---

ГОСТ Р МЭК 61094-3-2001

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственная система обеспечения
единства измерений

МИКРОФОНЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ

Первичный метод градуировки по свободному полю лабораторных эталонных микрофонов методом взаимности

ГОССТАНДАРТ РОССИИ

Москва

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Всероссийским научно-исследовательским институтом физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ), Техническим комитетом по стандартизации ТК 206 «Эталоны и поверочные схемы»

ВНЕСЕН Управлением метрологии Госстандарта России

2 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 1 августа 2001 г. №311-ст

3 Настоящий стандарт представляет собой аутентичный текст международного стандарта МЭК 61094-3-95 «Микрофоны измерительные. Первичный метод градуировки по свободному полю лабораторных эталонных микрофонов методом взаимности»

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

СОДЕРЖАНИЕ

ГОСТ Р МЭК 61094-3-2001

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственная система обеспечения единства измерений

МИКРОФОНЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ

Первичный метод градуировки по свободному полю лабораторных
эталонных микрофонов методом взаимности

State system for ensuring the uniformity of measurements. Measurement microphones. Primary method for free-field calibration of laboratory standard microphones by the reciprocity technique

Дата введения 2002-07-01

1 Область применения

Настоящий стандарт:

- распространяется на лабораторные эталонные микрофоны (далее - микрофоны), удовлетворяющие требованиям МЭК 61094-1, и на микрофоны других типов. Микрофоны, полностью удовлетворяющие требованиям МЭК 61094-1 и снабженные специальным адаптером, могут быть градуированы в соответствии с настоящим стандартом со снятым адаптером;

- устанавливает первичный метод определения чувствительности микрофонов по свободному полю, позволяющий получить воспроизводимость и необходимую точность при измерении звукового давления в условиях свободного поля;

- предназначен для применения в лабораториях, в которых работает высококвалифицированный персонал и которые оснащены специализированным оборудованием.

2 Нормативные ссылки

Следующие нормативные документы содержат положения, на которые имеются ссылки в настоящем стандарте и которые входят в состав этого стандарта. Поскольку все нормативные документы периодически пересматриваются, рекомендуется применять последние издания нормативных документов, указанных ниже. Перечни действующих международных стандартов имеются в соответствующих национальных организациях МЭК и ИСО.

МЭК 27-72¹⁾ Обозначения в электротехнике. Часть 2. Телекоммуникация и электроника

МЭК 50(801)-94¹⁾ Международный электротехнический словарь (IEV). Глава 801. Акустика и электроакустика

МЭК 61094-1-95¹⁾ Микрофоны измерительные. Часть 1. Микрофоны лабораторные эталонные. Технические требования

МЭК 61094-2-95¹⁾ Микрофоны измерительные. Часть 2. Первичный метод градуировки по давлению лабораторных эталонных микрофонов методом взаимности

ИСО 9613-1-93¹⁾ Акустика. Затухание звука при распространении в окружающей среде. Часть 1. Расчет поглощения звука атмосферой

¹⁾ Стандарты МЭК, ИСО - во ВНИИКИ Госстандарта России.

3 Определения

Определения - по МЭК 27, МЭК 50(801), МЭК 61094-1, МЭК 61094-2, ИСО 9613-1 и дополнительные термины со следующими определениями:

обратимый микрофон: Линейный пассивный микрофон, для которого импеданс холостого хода в обратном направлении и передаточный импеданс в прямом направлении равны по значению.

фазовый угол чувствительности микрофона по свободному полю: Фазовый угол на данной частоте для плоской синусоидальной бегущей волны для определенного направления распространения звука при данных внешних условиях между напряжением холостого хода и звуковым давлением в точке расположения акустического центра микрофона до помещения его в звуковое поле, градус или радиан (...° или рад).

акустический центр микрофона-преобразователя: Акустический центр микрофона-преобразователя в режиме излучения на данной частоте синусоидального сигнала и для определенного направления и расстояния есть точка, из которой расходятся волны с фронтом, близким к сферическому, на поверхности в окрестности точки наблюдения.

Примечания

1 В этом случае акустический центр обратимого микрофона-преобразователя при приеме звука и при излучении звука остается одним и тем же.

2 Определение справедливо для звуковых полей со сферическим или почти сферическим волновым фронтом.

эквивалентный точечный преобразователь: Преобразователь, который, будучи помещен в акустическом центре микрофона, воспроизводит характеристики данного микрофона в режимах приема и передачи в данном направлении и диапазоне расстояний.

электрический передаточный импеданс: Для системы, состоящей из двух акустически связанных микрофонов, - это отношение напряжения холостого хода микрофона-приемника к входному току микрофона-излучателя, ом (Ом).

Примечание - Этот импеданс определяют для конструкции заземленного экрана, указанной в 7.2 МЭК 61094-1.

акустический передаточный импеданс: Для системы, состоящей из двух акустически связанных микрофонов, - это отношение звукового давления, действующего на мембрану микрофона-приемника, к объемной скорости, производимой микрофоном-излучателем, в режиме короткого замыкания, паскаль-секунда на кубический метр (Па∙с/м³).

главная ось микрофона: Прямая, проходящая через акустический центр микрофона и перпендикулярная к мембране микрофона.

условия свободного поля: Условия, при которых звуковая волна может распространяться свободно без каких-либо возмущений.

4 Опорные внешние условия

Температура _{= 23,0 °С.}

Статическое давление _{= 101325 Па.}

Относительная влажность _{= 50 %.}

Примечание - Опорное значение температуры 23 ^о С выбрано из практических соображений, требующих проведения градуировки преимущественно при данной или близкой по значению температуре.

5 Принципы градуировки по свободному полю методом взаимности

5.1 Общие сведения

Градуировка микрофонов методом взаимности может быть выполнена 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 в качестве приемника звука.

5.1.1 Общие принципы градуировки при использовании трех микрофонов

Предполагают, что два микрофона акустически связаны в свободном поле. Используя один из них как источник звука, а другой как приемник звука, измеряют электрический передаточный импеданс. Если акустический передаточный импеданс такой системы известен, то можно найти произведение чувствительностей по свободному полю двух связанных микрофонов. Используя парные комбинации микрофонов (1), (2) и (3), получают три независимых произведения, из которых можно вывести уравнение чувствительности по свободному полю каждого из трех микрофонов.

5.1.2 Общие принципы градуировки при использовании двух микрофонов и вспомогательного источника звука

Во-первых, предполагают, что два микрофона акустически связаны между собой в свободном поле. Определяют произведение чувствительностей по свободному полю этих двух микрофонов (см. 5.1.1). Во-вторых, предполагают, что на оба микрофона воздействует одинаковое звуковое давление от вспомогательного источника звука в свободном поле. Тогда отношение двух выходных напряжений будет равно отношению чувствительностей по свободному полю этих микрофонов. Таким образом из произведения и отношения чувствительностей по свободному полю этих двух микрофонов можно определить чувствительность по свободному полю каждого из двух микрофонов.

Примечание - Чтобы получить отношение чувствительностей по свободному полю, можно использовать метод непосредственного сравнения, а вспомогательным источником звука может быть третий микрофон, размеры и акустические характеристики которого отличаются от таковых у градуируемых микрофонов.

5.2 Основные уравнения

Лабораторные эталонные и подобные им микрофоны можно рассматривать как обратимые, и поэтому систему из двух уравнений для этих микрофонов можно записать в виде

_{; (1)}

где _{- звуковое давление на мембране микрофона;}

_{- напряжение на электрических контактах микрофона;}

_{- объемная скорость акустической части (мембраны) микрофона;}

_{- сила тока, протекающего через электрические контакты микрофона;}

_{- электрический импеданс микрофона при заторможенной мембране;}

_{- акустический импеданс электрически ненагруженного микрофона;}

_{- передаточные импедансы в обратном и прямом направлениях;}

_{- чувствительность микрофона по давлению.}

Уравнения (1) можно переписать в виде

_{; (1a)}

которые и являются уравнениями взаимности для микрофона.

Если звуковое давление распределено неравномерно по всей поверхности мембраны, что будет на высоких частотах при размещении микрофона в поле плоской бегущей волны, то положение акустической части определяют так же, как положение эквивалентного точечного преобразователя, имитирующего микрофон. В этом случае уравнение (1) будет также справедливо для реального микрофона при специальной интерпретации _{(5.4 и 5.5).}

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 сравнению с импедансом нагрузки, импеданс, через который подают с генератора калибровочное напряжение известного значения.

Предполагают, что звуковое давление и калибровочное напряжение 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 Характеристики по свободному полю микрофона-приемника

Предполагают, что микрофон помещен в свободном поле плоской бегущей волны со звуковым давлением_{. Эквивалентная схема такого микрофона дана на рисунке 1, где - звуковое давление при заторможенной мембране, - действующее звуковое давление на акустическом входе микрофона, - акустический импеданс излучения микрофона.}

Допускают, что _{связано соотношением}

_,

где _{- коэффициент дифракции, который зависит от частоты и угла падения волны, действующей на мембрану.}

Значение _{зависит от геометрической формы микрофона.}

Поскольку_{, то систему из двух уравнений для микрофона (1 а) можно представить в виде}

_{; (2)}

и, исходя из основного определения, можно получить для чувствительности микрофона по свободному полю уравнение

_{; (3)}

Из уравнения (3) видно, что чувствительность по давлению отличается от чувствительности по свободному полю, и это отличие определяется не только геометрической формой микрофона через коэффициент дифракции _{, но и отношением акустического импеданса микрофона к импедансу излучения.}

5.5 Характеристики по свободному полю микрофона-излучателя

Предполагают, что микрофон работает как излучатель в условиях свободного поля. Эквивалентная схема такого микрофона дана на рисунке 2.

Поскольку_{, то систему из двух уравнений для микрофона (1) можно записать в виде}

_{, (4)}

_,

так что

_.

Исходя из основного принципа взаимности, можно установить, что в удаленной точке эквивалентный точечный преобразователь будет действовать как точечный источник с производительностью _{, а звуковое давление на расстоянии d от эквивалентного точечного источника будет}

_{, (5)}

где _{- комплексный коэффициент распространения.}

1 - микрофон

Рисунок 1 - Эквивалентная схема микрофона-приемника в свободном поле

1- микрофон

Рисунок 2 - Эквивалентная схема микрофона-излучателя в свободном звуковом поле

Примечание - Вывод уравнения (5) основан на возможности представления микрофона в виде эквивалентной схемы с сосредоточенными параметрами [см. уравнение (1)]. Более строгий вывод можно получить из интегральной формы уравнений, описывающих микрофон.

5.6 Метод взаимности

Предполагают, что два микрофона (1) и (2) с чувствительностями по свободному полю _{и 2 расположены напротив друг друга в свободном поле, причем их главные оси совпадают. В условиях свободного поля ток , проходящий через электрические контакты микрофона (1), вызовет на расстоянии от акустического центра микрофона давление , значение которого определяют по формуле (5). Если в звуковое поле поместить микрофон (2) и допустить, что взаимодействие между двумя микрофонами отсутствует, то напряжение холостого хода на выходе микрофона (2) будет}

Скачать бесплатно