Приложение А (обязательное). Общие методы проверки пригодности заглушенных камер и полузаглушенных камер

Приложение А
(обязательное)

Общие методы
проверки пригодности заглушенных камер и полузаглушенных камер

А.1 Общие положения

Пригодность камеры оценивают в аттестационных испытаниях, сравнивая наблюдаемый в ней пространственный спад звукового давления, создаваемого испытательным источником шума, с теоретической обратно пропорциональной зависимостью звукового давления от квадрата расстояния от источника в свободном звуковом поле или в свободном звуковом поле над звукоотражающей плоскостью.

Примечание - Проверку пригодности рекомендуется выполнять каждый раз после замены звукопоглощающих элементов (облицовки) на стенах камеры, а также периодически с интервалом, не превышающим пять лет.

А.2 Средства измерений и оборудование

А.2.1 Общие положения

Измерительная система, включая микрофоны и соединительные кабели, должна удовлетворять требованиям к средствам измерений класса 1 по IEC 61672-1:2002. Применяемые частотные фильтры должны соответствовать требованиям к фильтрам класса 1 по IEC 61260:1995.

А.2.2 Испытательный источник звука

А.2.2.1 Общие положения

В процедурах проверки применяют источник шума, который можно считать точечным во всем рассматриваемом диапазоне частот. Он должен удовлетворять требованиям А.2.2.2 и, кроме того, быть:

a) малых размеров с известным положением акустического центра, которое используется как начало координат при определении траекторий перемещения микрофона по А.3.3;

b) ненаправленным (чтобы энергия звуковой волны, падающей на внутренние поверхности камеры, была приблизительно пропорциональна площади этих поверхностей);

c) достаточно мощным (чтобы обеспечить во всем рассматриваемом диапазоне частот превышение уровня звукового давления над уровнем фонового шума на 10 дБ в каждой точке траектории перемещения микрофона);

d) высокостабильным (чтобы мощность излучаемого шума не изменялась в процессе измерений, пока микрофон перемещается по заданной траектории).

Выбор источника шума, отвечающего вышеуказанным требованиям, осуществляет лаборатория, проводящая аттестационные испытания. Чтобы охватить весь диапазон частот испытаний, может потребоваться применение нескольких источников шума. При этом каждый такой источник в своем диапазоне частот испытаний должен удовлетворять требованиям настоящего пункта и А.2.2.2.

Во время измерений по каждой из траекторий перемещения микрофона уровень звуковой мощности испытательного источника шума (вместе с генератором сигналов и устройством усиления) в каждой из третьоктавных полос диапазона частот испытаний не должен изменяться более чем на  0,5 дБ. Соответствие данному требованию можно проверить, выполняя повторные измерения уровней звуковой мощности в полосах частот на интервале времени, соответствующем типичной траектории перемещения микрофона, и сравнивая полученные результаты измерений.

Для подтверждения стабильности излучения целесообразно использовать дополнительный контрольный микрофон, устанавливаемый в произвольной точке камеры, чтобы наблюдать изменения уровней звукового давления, создаваемого испытательным источником шума, в процессе испытаний.

А.2.2.2 Направленность излучения звука

Излучение испытательного источника шума должно быть распределено равномерно по всем направлениям в пределах допусков, приведенных в таблице А.1. Проверку соблюдения данного требования выполняют следующим образом (при этом следя, чтобы траектория перемещения микрофона не проходила через узлы звуковых волн, создаваемых источником шума).

Испытательный источник шума устанавливают посередине камеры. Создаваемый источником уровень шума должен быть приблизительно таким же, как и при аттестационных испытаниях. Определяют сферическую систему координат таким образом, чтобы ее центр (r = 0) совпадал с акустическим центром испытательного источника шума, а плоскость, определяемая значением зенитного угла  = 90°, совпадала с жесткой поверхностью пола в случае заглушенной камеры со звукоотражающим полом или была параллельна плоскостям пола и потолка в случае заглушенной камеры (см. рисунок А.1). Плоскость, определяемая значением азимутального угла  = 0° (или 90°, 180°, 270°), должна быть параллельна стенам камеры (в предположении, что камера имеет форму прямоугольного параллелепипеда). Выполняют измерения уровней звукового давления в третьоктавных полосах частот вдоль окружности радиуса r = 1,5 м при  = 0° и значениях , равных 80°, 60°, 40° и 20°, а в случае источника, используемого для проверки заглушенных камер, дополнительно при значениях , равных 100°, 120°, 140° и 160°. Затем измерения при тех же значениях повторяют при значениях , равных 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270° и 315°. Всего должно быть проведено 32 измерения для полузаглушенной камеры и 64 измерения для заглушенной камеры. Для каждой из третьоктавных полос определяют средний уровень звукового давления по всем выполненным измерениям, а также максимальное положительное и отрицательное отклонение от этого значения (все в децибелах). Если отклонения не превышают предельных значений, указанных в таблице А.1, то источник шума считают пригодным для аттестационных испытаний. В качестве контрольной точки для проверки стабильности излучения может быть использована точка непосредственно над источником шума ( = 0°), однако результаты измерений в этой точке не используют для проверки направленности излучения.

Таблица А.1 - Допустимые отклонения при проверке направленности источника шума

Вид камеры	Среднегеометрическая частота третьоктавной полосы, Гц	Допустимые отклонения, дБ
Заглушённая камера	630	1,5
	От 800 до 5000	2,0
	От 6300 до 10 000	2,5
	> 10 000	5,0
Полузаглушенная камера	630	2,0
	От 800 до 5000	2,5
	От 6300 до 10 000	3,0
	> 10 000	5,0

Рисунок А.1 - Положение микрофонов на поверхности сферы при проверке направленности излучения источника шума

Оценка направленности источника шума может быть выполнена в другой камере (например, про которую известно, что в ней выполнены условия свободного звукового поля в диапазоне частот испытаний), чем та, которую проверяют на пригодность в соответствии с настоящим приложением.

Испытательные источники шума, пригодные для аттестационных испытаний заглушенных и полузаглушенных камер, описаны в [30]-[34].

Для аттестационных испытаний полузаглушенных камер удобно иметь небольшое углубление в центре пола, в которое может быть установлен источник шума так, чтобы его излучающая поверхность находилась в плоскости пола.

На частотах ниже 800 Гц может быть использован источник шума, удовлетворяющий требованиям [1]. Другим возможным источником может быть электродинамический громкоговоритель в герметичном корпусе с размерами менее /10, где - длина волны излучения.

На частотах вплоть до 10 кГц подходящим источником может быть акустически экранированный излучатель компрессионного типа с коническим рупором. Для испытаний на частотах свыше 4 кГц диаметр выходного отверстия рупора должен быть не более 10 см. Чем ниже частота, тем больше может быть диаметр выходного отверстия. Использование длинного рупора (до 1,5 м) позволяет удалить головку громкоговорителя от выходного отверстия, что снижает эффект экранирования поля источником шума и улучшает акустические характеристики звукового поля за счет повышения плотности акустических мод.

Соблюдение требований настоящего подпункта особенно важно при измерениях уровня звукового давления в начале траектории перемещения микрофона (см. А.4.2) на расстоянии 0,5 м от источника. По мере удаления в область дальнего поля излучение источника становится все более ненаправленным. Различие в направленности источника в областях ближнего и дальнего поля затрудняет выполнение аттестации камеры.

А.3 Установка испытательного источника шума и микрофонов

А.3.1 Заглушенная камера

Испытательный источник шума устанавливают так, чтобы его акустический центр находился как можно ближе к центру камеры и совпадал, насколько это возможно, с центром сферической измерительной поверхности.

А.3.2 Полузаглушенная камера

А.3.2.1 Общие положения

Испытательный источник шума устанавливают так, чтобы его акустический центр совпадал, насколько это возможно, с центром полусферической измерительной поверхности и находился предпочтительно в центре пола камеры.

Испытательный источник устанавливают на звукоотражающем полу камеры таким образом, чтобы акустический центр источника располагался как можно ближе к звукоотражающему полу, но в любом случае на высоте не более 150 мм. Желательно, чтобы высота акустического центра источника над полом не превышала /10 для всех частот диапазона частот испытаний, где - длина звуковой волны. Для такой установки удобно использовать углубление в полу камеры (см. А.2.2.2).

А.3.2.2 Размеры звукоотражающей плоскости

Расстояние от краев звукоотражающей плоскости до окружности, представляющей собой проекцию на плоскость полусферической измерительной поверхности, должно быть равно по крайней мере /4, где - длина звуковой волны, соответствующей низшей частоте диапазона частот испытаний, но не менее 0,75 м.

А.3.2.3 Коэффициент звукопоглощения звукоотражающей плоскости

Коэффициент звукопоглощения звукоотражающей плоскости должен быть не менее 0,06 на всех частотах диапазона частот испытаний.

Примечание - Установленному требованию к коэффициенту звукопоглощения будут удовлетворять, например, тяжелый бетонный пол или легкая конструкция с поверхностной плотностью 20 кг/м² и более (при условии отсутствия значительных резонансов конструкции или воздушных масс), уложенные на эластичный герметизирующий слой.

А.3.3 Траектории перемещения микрофона

Траектории перемещения микрофона находятся на лучах, исходящих из геометрического центра измерительной поверхности (сферической или полусферической) в разных направлениях. Число траекторий должно быть не менее пяти. Основные траектории лежат на лучах, направленных к углам камеры (где под углом понимают пересечение двух стен и потолка или двух стен и пола камеры), а также в направлениях, перпендикулярных поверхностям стен (или потолка) камеры. Число основных траекторий, направленных к углам камеры, должно быть равно трем. Еще одна основная траектория должна быть направлена к поверхности ближайшей стены (потолка или пола). Для заглушенной камеры три выбранных угла, к которым направлены траектории перемещения микрофона, должны располагаться в рабочей области камеры, т.е. в той ее части, которую обычно используют для выполнения измерений. Если рабочая область для данной камеры не определена, то углы выбирают таким образом, чтобы их вершины лежали в одной плоскости, проходящей через центр камеры. В случае полузаглушенной камеры не следует выбирать траектории под углом менее 20° к звукоотражающей поверхности пола.

Центр измерительной поверхности должен находиться внутри огибающего параллелепипеда для данного испытательного источника шума, а неопределенность положения центра (его возможное отклонение от акустического центра источника) не должна превышать 200 мм.

После установки испытательного источника шума его ориентация должна сохраняться неизменной во время измерений с перемещением микрофона по всем выбранным траекториям.

Если положение акустического центра испытательного источника шума точно неизвестно, то в качестве такого центра должна быть выбрана представительная точка. Эту точку используют в дальнейшем только в целях определения положений микрофона в ходе проверки пригодности камеры. Действительное положение акустического центра источника определяют по А.4.3.1.

А.4 Проведение испытаний

А.4.1 Воспроизводимый шум

Испытательный источник шума, соответствующий требованиям А.2.2, излучает звук последовательно на дискретных частотах, распределенных по всему диапазону частот испытаний. Анализ излученного звука проводят последовательно в третьоктавных полосах частот. В областях ниже 125 Гц и выше 4000 Гц частоты излучения совпадают со среднегеометрическими частотами третьоктавных полос, а в диапазоне от 125 до 4000 Гц - со среднегеометрическими частотами октавных полос (т.е. в этом диапазоне анализ проводят не во всех третьоктавных полосах).

Если предполагается, что в данной камере будут проводить испытания только источников широкополосного шума, то в процессе испытаний вместо источника чистых тонов можно использовать источник, излучающий случайный шум в широкой полосе частот.

С целью ускорения испытаний допускается вместо последовательного воспроизведения чистых тонов одновременно воспроизводить несколько тонов, частотный интервал между которыми превышает ширину соответствующей третьоктавной (октавной) полосы. При использовании широкополосного случайного шума продолжительность измерений должна быть достаточной для получения установившегося значения уровня звукового давления.

А.4.2 Измерения уровня звукового давления

При воспроизведении каждого испытательного сигнала микрофон перемещают по траекториям, указанным в А.3.3. Измерение уровня звукового давления по каждой траектории начинают в точке, отстоящей на 0,5 м от акустического центра испытательного источника шума, и заканчивают на расстоянии, равном или превышающем радиус измерительной поверхности, которую предполагается использовать в данной камере. Для каждой из траекторий измерения выполняют не менее чем в 10 равноотстоящих друг от друга точках (т.е. всего число точек измерений должно быть не менее 50). Кроме того, расстояние между соседними точками не должно быть более 0,1 м.

Допускается выполнять измерения при медленном непрерывном перемещении микрофона вдоль траектории, регистрируя изменяющиеся уровни звукового давления.

Следует принять меры, чтобы предотвратить отражение звука от элементов системы перемещения микрофона.

Поскольку при измерениях случайного шума требуется большее время усреднения, непрерывное перемещение микрофона рекомендуется только для испытаний с использованием чистых тонов.

А.4.3 Определение отклонений от теоретической зависимости

А.4.3.1 Подгонка теоретической кривой обратной квадратичной зависимости под результаты испытаний

По результатам измерений, выполненных в соответствии с А.4.2, оценивают параметры теоретической зависимости уровня звукового давления L_р(r_i), дБ, от расстояния r_i, м, от i точки измерений до испытательного источника шума, которая имеет вид

,

(А.1)

где а - параметр, определяемый звуковой мощностью испытательного источника шума, м;

r₀ - параметр, представляющий собой смещение акустического центра вдоль траектории перемещения микрофона от точки, принятой за начало координат (центр измерительной поверхности в виде сферы или полусферы), от которого отсчитывают расстояние r_i, м.

Неизвестные параметры а и r₀ рассчитывают по формулам:

,

,

где ;

L_pi - уровень звукового давления в i точке измерений, дБ;

М - число точек измерений вдоль каждой траектории перемещения микрофона в области, где предполагается соблюдение закона обратной квадратичной зависимости (точки на концах траекторий могут быть исключены из рассмотрения).

Примечание 1 - Если положение акустического центра испытательного источника шума известно точно (см. А.2.2), то можно ожидать, что начало координат каждой траектории будет совпадать с этим акустическим центром, т.е. r₀ = 0. Если при этом полученная в результате расчетов оценка r₀ превысит 200 мм, то это может свидетельствовать о наличии проблем либо с аттестуемой камерой, либо с испытательным источником шума.

Примечание 2 - Неизвестные параметры а и r₀ рассчитывают по точкам в начале траекторий (вблизи испытательного источника шума), после чего формулу (А.1) применяют для всех расстояний r_i в аттестуемой камере. Определение параметров а и r₀ по данным измерений, на которые сильное влияние оказывают отражения в камере, может привести к неприемлемым результатам. На частотах ниже 100 Гц применять формулу (А.1) также следует с осторожностью, поскольку для этих частот область ближнего поля шире.

Допускается использовать другие методы анализа данных при условии, что они позволят определить теоретические значения L_p(r_i), соответствующие зависимости (А.1), в точках измерений.

Если измерения были выполнены с непрерывным перемещением микрофона по траекториям, то оценку параметров зависимости (А.1) осуществляют по записи зависимости уровня звукового давления от расстояния. По этой записи формируют выборку отсчетов, взятых в точках на равном расстоянии друг от друга. Расстояние между точками должно соответствовать А.4.2.

А.4.3.2 Вычисление отклонений от теоретической кривой

Отклонения , дБ, полученных в результате измерений уровней звукового давления в точках измерений от теоретической обратной квадратичной зависимости вычисляют по формуле:

,

(А.2)

где L_pi - уровень звукового давления в i точке измерений, дБ;

L_p(r_i) - значение, рассчитанное по формуле (А.1), с подставленными в нее оценками а и r₀, дБ.

А.5 Критерий пригодности аттестуемой камеры

Результаты расчетов по формуле (А.2) не должны превышать значений, приведенных в таблице А.2.

Примечание - Камера, проверяемая на пригодность для измерения чистых тонов, может быть более дорогой по конструкции и процедуре проверки, чем камера, предназначенная только для измерений в третьоктавных полосах частот случайного шума.

Отклонения, указанные в таблице А.2, определяют максимальное пространство вокруг испытуемого источника шума, в пределах которого может быть выбрана измерительная поверхность. Если определенная таким образом измерительная поверхность лежит вне ближнего звукового поля испытуемой машины, то она пригодна для определения уровней звуковой мощности и уровней звуковой энергии в соответствии с настоящим стандартом.

Таблица А.2 - Максимально допустимые отклонения измеренных уровней звукового давления от теоретического значения, рассчитанного по закону обратной квадратичной зависимости

Вид камеры	Среднегеометрическая частота третьоктавной полосы, Гц	Допустимое отклонение, дБ
Заглушённая камера	630	1,5
	От 800 до 5000	1,0
	6300	1,5
Полузаглушенная камера	630	2,5
	От 800 до 5000	2,0
	6300	3,0

Эти отклонения определяют также диапазон частот, в котором могут быть проведены измерения в соответствии с настоящим стандартом. Если критерий пригодности камеры соблюдается не для всех частот в интервале от 100 до 10 000 Гц (см. 3.11), то выполненные в ней измерения не будут в полном соответствии с настоящим стандартом. Если пригодность камеры подтверждена для измерений в более узком диапазоне частот, то измерения могут быть проведены по настоящему стандарту, а их результаты отражены в протоколе испытаний, если:

a) суженный диапазон частот без пропусков покрывается третьоктавными полосами, в которых критерий по таблице А.2 соблюдается;

b) суженный диапазон частот указан в протоколе испытаний;

c) в протоколе испытаний отсутствует формулировка, что измерения выполнены в полном соответствии с настоящим стандартом, и такая формулировка не подразумевается.