Содержание и порядок выполнения лабораторных работ.

4. Содержание и порядок выполнения лабораторных работ.

4.1. Определение параметров измерительных преобразователей акустических сигналов.

- В процессе выполнения данного пункта лабораторной работы требуется экспериментально определить амплитудно-частотные характеристики громкоговорителей и электретного микрофона. Электретный микрофон и шумомер АТТ-9000 установлены на измерительном штативе с одинаковым направлением чувствительных элементов. Выход схемы электретного микрофона подключается к осциллографу. Измерительный стенд устанавливается на градусный круг. Перед проведением измерений, проверить настройки параметров измерительного оборудования.

Для генератора:

§ используется выход №1 (CH1);

§ форма выходного сигнала - синусоидальная (SINE);

§ амплитуда выходного сигнала – 24В (AMPL);

§ смещение средней линии выходного сигнала – 0В (OFSET)

Для осциллографа:

§ используемый вход №1;

§ отображение сигналов без постоянной составляющей: Coopling/AC;

§ включено ограничение частоты дискретизации: 20 MHz BW/Limit On;

§ используемый режим входа: Probe/1x;

§ режим временной развертки: 800 мкс, автоматическая;

§ режим амплитудной развертки: 1 mV.

Для проведения измерений необходимо включить шумомер и подключить к схеме электретного микрофона гальванический элемент типа «Крона». Работоспособность гальванического элемента индицируется свечением красного светодиода. Для проведения измерений, преподавателем выдается 2 громкоговорителя из набора. При проведении измерений громкоговорители и измерительный штатив с шумомером и схемой с электретным микрофоном располагаются на расстоянии 1,5м. Перед проведением измерений необходимо для дальнейшей обработки результатов зафиксировать уровень акустического фона в помещении . Это измерение производится при выключенном генераторе (или при отключенном от выхода генератора измерительном кабеле).

- Подключить к генератору GFG-3015 громкоговоритель №1. Громкоговоритель №1 направить на измерительный стенд. Выходной сигнал генератора установить максимально возможным. На генераторе установить частоту 250 Гц.

-Зафиксировать для обработки результатов уровень акустического давления по показаниям шумомера и уровень сигнала с выхода схемы электретного микрофона .

- Последовательно поворачивая измерительный штатив с шагом 15º, аналогично зафиксировать для обработки результатов уровни акустического давления по показаниям шумомера , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , и уровни сигнала со схемы электретного микрофона , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , .

- Провести аналогичные измерения для громкоговорителя №1, устанавливая на генераторе частоты 250Гц, 500Гц, 1000Гц, 2000Гц, 4000Гц. В процессе проведения измерений, необходимо стремиться к тому, чтобы измеряемый сигнал занимал максимально большую часть экрана. Для этого может потребоваться изменение величины амплитудной развертки. В результате должны быть зафиксированы следующие данные для уровней звукового давления: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , для частоты 500 Гц, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , для частоты 1000 Гц, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , для частоты 2000 Гц, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , для частоты 4000 Гц, и для уровней сигнала с выхода схемы электретного микрофона: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , для частоты 500 Гц, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , для частоты 1000 Гц, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , для частоты 2000 Гц, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , для частоты 4000 Гц.

- Подключить к генератору GFG-3015 громкоговоритель №2. Громкоговоритель №2 направить на измерительный стенд. Выходной сигнал генератора не изменять (установлен максимально возможный). На генераторе установить частоту 250 Гц. Повторить измерения для всех значений центральных частот октавных полос и положений измерительного стенда в пространстве.

Обработка результатов измерений.

Определение амплитудно-частотной характеристики громкоговорителей. Уровень звукового давления громкоговорителя на разных частотах определяется по формулам: и , где xxx – значение центральной частоты октавной полосы в которой производилось измерение. Полученные данные необходимо нормировать. Для этого, максимальное из всех значений для обоих громкоговорителей принимается за 1 и остальные значения, делятся на максимальное измеренное значение. В качественном виде форма амплитудно-частотных характеристик громкоговорителей показана на рис. 4.1.1. Отображение результатов измерений может отличаться от показанного на рис. 4.1.1.

Рис. 4.1.1. Пример формы амплитудно-частотных характеристик громкоговорителей.

Определение характеристики направленности микрофона.

Характеристика направленности (диаграмма направленности) определяется на основании результатов измерений акустических сигналов от одного динамика (указывается преподавателем). Параллельно определяется зависимость формы характеристики направленности от частоты по формуле: , где xxx – значение центральной частоты октавной полосы в которой производилось измерение, yyy – значение угла, при котором производилось измерение, z – номер динамика. Результаты вычислений должны быть оформлены в виде графика в полярных координатах. В качественном виде, результат вычислений должен выглядеть, как показано на рис. 4.1.2. Отображение результатов измерений может отличаться от показанного на рис. 4.1.2.

Рис. 4.1.2. Характеристика направленности микрофона.

4.2. Измерение акустических характеристик помещения.

- в процессе выполнения данного пункта практикума будет измеряться время реверберации на двух частотах. Конкретные значения частот указываются преподавателем в начале выполнения работы. Для формирования акустических сигналов используется активная колонка со встроенным усилителем. Место расположения активной колонки совпадет с предыдущей работой. Место расположения точки для которой производится измерение времени реверберации указывается преподавателем. Для формирования импульсных сигналов используется специальный модуль – схема управления. Перед проведением измерений, установить настройки параметров измерительного оборудования.

Для генератора:

§ используется выход №1 и выход №2 (CH1, CH2);

§ форма выходного сигнала выход №1 - синусоидальная (SINE);

§ амплитуда выходного сигнала – 24В (AMPL);

§ смещение средней линии выходного сигнала выход №1 – 0В (OFSET)

§ форма выходного сигнала выход №2 – прямоугольная с регулируемой скважностью (Restangle);

§ амплитуда выходного сигнала – 12В (AMPL);

§ значение скважности 4% от периода следования (частота импульсного сигнала для разных частот: для 500Гц – 2 Гц, для 1000 Гц – 4 Гц, для 2000 Гц – 8 Гц, для 4000 Гц – 16 Гц);

§ смещение средней линии выходного сигнала – 10В (OFSET)

Для осциллографа:

§ используемый вход №1;

§ отображение сигналов без постоянной составляющей: Coopling/AC;

§ включено ограничение частоты дискретизации: 20 MHz BW/Limit On;

§ используемый режим входа: Probe/1x;

§ режим временной развертки: 40 мс, автоматическая

§ режим амплитудной развертки: 1 mV.

§ используемый вход №2;

§ отображение сигналов без постоянной составляющей: Coopling/AC;

§ включено ограничение частоты дискретизации: 20 MHz BW/Limit On;

§ используемый режим входа: Probe/10x;

§ режим временной развертки: 40 мс, автоматическая

§ режим амплитудной развертки: 1 V.

- установить измерительный стенд в месте, для которого определяется значение времени реверберации (указывается преподавателем). Ориентация микрофона должна соответствовать информации из теоретической части. Собрать измерительную схему в соответствующими требованиями:

§ выходной кабель электретного микрофона подключить к входу №1 осциллографа;

§ кабель, обозначенный на корпусе модуля управления «Сигнал», подключить к выходу генератора №1;

§ кабель, обозначенный на корпусе модуля управления «Коммутация» подключить к выходу генератора №2 через тройник;

§ второй выход тройника подключить переходным коаксиальным кабелем к входу №2 осциллографа;

§ кабель, обозначенный на корпусе модуля управления «Выход», подключить к входу «R» активной колонки.

- установить на генераторе параметры сигналов для проведения измерения времени реверберации на первой заданной частоте.

- включить питание электретного микрофона измерительного стенда и питание активной колонки. Уровень громкости, на активной колоне, установить таким, чтобы полный размах сигнала от электретного микрофона занимал весь экран осциллографа.

- используя переключатель выбора время/деление, добиться того, чтобы на экране осциллографа отображалось не менее двух периодов следования сигнала.

- в момент, когда на экране осциллографа будут присутствовать два периода сигнала зафиксировать изображение, нажав «RUN/STOP».

- изменяя значение цены деления время/деление определить максимальную и минимальную амплитуду сигнала в течении периода следования: , и длительность интервала времени между этими значениями: .

- после завершения фиксации результатов измерений повторно нажать «RUN/STOP», для включения режима отображения реального сигнала.

- повторить измерения для второй заданной частоты. В результате должны быть получены: , , .

Обработка результатов измерений.

- определить величину затухания акустических сигналов для каждой частоты: , .

- считая зависимость уменьшения акустических сигналов от времени, представленных в логарифмический форме, линейной, определить время, по истечении которого отраженный сигнал для каждой частоты станет меньше максимального на 60 дБ: , .

4.3. Измерение коэффициента звукопоглощения разных материалов.

- в процессе выполнения работы будет производиться измерение коэффициента звукопоглощения двух разных образцов материала на разных частотах акустических сигналов. Процесс измерения основан на методе акустического волновода. Перед проведением измерений, установить настройки параметров измерительного оборудования.

Для генератора:

§ используется выход №1 (CH1);

§ форма выходного сигнала - синусоидальная (SINE);

§ амплитуда выходного сигнала – 10В (AMPL);

§ смещение средней линии выходного сигнала – 0В (OFSET)

Для осциллографа:

§ используемый вход №1;

§ отображение сигналов без постоянной составляющей: Coopling/AC;

§ включено ограничение частоты дискретизации: 20 MHz BW/Limit On;

§ используемый режим входа: Probe/1x;

§ режим временной развертки: 4 мс, автоматическая;

§ режим амплитудной развертки: 500 mV.

- установить в свободный конец акустического волновода крышку с образцом материала №1. Подключить выход подвижной части измерительного стенда к осциллографу. Подключить элемент питания типа «Крона» к подвижному элементу стенда. Исправность элемента питания контролируется по наличию свечения красного светодиода, расположенного на подвижной части внутри акустического волновода. Подключить выход №1 генератора к акустическому излучателю входящему в состав акустического волновода. Установить частоту выходных сигналов генератора 250Гц. Перемещая подвижный элемент измерительного стенда зафиксировать максимальное и минимальное значение амплитуды сигнала в акустическом волноводе , .

- Установить частоту выходных сигналов генератора 500Гц. Время развертки осциллографа уменьшить до значения 2 мс. Перемещая подвижный элемент измерительного стенда зафиксировать максимальное и минимальное значение амплитуды сигнала в акустическом волноводе , .

- Установить частоту выходных сигналов генератора 1000Гц. Время развертки осциллографа уменьшить до значения 1 мс. Перемещая подвижный элемент измерительного стенда зафиксировать максимальное и минимальное значение амплитуды сигнала в акустическом волноводе , .

- Установить частоту выходных сигналов генератора 2000Гц. Время развертки осциллографа уменьшить до значения 0,5 мс. Перемещая подвижный элемент измерительного стенда зафиксировать максимальное и минимальное значение амплитуды сигнала в акустическом волноводе , .

- Установить частоту выходных сигналов генератора 400Гц. Время развертки осциллографа уменьшить до значения 0,25 мс. Перемещая подвижный элемент измерительного стенда зафиксировать максимальное и минимальное значение амплитуды сигнала в акустическом волноводе , .