Расчет поправочного коэффициента D_н приведен в приложении А.

5.6 Поправка на капиллярность трубки

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

Акустический импеданс на входе открытой капиллярной трубки Z_a,c определяют по формуле

Z_a,c = Z_a,ttg(gl_c), (5)

где Z_a,t - комплексный акустический волновой импеданс бесконечной трубки, Па×с/м³;

l_c - длина трубки, м.

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

_{, (6)}

где п - число одинаковых капиллярных трубок;

Z¢¢_а,12 - акустический передаточный импеданс Z¢_a,12 с поправкой на теплопроводность согласно 5.5.

Значения реальной и мнимой частей акустического импеданса на входе Z_a,c для открытой капиллярной трубки приведены в приложении Б.

5.7 Окончательные уравнения для чувствительности по давлению

5.7.1 Метод с использованием трех микрофонов

Обозначают электрический передаточный импеданс U₂/i₁ через Z_е,12 и вводят аналогичные обозначения для оставшейся пары микрофонов.

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

_{. (7)}

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

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

5.7.2 Метод с использованием двух микрофонов и вспомогательного источника звука

Если используют только два микрофона и вспомогательный источник звука, то окончательное уравнение для модуля чувствительности по давлению будет иметь вид

_{, (8)}

где отношение двух чувствительностей по давлению измеряют путем сравнения при размещении напротив дополнительного источника (см. 5.1.2).

6 Факторы, влияющие на чувствительность по давлению

6.1 Общие сведения

Чувствительность конденсаторного микрофона по давлению зависит от напряжения поляризации и от внешних условий. Более того, при определении чувствительности предполагают, что при измерениях должны быть выполнены некоторые требования: достаточно хороший контроль внешних условий при градуировке с тем, чтобы получить достаточно малые составляющие общей неопределенности.

6.2 Напряжение поляризации

Чувствительность конденсаторного микрофона приблизительно пропорциональна напряжению поляризации, и поэтому в протоколе градуировки должно быть указано действительное значение поляризации. Рекомендованное МЭК 61094-1 напряжение поляризации равно 200,0 В.

6.3 Стандартная конфигурация заземленного экрана

В соответствии с 3.3 МЭК 61094-1 напряжение холостого хода должно быть измерено на электрических контактах микрофона методом замещения напряжения, описанным в 5.3, при подключении к стандартной конструкции заземленного экрана. Требования к конфигурации заземленного экрана для лабораторных эталонных микрофонов указаны в МЭК 61094-1.

Аналогичная конструкция заземленного экрана должна быть использована при градуировке как для микрофона-приемника, так и для микрофона-излучателя, а экран должен быть подключен к нулевому потенциалу.

При использовании другой конструкции результаты градуировки должны быть приведены к стандартной конструкции заземленного экрана.

Если изготовитель указывает максимальное механическое усилие, которое можно прилагать к центральному электрическому контакту микрофона, тот этот предел нельзя превышать.

6.4 Распределение давления по мембране

При определении чувствительности по давлению 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 обычно микрофон более чувствителен к звуковому давлению в центре мембраны.

В цилиндрических камерах связи, описанных в приложении В, волновое движение будет как продольным, так и радиальным. 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 является прямым круговым цилиндром.

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. Хотя радиального волнового движения невозможно избежать из-за отличия распределения по скорости микрофона-излучателя от идеального поршня, все же камеры связи, диаметр которых равен диаметру мембраны микрофона, будут меньше всего подвержены радиальному волновому движению и менее всего чувствительны к несовершенству геометрической формы полости, чем камеры связи с диаметром, большим 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.

6.5 Зависимость от внешних условий

6.5.1 Статическое давление

Акустическое сопротивление и масса газа между мембраной и неподвижным электродом, податливость полости за мембраной и, следовательно, чувствительность по давлению зависят от статического давления. Эта зависимость является функцией от частоты. Ее можно определить для микрофона путем градуировки методом взаимности при различных статических давлениях.

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

6.5.2 Температура микрофона

Любой лабораторный эталонный микрофон будет чувствителен к температуре. Эта зависимость является функцией частоты.

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

Примечание - Если микрофон подвергнуть большим изменениям температуры, то это может привести к изменению его чувствительности.

6.5.3 Влажность

Хотя термодинамическое состояние воздуха в полости за мембраной микрофона слегка зависит от влажности, но ее влияние на чувствительность лабораторных эталонных микрофонов в отсутствие конденсации не прослеживается.

Примечание - Поверхностное сопротивление изоляции материала между неподвижным электродом и корпусом микрофона может ухудшиться под влиянием большой влажности, особенно если материал загрязнен (7.4). Поверхностное сопротивление имеет заметное влияние на чувствительность микрофона на низких частотах, особенно на фазовую чувствительность.

6.5.4 Атмосферные условия

В протоколе градуировки микрофонов чувствительность по давлению должна быть приведена к опорным внешним условиям, если имеются достоверные поправочные данные.

Условия, при которых проводили градуировку, должны быть внесены в протокол.

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 по давлению и упомянутым в разделе 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 имеются различные методы, но ни одному из них нельзя отдать предпочтение. Напряжение питания, используемое для микрофона-излучателя, должно быть таким, чтобы влияние гармоник на неопределенность в измерении чувствительности по давлению было мало по сравнению со случайной неопределенностью измерений. Шумы или другие помехи (такие как перекрестные помехи) акустического или другого происхождения не должны чрезмерно влиять на чувствительность по давлению. Для улучшения отношения сигнал/шум можно использовать полосовые фильтры.

7.3 Акустический передаточный импеданс

7.3.1 Общие сведения

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

7.3.2 Размеры камеры связи

Форма и размеры полости собранной камеры связи должны удовлетворять требованиям 6.4. Пока наибольшие размеры камеры связи малы по сравнению с длиной звуковой волны в газе, звуковое давление будет достаточно однородным в камере 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.

Примеры применяемых камер связи даны в приложении В.

Примечания

1 Цилиндрические камеры связи, используемые в диапазоне частот, где размеры камеры не малы по сравнению с длиной волны, должны быть изготовлены с особой тщательностью, чтобы предотвратить возбуждение асимметричных звуковых полей.

2 Влияние асимметричного распределения звукового поля на микрофон можно обнаружить изменяя взаимное положение камеры связи и микрофонов, например поворачивая каждый микрофон вокруг своей оси ступенями на некоторый угол. Если при этом электрический передаточный импеданс изменяется, то это влияние следует принять во внимание при оценке неопределенности.

3 Если камера связи заполнена не воздухом, а другим газом, то необходимо предотвратить утечку этого газа в полость за мембраной путем герметизации контактирующих поверхностей тонким слоем вакуумной смазки. При диффузии газа через мембрану градуировка микрофона данным способом невозможна, так как чувствительность микрофона становится непредсказуемой.

7.3.3 Передняя полость

Лабораторные эталонные микрофоны перед мембраной имеют углубление. Объем этой передней полости является частью общего геометрического объема V камеры связи в уравнении (3). Глубины этих передних полостей также влияют на длину l_o 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 камерах связи плоской волны (приложение Д). Легко определить, что измеренный объем передней полости будет отличаться от объема, рассчитанного на основании поперечного сечения S_о камеры связи и глубины передней полости. Это связано с тем, что диаметр передней полости может немного отличаться от диаметра камеры связи, а передняя полость может иметь на внутренней стенке резьбу, которая не позволяет точно определить диаметр полости, и здесь же может быть дополнительное кольцеобразное воздушное пространство, образующее полость вблизи края мембраны микрофона. Если имеется хорошая герметизация между стенкой передней полости микрофона и мембраной, дополнительный объем полости, добавляемый к объему, рассчитанному исходя из поперечного сечения S_о камеры связи и глубины передней полости, мал и его можно прибавить к эквивалентному объему микрофона при использовании уравнения (4). Это можно сделать, поскольку Z_a,1 и Z_a,2 и импеданс дополнительного объема образуют параллельное соединение импедансов. Если дополнительный объем большой и, по всей вероятности, находится позади плоскости мембраны (например, когда микрофон временно используют с адаптером, чтобы удовлетворять требованиям МЭК 61094-1), то радиус камеры связи должен быть согласован с этим объемом.

Примечания

1 Дополнительный объем в некоторых случаях может быть отрицательным.

2 Точность, с которой должны быть измерены размеры полости, зависит от допустимого значения общей погрешности измерения объема используемой камеры связи и от частоты.

7.3.4 Акустический импеданс

Акустический импеданс микрофона зависит от частоты и определяется, в основном, натяжением мембраны, слоем воздуха, заключенным позади мембраны, и геометрией неподвижного электрода. В первом приближении акустический импеданс можно выразить, с точки зрения эквивалентной схемы, в виде последовательно соединенных податливости, массы и сопротивления. Альтернативно эту эквивалентную схему можно описать через податливость, частоту резонанса и через коэффициент потерь. Податливость нередко выражают в виде реальной части эквивалентного объема на низкой частоте (3.8.1 МЭК 61094-1).

Акустический импеданс Z_a каждого микрофона составляет основную часть акустического передаточного импеданса Z_a,12 системы и определяет погрешность при оценке влияния Z_a на точность градуировки в целом, и особенно на высоких частотах.

Методы определения акустического импеданса описаны в приложении Д.

Примечание - Точность, с которой должны быть измерены параметры микрофона, зависит от допустимого значения общей погрешности измерения объема используемой камеры связи и от частоты.