области низких частот (как правило, на частоте 290 Гц) определяется соотношением между податливостями собственно мембраны и воздухе, заключенного за меыбра-ной. Поскольку чувствительность подавлению в области низких частот определяется результирующей пода тли* востью мембраны и слоя воздуха за мембраной, то коэффициент статического даале»«я для индивидуальных образцов ммфофона данного типа о значительной степени зависит от чувствительности микрофона на низкой частоте.

Значение коэффициента статического давления в области низких частот, как правило, находится в пределах от минус 0.01 до минус 0.02 дБЛсПа для микрофонов LSIPmot минус 0.003 до минус0.008дБ/кЛа для микрофонов LS2P.

В области очень низких частот в полости за мембраной будет происходить изотермический процесс деформации таза и поэтому податливость по л ости возрастет. Кроме того, повышав тсявпитме отверстия для выравнивания давления. Этот эффест становится заметным на частотах южа 2—5 Гц для микрофонов типов LS1 и LS2.

0.4 Зависимость от температуры

Как масса, так и сопротивление воздуха в замкнут ой полости зависят от температуры, но податливость приня-тоечттать независимой от температуры. Типовая зависимость темпера гурного коэффициент я от частоты показана на рисунке 0.2.


Изменения i ампера туры воздействуют как на воздух в замкнутом обьеме, таки на мехатычесше элементы микрофона. Изменение температуры вызывает изменение натяжения мембраны и. следовательно, изменяет ее податливость и расстояние между мембраной и неподвижным электродом. Эюприведет к изменениючувст витолы кости на постотыное значение и к небольшому измене*** резонансной частоты.

Суммарный температурным коэффициент представляет собой реэулыai пинеймомкомбинацнивлияниякак изменения импеданса замкнутого объема воздуха, тек и изменения механического натяжения. ЬЬокочэстотное значение температурного коэффициента, как 1равнло. находится в пределах 10.005 дБ/K для мюрофоиов типа как LS1P. tbkhLS2P. Температурный коэффициент, показанный на рисунке 0.2. не следует применять для любого микрофона.

дБ/К

*

$

>

i


/

/*4^LS

II

2P

/L

w


0.1 0.2 0.5 1 2 5 10 Г/%


Рисунок 0.2 — Общий вид зависимое! и температурного коэффициент а от час готы для мн 1рофонов типов LS1P и L32P. вызванной изменением импеданса замкнутого объема воздуха

0.5 Библиография

(D.1| RASMUSSEN. к. The slat* pressure and temperature coefficients of laboratory standard microphones. Meirologia.


36. 1999. pp. 256—273

(D.2] KOSOBRODOV. R. and KUZNETSOV. S. Static pressure coefficients of laboratory standard microphones to Фе

frequency range 2—250 Hz. 1191 ICSV.2004.St. Petersburg. Russia, pp. 1441—1448


ПриложениеЕ {справочное)

Методы определения параметров микрофона

£.1 Общие сведения

Настоящее приложение содержит информацию о методах определения параметров микрофона, влияющих на акустический передаточный импеданс. К этим тереме i рам относятся Шубина побьем передней полости и вкус-тмчеспнй импеданс микрофона.

Е.2 Глубина перед ной по л ости

Гдубину передней полости определяют оптическими методами Глубитту определяют с помощью сканирую* щего интерферометра. например лазерного, по контуру вдоль диаметра мембраны и внешнего кольца. Та*же измерения следует проводить, по крайней мере, для двух перпенднгулярных друг к другу диаметров. Другой метод заключается е измере»«и с помощью ммроскопа-глубиномера расстояния между точками на верхней части микрофонного ко/ъца и точками на мембране. При этом необходимо выполнить несколько измерений, распределенных по мембране и по верху котъид.

£.3 Объем передней полости и эквивалентный объем

Объем передней полости вместе с эквивалентным объемом микрофона определяют акустическими методами при опорных внешних условиях.

Испытуемый микрофон встав лтьот в одно из отверстий камеры связи с тремя входами. В два других отверстия вставляют два конденсаторных микрофона; первый — излучатель, второй — приемник. Измеряют электрический передаточный импеданс между этими двумя микрофонами, подсоединяя к камере связи поочередно испытуемый микрофон и некоторое чюло полостей с известным объемом, охватывающим действительный объем передней полости микрофона. Объем перед пей полости вместе с эквивалентным объемом микрофона определяют интерполяцией с измеренными передаточным* импедансами.

возможен вариант использования испытуемого микрофона в качестве микрофона-приемника. При измерении электрического передаточного импеданса необходимо обеспечить большое отношение сит на ля к шуму. В этом случае используют либо различное ч*сло камер связи известного объема, либо изменение объема получают с помощью некоторою числа изготовленных для этой цепи калиброванных колец, размещаемы! между камерами связи и испытуемым ми фофоном. внутренние диаметры этих колеи должны быть равны диаме тру передней полости микрофона.

Необходимо учесть, что определяемый обоими методами объем включает в себя эквивалентный объем акус-тичеоюго импеданса мембраны (МЭК 61094-1).

Описанные выше методы могут быть использованы голькона низких частотах, когда камеру связи рассматривают как чистую гибкость. При использовании второго метода необходимо компенсировать разность о поправках на теплопроводность и на капиллярные трубки при изменении объема камеры связи и. по возможности, рассмотреть шыяние недостаточного отношения сита л а к шуму.

Е.4 Акустический импеданс микрофона

Акустический импеданс ммрофона может быть выражено виде комплексного импеданса или в виде комплексного эквивалентного объема (МЭК 61094-1). Допускают, что микрофон может быть представлен в виде четырехполюсника со сосредо точеным и параметрами, описываемого уравтюмтеы взаимности (1а). Такое представление будет достаточно точным для определения 2, (5.4) до частоты, приблизительно равной 1.3 частоты собственного резонанса микрофона.

Параметрами, описывающими акустический импеда1*с микрофона а эквивалентной электрической схеме, могут быть акустическая масса т*. акустическая податливость сд и акустическое сопропюление или резонансная частота эквивалентный низкочастотный объем и декремент затухания мембраны d Резонансная частота — это частота, при которой ь**мая часть акустического импеданса равна нулю. Асимптотичеоюе значение 2» на низкой частоте определяют через податливость и эквивалентный объем. Действительную часть Z* на резонансной частоте определяют через акустическое сопротивление и декремент затухания. Акустическую массу расовтты-вают через резонансную частоту и акустическую податливость. Соотношения между этими параметрами следующие

(2« у» ■ </na с4г’. • са У(-s а • ra/(2« г0 тл) • га 2г. г0 са.

Акустический импеданс может быibопределен косвенным методом, основанным на измерегеи электрической проводимости Yмикрофона. При измерении электрической проводимости микрофон акустически нагружают на закрытый четвертьволновый отрезок трубы Г С = 0 ® уравнении (1а)]. а акустический импеданс микрофона затем расовттывают из уравнения

, Л’-у1 <Е1>

*• ■

где Za о—электрический импеданс при заторможенной мембране, определяемый из результатов намерений. проведенных на достаточно высоких частотах (100—200 кГи), чтобы инерция мембраны эффективно проляг* ст воеала ее д вижению (д « 0 в уравнении (1а)].

Сосредоточенные параметры, представляющие акустический импеданс микрофона, могут быть также определены акусткнеомми методами. При резонансе сдвиг фазы между звуковым давлением, действующим на мембрану. и напряжением холостого хода будет равен 90’ Эту частоту определяют, воздействуя на мембрану, нагруженную не закрытый четвертьволновый отрезок трубы, с помощью электростатического актюатора (электро* статического возбудителя) При тех же условиях определимо г декремент затухания как отношение чувствительное гм при резонансе к чувств* ге/ъносги на нижой частоте.

Третий метод оаюван на подго««едп1л*1х . Поскольку чувствитальность микрофон не зависит от испольэуе* мой для градуировки камеры связи, то градуировку проводят с помощью ряда плоскоеолноеых камер, например, четырех, имеющих разную длину (С. 1 (приложение С)|. Для каждого микрофона сумму объемов передней полости и эквивалентного объема корректируют до тех пор. пока для всех камер не будет получена <\»*а и тале чувствительность в диапазоне низких и средних частот. Этот метод описан в Е.З (приложение Е). При разных длинах камер неверные значения трех сосредоточенных параметров, отшсывающих акустическое сопротивлегые микрофона, приводят к систематичеошм изменениям на оыоокмх частотах. Влиюм этих параметров на высоких частотах различно Декремент затухания оказывает незначительное влиямее на получеютую чувствительность вблизи резонан* смой частоты, тогда как неверно определенная резонансная частота оказывает максимальное елиятые. Неверное значение эквивалентного объема влияет главным образом на полученные характеристики чувствителыюсти в диапазоне выше резонансной частоты. При определении комплексной чувствительности мифофона на резонансной частоте определяют чувствительность по фазе 90".

Апалопг-ыыы образом может быть определен декремент затухания как отношение чувствительности при резонансе к асимптотическому значению чу эстейт ел ьмост и на низкой час то те. Однако при определении асимптотического значения чувствительности в области низких частот по низкочастотной характеристике необходимо пренебречь небольшим повышением чувствительности на нимих частотах из-за теплопроводности в полости за мембраной микрофона. Для успешной i юд| онки данных важно, чтобы i юред ее вьи юлнвниеы были введены поправ* кина радиальное волновое движение и были ус i ранены другие систематические л О1решносгм. i акне как. например, перекрестью помехи

ПриложениеF (справочное)

Физические свойства влажного воздуха

  • F.1 Общие сведения

Некоторые физические величины. описывающие свойства газа • замкнутых камерах связи, входят а ураепе* wa для расчета чуэсгеителыюсгей микрофонов (уравнения (3), <4>н приложения А. В|. Эти величины зависят от одной или нескольких переменных, описывающих вгюшние условия: статическое давление. температуру и влажность.

8 ли тара туре опубликовано кьюжество результатов исследований. по которым могут быть найдены опорные значения величин для определенных внешних условий, например для стандартного по составу сухого воздуха при О'Си статическом давлении 101.326 кПа. Методика расчета свойств воздуха для заданных окружающих условий, опиодкоя в настоящем приложении, основана на методах, рекомендованных международными органами, а также на последмтх результатах, описанных о литературе и получивших международное признание

Уравнения, приведенные в настоящем приложении, основаны на следующих переменных, списывающих внешнюю среду:

1 темпера тура в i рад усах Цельсия (*С);

pt — статическое давление в паскалях (Па);

Я — относительная влажность в процентах (%), Рассчитываемые величины.

р — плотность воздуха в килограммах на кубический метр (кг м*3):

с — скорость звука для произвольной (расчетной) частоты о метрах а секунду (ы с-1);

к — отношение удельных теплоемкостей.

И — вязкость воздуха в пасхаль-секундах (Па • с);

о (— коэффициент температуропроводности воздуха в квадратных метрах в секунду (м* с“1).

Методике расчета предусматривает, что влажный воздух — не идеальный газ и что большинство величин описывают с помощью полиномов, для которых соответствующие постоянные коэффициенты приведены в таблице F.2. Для расчета вышвупом»1утых величин используют некоторые дополнительные величины и постоянные.

7 = То ♦ 1. термоденамическаятамлерэтура в градусах Кельвина (К);

То» 273,15 К (ОХ);

7W« 293.15 К (20‘С);

р, 101 325 Па;

pgjil)— давление насыщенного водяное о лара в паскалях (Па),

Cq — скорость звука на низкой частоте (в отсутствие дисперсии) в метрах о секунду (и с*1 X

к* — молярная доля паров воды о воздухе;

хе — молярная доля углекислого газа в воздухе,

/(р^О — коэффициент расширен*;

Z — коэффициент сжимаемости влажного воздуха ,

Jc —удельная теплопроводность в джоулях на метр<е«уиду-кельвин в минус первой степени (Дж м-1 с-1 КИХ

Ср — удельная теллоемкост ь при пос тоянмом даелемеи в джоулях на кил огра мм-ке л ьви н в минус первой с т е-пениСДжш1 Ки);

  • — частота релаксации кислород а в герцах (ГцХ

  • — частота релаксации азота в герцах (Гц),

«vq — коэффициент затухамся для колебательной релаксации в кислородов метрах в минус первой степени (“■’X

кооффиииеи! aaiyxaieiB для колеба1епьной релаксашш в азою в метрах в минус первой степени (м-’>

Уравнения, используемые для расчета, справедливы для вноихых условий в д иапазоне:

  • - темпера тура, от 15 *с до 27 *С.

• статическое давление; от 60 до 110 (Ла;

  • - относительная влажность: от 10 % до 90%.

Неопределенности значении, рассчитаюых из уравнений, представляют собой стандартные неопреденек* кости.

FJ Плотность влажного воздуха

Плотность влажно! о воздуха выделяют с помощью «уравнения С1РМ-2007». согласно рекомендациям 97-го совещания CIPM (F1).

г»2=1-Рг


р = (1488 740 ♦ 144484гс - 0.000 4)| -10"’(1 - 0.378 О V-а/ •» (8j ♦ a4»)xw ♦ <а5 * aet)x*| •» * (ar * авж’);

(F.1)


. Н

100 ps • «хр^Т* ♦ в,Т * «2 ♦ аэг

OM) = ao*aiP, *e2^

Состав стандартного воздуха основан на молярной доле углекислого газа, составляющей 0,000 314. Общепринято. что в лабораторных условиях эго эначе*«е более высокое, и в отсутствие непосредственных измерений молярной доли рекометщустся использовать значение хс « 0.0004.

От носи тельную неопределенность расчета при использовании этого уравнения оценивают в 22 10**.

F.3 Скорость звука в воздухе

В отсутствие дисперсии скороеib звука определяют как скороеibзвука на низпой частоте [F.2);

С^« а0+ а,Г* а2Р + (а3* а4Т* «$£>**♦ (о$ ♦ “Н * US**>** * <*е * W* ан^х? * (F.2)

*°1зР** aM«’*“isx.0.xc-

Относительная неопределенность расчета скорости звука на низкой частоте составляет 3 - 10"4.

Примечание — Скорость звука немного зависит от частоты из* за дисперсии о результате эффектов релаксации компонентов воздуха. 8 частотном диапазоне, соответствующем нестоящему стандарту. влияние дисперсии на скорость ме»*ше. чем относительная иеспредепен! юсть расчета эмаче! <ия скорости звуха на i тиэкой частоте (F.2). Скорость звука на частоте измерения может быть получена из выражения в соответствии с (F.4>

1 - 1а

«'с0 “2Чп'

где агн — коэффициент затухания и частота релаксации;

л — обозначает компонент воздуха (азот или кислород). Значения этих велимтн приведены в [F.6J. Это уравие»«е может быть пересысано в более приемлемой форме

C-CJ1


с Uw?


где произведемте с не зависит от скорости звука с.

F.4 Отношение удельных теплоемкостей воздуха

Отношение удельных теплоемкостей определяют в соответствии с (F.2);

*“н*е ♦««*»₽, V

ОI носи I ei 1ьная неопределенность расчета о i ношения удетъных теплоемкостей составляет 3.2 10"-*.

F.5 Вязкость воздуха

Вязкость воздуха определяют в соответствии с [F.5|.

П s (а0 ♦ а,7+ (аг ♦ а э7) х„ ♦ а4Т* ♦ а^) ‘ (F-4>

F.6 Коэффициенттемпературопроеодности воздуха

Коэффициен т т емпера i ypoi троводиос т и воздуха от тредег тяю т выражением.


(F.5)

гдеК^* 4166.8 (а ф* <^7 ♦ а2Т* ♦ (а3* a47)*J 10 Л

Ср 8 4166.8 |«q ♦ а |7 * а2Т* ♦ а3Р ♦ (а4 * а$7 * а^Т®)х< ♦ («? ♦ и3Г♦ ).

F.7 Примеры

В таблице F.1 приведены значения величин, указанных в формулах F.1—F.5. для двух групп значений внешних условий. Знтмния в таблице применимы для тестовых программ, иотольэуемых для расчета этих величии, и поэтому результаты приведены с ббпьшиы числом значащих цифр, чем это необходим в действительности В таблице F.2 приведены коэффициенты. необходимые для расчета этих величин.

Таблица F.1 — Значения коэффициентов, указанных a F 1—F.5. для двух групп хаче»*й внешттнх условий

Внешние условий

Плотность воодухар ■г и3

Сдвросгь звука с^. м С ’

Отношение удсль-теплоемкостей к

Вя^тъволду. КмФФ*-»*"' хач.пТе Peryiwpwoown.

воздуха *гс 1

f«23*C pe* 101 325 Па H=$0%

1.186 0848

345.888 52

1.400 757 3

1.826566 10*5 2.115 317 Ю’4

7«20*C Л»80 325 Па

H-65%

0.944 158 9

344.382 67

1.400 0266

1.811295 1СГ* 2.627 024 10"*

Т а б л и ц a F.2 — Коэффииленты. используемые а гюлином&х дгм расчета параме1ров влажного воздуха

Коэф* фиш* биты

Дмпиша пшацт ного ведомого ларе

1

u-рания e~*”**w"

Скорость wpa не низкой чэо тою

О THOU см ио удмыде те* ломкостей

вязкость

Удетмая теплспро-водность

Удельная твллмммлъ при постом* юи^мпапш

Обо-мче-ние

г

«0

к

л

*.

С,

1.237884 7 10*

1.000 62 ; 1.581 23 10*

331.5024

1.400 822

84.988

60.054

0,251062$

«1

-1,0121316-10*

3.14 10е -2.9331 10*

0.603 055

-1.76-10*

7.0

1,846

-9.252 5* х 10*

«S

33.93711047

5.6 10 7 1,104 3 10*

-0 000 528

-1.73 10 7

113.157

206 10*

2.1334 10 т

«4

-6.343 164 5 ЮЭ

5.707 10 *

- 2,051 -10 •

51.471 935

0.149 5874

-0.087 382 9

-0.000 166 5

.1

- 3.750 1 х х103

40

• 1.775» *104

-1.004 3* дЮ*

0,124 77

i 1.989 8 10 4

-0.000 782

-326-10®

- 100X115

-2.283 10*

«•

i -£376-10*

-1.82 10 7

£047-10*

1.287 10 '

«7

i 1.83 -10 "

3,73-10*

-1.28 10”

0.01116

«а

-0.765-10*

-£93 10”

5030 10м

4.61-10*

«а

-85.20931

-0.119 971 7

1.74-10*

- 0.228 52S

-0.000 869 3

Он

S.01 10 *

1.979-10*

«19

- 2.835 149

-0.01104

-2.16-10 ”

-3,478 10 ”

«м

29.179782

04450618

Ь4

0.000 486

1.82 10*

F.8 Библиография

|F.1) Pl CARO. A DAVIS. R.S; GLASER. AM, and FUJII. К Revised formula lor tire density of moist air (C/PA4-2007J. MetTObpid 2008.45. pp. 149—155

[F.2] CRAMER. O. Variation of the specific heal ratio and the speed of sound wtih temperature, pressure, humidity and CO? concentration. J. Aeoust Soc. Am.. S3.1993. pp. 2510—2516

|F .3) WONG. G. S. K. Common/ on Variation of the specific boat ratio and the speed of sound with temperature, pressure, humidity and CO? concentration J. Acousl Soc. Am.. 93.7993. pp. 2519—2516

J. ACOU8L Soc. Am.. 97. pp. 3177—3179.1995

[F.4] HOWELL. G.P. and MORFEV. C.L. Frequency dependence of the speed of sound in air. J. acousl Soc. Am.. 82. 1987. pp. 375—377

[F.5] ZUCKERWAR, A J. and MEREDITH, R.W. Low*frequency absorption c4 sound in air. J. Acousl Soc. Am.. 78.1985. pp. 946—955

|F.6) ISO 9613-1:1993. Acoustics^Attenuation of sound during propagation outdoors —Part 1: Calculation of the absorption of sound by the atmosphere

П рил о же и не ДА (справочное)

Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов национальным стандартам и документам Российской Федерации

Таблица ДАЛ

Обозначение ссыло-ыссо мекдумероаного стандарта

Ctenoid

соответствия

Обо» >0 «онио и наияетаваюе соотеетстоующего маимема лы*ог о стандарта

МЭК 61094-1

ИСО/МЭК Gude 98-3

ют

« Руководство по выражению неопределенности измерения». Издательство ГП 8НИИМ им Д И Менделеева. С.-Петербург. 1999 г. (переем аутемптчен ортвМлу)

* Соответствующий национальный ствдарт отсутствует. До его утеерждетмя рекомендуется использовать перевод на русотй язык данного мемдународоого стандарта Перевод дэтмото международного стандарта находи тем в Федеральном государе г центам унитарном предприятии «Всероссийский научно* нсспедова! ел ьстмй институт фиэикочехничеоих и радиотехнических измерений» (ФГУП «ВНИИФТРИ»} —141570 гНо Менделееве. Солнечтагоромй район Московской обл.

Примечай и а — В настоящей таблице использовано следующее условное обозначение степени соответствия стандарта;

ЮТ — идентичный стандарт.

УДК 534 612.2.019:006.354 ОКС 17.140.50 768.9 ОКСТУ 0008

Ключевые слова: эталонные ьмфофоны. метод взаимности, камера малого объема, акустический импеданс

Редактор м в глушима Техническим редактор &н. Лрусеиоео Корректор ММ Лершииа Комныотерная оерстха А М Золотаревой

Совкое «обор 250? 2013 подлиовноа печать is 08 2013 Формат ео * 84^ гарнитура Ариал

Усл. печ. л. 4.13 Уч -мд л Э.6О. Тиром 31 эта Зак 346

фгуп «стандартинформ». 123995 моода. гране wa пер. 4 wwwpoenoforu iotoQgoeUMoru кабраиэ до фгуп «стандаятинформ» на пэвм

Отпеетамо «филиале ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ* — тип «Месюосхим печатмм». 105062 Моосва Литии лер.. 6.