Приложение Д (рекомендуемое). Характеристики электроакустических элементов и методы их оценки

Приложение Д
(рекомендуемое)

Характеристики электроакустических элементов и методы их оценки

Д.1 В настоящем приложении приведены основные параметры и требования, предъявляемые к микрофонам, используемым в громкоговорящих УСВ, если они допускают тестирование отдельно от УСВ, а само УСВ имеет вход для подключения внешнего микрофона.

Приведенные испытания относятся к проверке одиночных внешних микрофонов (направленных или ненаправленных, пассивных или активных) и не распространяются на микрофонные решетки, использующие дополнительную обработку сигналов (формирования луча диаграммы направленности, очистку от шумов и т.п.).

Если микрофон входит в комплект УСВ, представленного на сертификацию, проведение измерений данного раздела не является обязательным.

Требования к акустическим измерениям, проводимым при испытаниях, установлены в [23].

Испытания микрофонов проводят сначала в стандартных условиях заглушенной звукомерной камеры, а затем в салоне ТС на выбранном для микрофона месте (см. [23]).

Д.2 Измерения в заглушенной звукомерной камере

Целью измерений, проводимых в заглушенной звукомерной камере, является измерение исходных параметров микрофонов в стандартных акустических условиях свободного звукового поля без влияния на их характеристики акустики салона ТС, места крепления и ориентации микрофона. Испытания проводят с применением контрольного громкоговорителя с низким уровнем собственных электромеханических искажений.

Д.3 Чувствительность микрофона

Д.3.1 Процедура измерения чувствительности микрофона УСВ обязательна. Чувствительность измеряют в заглушенной звукомерной камере, а затем проверяют при размещении микрофона в салоне ТС. Требования к чувствительности микрофона УСВ определяет производитель УСВ. Требования по унификации чувствительности УСВ в соответствии с ГОСТ 33464 носят рекомендательный характер.

Д.3.2 Требования

Чувствительность микрофона на частоте 1 кГц, измеренная в направлении максимума его диаграммы направленности, должна быть равна значению, определенному производителем УСВ. Для обеспечения взаимозаменяемости микрофонов рекомендуется унифицировать чувствительность микрофонов для УСВ на уровне 300 мВ/Па  3 дБ.

Д.3.3 Способ измерения

1) Измерения должны быть проведены в условиях свободного звукового поля с использованием схемы, приведенной на рисунке 2.

2) Тестируемый микрофон размещают на расстоянии 1 м на линии, проходящей через центр измерительного громкоговорителя.

3) Акустический тестовый сигнал представляет собой синусоидальный сигнал частотой 1 кГц и УЗД, равным 0 дБПа в точке расположения микрофона для невозмущенного звукового поля при отсутствии микрофона.

4) Тестируемый микрофон ориентируют на громкоговоритель по максимуму диаграммы направленности (выходного напряжения).

5) Чувствительность микрофона определяют в мВ/Па.

Примечание - Допустимо в качестве тестового сигнала использовать узкополосный (третьоктавный) шумовой сигнал со средней частотой 1 кГц и УЗД, равным 0 дБПа.

Д.4 Частотная характеристика микрофона

Д.4.1 Требования

Частотная характеристика микрофона УСВ, измеренная в условиях свободного звукового поля, должна лежать в пределах допусков, приведенных в таблице Д.1 для узкополосных УСВ, и в таблице Д.2 - для широкополосных УСВ.

Таблица Д.1 - Частотная характеристика микрофонов для узкополосных УСВ

Частота, Гц	Верхняя граница, дБ	Нижняя граница, дБ
200	0	-
250	0	-
315	0	-14
400	0	-13
500	0	-12
630	0	-11
800	0	-10
1000	0	-8
1300	+ 2	-8
1600	+ 3	-8
2000	+ 4	-8
2500	+ 4	-8
3100	+ 4	-8
4000	+ 4	-

Таблица Д.2 - Частотная характеристика микрофонов для широкополосных УСВ

Частота, Гц	Верхний предел, дБ	Нижний предел, дБ
100	0	-
125	0	-
200	0	-14
315	0	-13
400	0	-12
500	0	-11
630	0	-10
1000	+ 0	-8
1300	+ 2	-8
1600	+ 3	-8
2000	+ 4	-8
3100	+ 4	-8
4000	+ 4	-8
8000	+ 4	-

АЧХ микрофона должна быть плоской в диапазоне от 200 Гц до 4 кГц для узкополосных и от 100 Гц до 7 кГц для широкополосных УСВ.

Д.4.2 Способ измерения

1) Измерения должны быть проведены в условиях свободного звукового поля с использованием схемы, приведенной на рисунке 2.

2) Тестируемый микрофон размещают на расстоянии 1 м на линии, проходящей через центр измерительного громкоговорителя.

3) Акустические тестовые сигналы представляют собой синусоидальные сигналы заданных частот с УЗД, равными 0 дБПа в точке расположения микрофона для невозмущенного звукового поля при отсутствии микрофона.

4) Тестируемый микрофон ориентируют на громкоговоритель по максимуму выходного напряжения на частоте 1 кГц.

5) Чувствительность микрофона для всех частот определяют в мВ/Па.

Д.5 Уровень гармонических искажений микрофона

Д.5.1 Требования

Полный коэффициент гармонических искажений микрофона для тестовых синусоидальных сигналов с УЗД, равным 0 дБПа, должен быть не более 1 %.

Д.5.2 Способ измерения

1) Измерения должны быть проведены в условиях свободного звукового поля с использованием схемы, приведенной на рисунке 2.

2) Тестируемый микрофон размещают на линии, проходящей через центр измерительного громкоговорителя.

3) Акустические тестовые сигналы представляют собой синусоидальные сигналы частотами 300 Гц, 500 Гц и 1 кГц для узкополосных УСВ и 300 Гц, 500 Гц, 1 кГц и 2 кГц - для широкополосных УСВ и УЗД, равным 0 дБПа в точке расположения микрофона для невозмущенного звукового поля при отсутствии микрофона.

4) Тестируемый микрофон ориентируют на громкоговоритель по максимуму ДН на частоте 1 кГц.

5) Полный коэффициент гармонических искажений микрофона определяют в процентах для каждой из частот. Измерение проводят в рабочей полосе частот УСВ.

Примечания

1 Предварительно, с помощью измерительного микрофона, необходимо проверить, что сам контрольный громкоговоритель на данных частотах при данном УЗД имеет искажения меньше, чем у тестируемого микрофона.

2 Необходимо убедиться, что при УЗД ниже 0 дБПа искажения микрофона УСВ также не превышают заданного значения.

Д.6 Максимальный уровень звукового давления

Д.6.1 Максимальный УЗД микрофона УСВ определяют как уровень, ограниченный гармоническими искажениями микрофона.

Д.6.2 Требования

Максимальный УЗД, ограниченный искажениями микрофона, равными 3 % для тестового сигнала с частотой 1 кГц, должен быть не менее 12 дБПа (106 дБ SPL) для микрофонов с типовой чувствительностью 300 мВ/Па.

Д.6.3 Способ измерения

1) Измерения должны быть проведены в условиях свободного звукового поля с использованием схемы, приведенной на рисунке 2.

2) Тестируемый микрофон размещают на линии, проходящей через центр измерительного громкоговорителя.

3) Акустический тестовый сигнал представляет собой синусоидальный сигнал частотой 1 кГц и с плавно повышаемым УЗД, пока уровень искажений микрофона не достигнет 3 %.

4) Тестируемый микрофон ориентируют на громкоговоритель по максимуму ДН.

5) УЗД в точке расположения микрофона для невозмущенного звукового поля при отсутствии микрофона выражают в дБ SPL или дБПа (см. приложение Ж).

Примечания

1 Предварительно, с помощью измерительного микрофона, необходимо проверить, что сам контрольный громкоговоритель на данной частоте при данных УЗД имеет искажения меньше, чем у тестируемого микрофона.

2 При правильной конструкции микрофона его максимальный УЗД ограничен не механической конструкцией, а электрическими искажениями, возникающими вследствие ограничения в измерительной схеме. Для микрофона чувствительностью 300 мВ/Па при УЗД, равном 106 дБ SPL, размах V _pp синусоидального сигнала на выходе достигает 3,3 В.

Д.7 Собственный шум микрофона

Д.7.1 Требования

Собственный шум микрофона при чувствительности 300 мВ/Па должен быть не более минус 72 дБВ(А) [допустимо - не более минус 66 дБВ(А) при условии, что шум микрофона не ухудшает показатели уровня шума УСВ на передачу].

Д.7.2 Способ измерения

1) Тестовый сигнал не используют.

2) Питание микрофона необходимо осуществлять от источника с низким уровнем собственных шумов.

3) Собственный шум микрофона измеряют на выходе схемы, приведенной на рисунке 2, в диапазоне частот между 100 Гц и 4 кГц, используя псофометрическое частотное взвешивание по кривой А.

4) Собственный шум выражают в дБВ(Д).

Примечание - Необходимо убедиться, что окружающий акустический шум ниже, чем эквивалентный собственный шум микрофона, выраженный в дБ SPL (см. приложение Ж).

Д.8 Пространственная избирательность

Д.8.1 Пространственную избирательность микрофона описывают его диаграммой направленности, характеризующей зависимость чувствительности микрофона от угла падения плоской звуковой волны.

Отношение фронт/тыл - это отношение между чувствительностью в направлении максимума диаграммы направленности микрофона к чувствительности в направлении минимума диаграммы направленности, измеренное на частоте 1 кГц и выраженное в децибелах.

Д.8.2 Требования

Для достижения необходимого подавления фонового шума в салоне ТС рекомендуемое отношение фронт/тыл должно быть не менее 10 дБ.

Примечание - Конечный выигрыш по значению ОСШ зависит от места крепления и ориентации микрофона в салоне ТС. При нерациональном размещении остронаправленный микрофон может иметь худшие результаты по сравнению со слабонаправленным.

Д.8.3 Способ измерения

1) Измерения должны быть проведены в условиях свободного звукового поля с использованием схемы, приведенной на рисунке 2.

2) Тестируемый микрофон размещают на расстоянии 1 м на линии, проходящей через центр измерительного громкоговорителя.

3) Акустический тестовый сигнал представляет собой синусоидальный сигнал с частотой 1 кГц и УЗД, равным 0 дБПа в точке расположения микрофона для невозмущенного звукового поля при отсутствии микрофона.

4) Для первого измерения тестируемый микрофон ориентируют на громкоговоритель по максимуму ДН. Для второго измерения тестируемый микрофон ориентируют на громкоговоритель по минимуму ДН. Если точное положение минимума неизвестно, оно должно быть определено с помощью вращения микрофона.

5) Отношение фронт/тыл определяют в децибелах.

Д.9 Измерения в салоне ТС

Цель измерений, проводимых в салоне ТС, - это выбор наилучшего места расположения микрофона УСВ, его ориентации и оценка влияния акустики салонов ТС на его параметры. Испытания проводят с применением устройства "искусственный рот", расположенного в голове манекена HATS.

Д.9.1 Выбор расположения микрофона в салоне ТС

Оптимальное расположение микрофона индивидуально для каждого типа ТС и должно быть выбрано экспериментальным путем на основе общих рекомендаций:

1) микрофон должен быть расположен как можно ближе к диктору, так чтобы находиться в ближней зоне его акустического поля (обычно не дальше 50-100 см), в которой прямой звуковой луч имеет энергию больше, чем суммарная энергия отраженных лучей, и уровень реверберации низок. Это условие значительно влияет на разборчивость речи и ее спектральный состав;

2) энергия прямого луча голоса диктора обратно пропорциональна квадрату расстояния до микрофона, а энергия акустического шума не зависит от расстояния до диктора, поэтому увеличение расстояния приводит к понижению ОСШ для речевого сигнала. Одиночный микрофон, расположенный близко к диктору, может иметь лучшее ОСШ, чем микрофонная решетка, расположенная дальше от него;

3) между микрофоном и ртом диктора не должно быть препятствий. Препятствия уменьшают ОСШ и усиливают реверберацию;

4) направление максимума диаграммы направленности микрофона должно в среднем совпадать с направлением на рот диктора;

5) микрофон УСВ должен быть защищен от прямых потоков воздуха в салоне ТС, возникающих от приоткрытых окон, системы кондиционирования и пр.;

6) микрофон УСВ должен быть защищен от ограничения (насыщения), вызываемого близким расположением динамиков, особенно низкочастотных, вибрацией воздуха в салоне ТС из-за работы двигателя, перепадов давления;

7) микрофон УСВ должен быть хорошо подвешен, чтобы исключить попадание в канал передачи шума за счет вибрации корпуса ТС.

При измерении параметров микрофона в салоне ТС рекомендуется использовать питание микрофона от сети ТС или от УСВ.

Д.10 Чувствительность микрофона в салоне ТС

Д.10.1 Чувствительность микрофона измеряют в соответствии с [23], в салоне ТС проверяют, что используемый микрофон и место его размещения в салоне ТС позволяют развивать необходимое напряжение на входе УСВ. Требования к номинальному входному уровню УСВ определяет производитель УСВ. Требования по унификации номинального входного уровня в соответствии с ГОСТ 33464 носят рекомендательный характер.

Д.10.2 Требования

Для акустического сигнала с уровнем звукового давления в точке MRP, равным 0 дБПа, рекомендуемый уровень сигнала на выходе микрофона должен быть 19 мВ  3 дБ, что эквивалентно чувствительности микрофона 300 мВ/Па и измерению, проводимому в заглушенной звукомерной камере на расстоянии 50 см между микрофоном и точкой MRP.

Учитывая возможные отличия в чувствительности микрофонов, в их акустическом дизайне и расположении в салоне данное требование может быть скорректировано производителем УСВ.

Д.10.3 Способ измерения

1) Измерения в салоне ТС должны быть проведены с использованием схемы, приведенной на рисунке 2.

2) Акустический тестовый сигнал представляет собой узкополосный (третьоктавный) шумовой сигнал со средней частотой 1 кГц и УЗД, равным 0 дБПа в контрольной точке рта MRP.

3) Выходное напряжение микрофона измеряют в милливольтах.

Д.11 Частотная характеристика микрофона в салоне ТС

Д.11.1 Частотную характеристику микрофона определяют в соответствии с [23], в салоне ТС проверяют, что используемый микрофон и место его размещения позволяют соблюдать требуемые допуски АЧХ на передачу для УСВ с учетом влияния акустики салона ТС.

Д.11.2 Требования

Частотную характеристику микрофона в ТС проверяют от контрольной точки рта MRP до электрического выхода измерительной схемы, приведенной на рисунке 2.

Требования к относительным допускам на АЧХ микрофонов в салоне ТС для узкополосных УСВ в направлении передачи приведены в таблице Д.3, а для широкополосных УСВ - в таблице Д.4. Для промежуточных частот можно использовать линейную интерполяцию в двойном логарифмическом масштабе.

Таблица Д.3 - Частотная характеристика микрофонов для узкополосных УСВ

Частота, Гц	Верхний предел, дБ	Нижний предел, дБ
200	0	-
250	0	-
315	0	-14
400	0	-13
500	0	-12
630	0	-11
800	0	-10
1000	0	-8
1300	2	-8
1600	3	-8
2000	4	-8
2500	4	-8
3100	4	-8
4000	4	-

Таблица Д.4 - Частотная характеристика микрофонов для широкополосных УСВ

Частота, Гц	Верхний предел, дБ	Нижний предел, дБ
100	4	-
300	4	-4
1000	4	-4
5000	8,5	-4
6300	9	-7
8000	9	-

АЧХ чувствительности микрофона для УСВ должна быть плоской в диапазоне от 200 Гц до 4 кГц для узкополосных и от 100 Гц до 7 кГц для широкополосных УСВ. Более предпочтительной может быть АЧХ, осуществляющая дополнительное частотное взвешивание, например завал АЧХ в сторону НЧ и небольшой подъем на ВЧ в пределах указанных допусков.

Д.11.3 Способ измерения

1) Измерения в салоне ТС должны быть проведены с использованием схемы, приведенной на рисунке 2.

2) Акустический тестовый сигнал представляет собой искусственный голос в соответствии с [8], периодический широкополосный шумовой сигнал или CS сигнал в соответствии с [18]. Искусственный рот должен быть откалиброван и выровнен в точке MRP. УЗД тестового сигнала в точке HATS-HFRP устанавливают равным минус 28,7 дБПа (уровень, усредненный на всей длине тестового сигнала).

3) Спектральную плотность мощности тестового сигнала, измеренную в точке MRP, используют как исходную при расчете АЧХ УСВ в направлении передачи.

4) Частотную характеристику чувствительности микрофона определяют в третьоктавных частотных полосах (см. [16]) в диапазоне частот от 100 Гц до 4 кГц для узкополосных УСВ и в диапазоне от 100 Гц до 8 кГц - для широкополосных УСВ. Для расчета уровня сигнала в каждой частотной полосе используют усреднение на всей длине тестового сигнала.

5) Чувствительность микрофона выражают в дБВ/Па (см. приложение Ж).

Д.12 Направленные свойства микрофона в салоне ТС

Д.12.1 Требования

Рекомендуемое улучшение ОСШ для речи водителя в шумах, обеспечиваемое направленными свойствами микрофоном УСВ, должно быть не менее 3 дБ по сравнению с ненаправленным широкополосным микрофоном, расположенным в том же месте после учета влияния различий в частотном взвешивании сигналов.

Д.12.2 Способ измерения

1) Внешние условия тестирования должны соответствовать разделу 6. Измерения в салоне ТС должны быть проведены с использованием схемы, приведенной на рисунке 2.

2) Должны быть протестированы все типы внешних акустических шумов, в соответствии со сценариями, приведенным в таблице Г.1. Шумы должны быть включены не менее чем за 5 с до начала проведения измерений для того, чтобы было время для адаптации алгоритмов шумопонижения (см. [8]), если они используются.

3) Сначала в направлении передачи включают только мешающий шумовой сигнал с заданным УЗД, который записывается на выходе измерительной схемы, приведенной на рисунке 2. Для расчета уровня шума (обозначаемого LN_hft_mic) используют частотное взвешивание по кривой А и усреднение в полосе частот между 200 Гц и 4 кГц для узкополосной УСВ и в полосе частот между 100 Гц и 8 кГц для широкополосной УСВ. Уровень шума выражают в дБВ/Па(А) (см. приложение Ж).

4) Затем в направлении передачи подают только полезный сигнал (без шума). В качестве сигнала используется CSS (см. [11]) с длительностью более двух элементарных последовательностей. Для расчета уровня речи (обозначаемого LS_hft_mic) используется частотное взвешивание по кривой А и усреднение в полосе частот между 200 Гц и 4 кГц для узкополосной УСВ и в полосе частот между 100 Гц и 8 кГц для широкополосной УСВ. Уровень речи выражают в дБВ/Па(А), (см. приложение Ж).

5) Для полезного сигнала (без шума) определяют реальную частотную характеристику микрофона УСВ на передачу в соответствии с Д.2.2, которую запоминают и используют в дальнейшем для нормирования.

6) Для микрофона УСВ рассчитывают ОСШ, определяемое как: SNR_hft_mic = LS_hft_mic минус LN_hft_mic.

7) Ненаправленный измерительный микрофон с плоской частотной характеристикой размещают как можно ближе к микрофону УСВ. Используя CSS сигнал как и для микрофона УСВ, для ненаправленного микрофона проводят измерения его реальной частотной характеристики, которая затем взвешивается на частотную характеристику микрофона УСВ, полученную на этапе 5. Это необходимо для того, чтобы различия в частотном взвешивании двух микрофонов не влияли на сравнение их направленных свойств.

8) Этапы 3)-4) повторяют, используя ненаправленный микрофон с учетом дополнительного взвешивания его АЧХ. Измеренный уровень для шума обозначают как LN_omni_mic, а для речи - LS_omni_mic.

9) Для ненаправленного микрофона рассчитывают ОСШ, определяемое как SNR_omni_mic = LS_omni_mic минус LN_omni_mic.

10) Улучшение ОСШ для направленного микрофона по сравнению с ненаправленным оценивается как SNR_hft_mic минус SNR_omni_mic.