Сайт "Cner"

При изготовлении и налаживании всевозможных радиотехнических устройств измерениям отводится почётное, а порой и основное место. Современный радиоприёмник, любительский передатчик, магнитофон и даже самый простой усилитель НЧ трудно наладить без измерительной аппаратуры. Если электро- и радиотехнические измерения достаточно хорошо освоены большей частью радиолюбителей-конструкторов, то методика акустических измерений и необходимые для этого измерительные приборы еще не стали достоянием радиолюбителей и даже в производственной технологии не всегда широко и надлежащим образом применяются. Поэтому довольно часто отлично выполненная и налаженная радиотехническая часть устройства, имеющая достаточно высокие параметры, работает на акустическую систему, выполненную вслепую.

В радиолюбительской литературе обычно все параметры приводятся только для радиотехнической части, кончая выходными зажимами усилителя, с рекомендацией типа громкоговорителя, предусмотренного для работы совместно с этим усилителем. При этом совершенно забывается, что параметры громкоговорителя обладают большими разбросами, а иногда радиолюбители применяют громкоговорители, параметры которых совершенно не известны. В настоящее время в связи с широким применением акустических агрегатов, систем объёмного и псевдостереофонического звучания акустические измерения приобретают всё большее значение. Их внедрение в практику даст возможность создания установок, объективные свойства которых могут проверяться и отлаживаться целиком по звуковому давлению. Это, несомненно, приведёт к значительному повышению качества звуковоспроизведения. Громкоговорители всех видов, а также агрегаты, характеризуются рядом параметров, определяющих их качество и эффективность работы. Основными из них являются: номинальная мощность, среднее звуковое давление (чувствительность), диапазон и степень равномерности частотной характеристики, допустимые нелинейные (амплитудные)  искажения, направленность излучения и входное сопротивление.

Наиболее просто может быть измерено входное сопротивление и этим измерением не следует пренебрегать. Знать достаточно точно это сопротивление нужно для того, чтобы правильно согласовать его с выходным каскадом усилителя НЧ, а при работе нескольких громкоговорителей всех их между собой, а также с разделительными звеньями (фильтрами) в случае двухполосных систем и агрегатов. По частотной характеристике входного или полного электрического сопротивления громкоговорителя можно определить основную резонансную частоту подвижной системы, а также качество её подвеса.

Измерения частотной характеристики проводят на низших частотах в диапазоне от 20 до 500-1000 гц через 5-10 гц в начале диапазона, затем через 50-100 гц (смотря по ходу характеристики) при подведении к громкоговорителю небольшого (около 1 в) напряжения от генератора звуковой частоты (ЗГ). Измерения могут быть проведены либо по методу вольтметра-амперметра (рис.1а), где сопротивление рассчитывается по закону Ома, либо по методу замещения с помощью магазина сопротивлений (рис. 1б). В последнем случае величина дополнительного сопротивления r должна быть в 10-20 раз больше максимальной ориентировочной величины внутреннего сопротивления, измеряемого громкоговорителя. Величину сопротивления R подбирают такой, чтобы показания вольтметра были одинаковы в обоих положениях переключателя.

Изобразив результаты измерений в виде графика (рис.2),  можно узнать частоту собственного резонанса по положению пика, а качество подвеса по ходу графика. Острый одиночный пик и ровный ход характеристики говорят о хорошем упругом подвесе, а волнистость и двугорбый пик указывают на малую упругость подвеса, способность к дребезжанию, перегрузке и т.п. (подробнее см. статью автора в журнале "Радио" №2 за 1956 год).

Для соблюдения единства акустических измерений и испытаний, а также для эффективного контроля качества выпускаемой промышленностью аппаратуры, разработаны и введены в действие Государственные стандарты и методы акустических испытаний радиовещательных приёмников (ГОСТ 5881-51) и методы электроакустических испытаний микрофонов и громкоговорителей (ГОСТ 7323-55).

Акустические испытания должны проводиться в специально приспособленном заглушенном помещении, обладающем хорошей звукоизоляцией от внешних шумов, которые могли бы исказить результаты измерений. Такими помещениями - звукомерными камерами - обладают далеко не все промышленные предприятия, выпускающие электроакустическую аппаратуру, тем более недоступны они радиолюбителям. Однако если не претендовать на точность, а ограничиться только некоторыми ориентировочными сравнительными измерениями, позволяющими судить лишь о порядке величин, - можно проводить их и в обычном помещении.

Для проведения акустических измерений необходимо иметь звуковой генератор, ламповый милливольтметр и измерительный микрофон. Блок-схема (рис.3) прибора, служащего для измерения звуковых давлений, весьма проста. Он состоит из микрофона (М), измерительного усилителя (У), измерительного прибора (И). Параметры микрофона должны быть стабильными, а размеры небольшими, чтобы не искажать звукового поля в месте, где измеряется звуковое давление. Большие размеры микрофона будут вызывать значительные погрешности измерений на высших частотах. Чувствительность микрофона должна быть достаточно высокой, а частотная характеристика широкополосной и равномерной. В радиолюбительской практике можно применить отечественный динамический микрофон МД-35 или МД-35А. Параметры этого микрофона следующие: рабочий диапазон частот 50-10000 гц с неравномерностью +/- 4 дБ, внутреннее сопротивление 250 Ом, средняя чувствительность на номинальной нагрузке, равной внутреннему сопротивлению, порядка 0,18-0,2 мв/бар. Размеры микрофона: диаметр 50 мм и длина 97 мм. Частотная характеристика этого микрофона изображена на рис.4 (сплошной линией), там же для сравнения дана характеристика (пунктиром) высококачественного конденсаторного микрофона.

Вместо усилителя и измерительного прибора можно использовать ламповый милливольтметр с чувствительностью 118:40 18.06.20170-30 мв на всю шкалу и дополнительный входной трансформатор с коэффициентом трансформации 25-50. Микрофон должен иметь длинный экранированный кабель (1,5-2 м и больше), чтобы при измерениях его можно было расположить подальше от измерительного усилителя.

Собранный измеритель звукового давления желательно проградуировать в единицах звукового давления - барах, что, однако, возможно только в специальных лабораториях. Для сравнительных оценок измерения шкалу прибора следует проградуировать в дБ.

Измерения акустических параметров необходимо производить при полной тишине, в отсутствии людей, не принимающих в них участие. Окна и двери помещения, где производятся измерения, должны быть плотно закрыты. Уровень звукового давления, который должен развивать громкоговоритель или агрегат во время измерений должен быть на 25-30 дБ больше, чем уровень шума в помещении.

Для снижения влияния отраженных звуковых волн, которые могут в значительной степени исказить результаты измерений, микрофон следует располагать не далее 25-30 см от основания диффузора громкоговорителя или фронтальной стороны щита приёмника, агрегата и т.д.

Чтобы представлять себе картину распределения звукового давления (так называемое звуковое поле) следует учесть, что она резко меняется в зависимости от размеров и заглушенности помещения, т.е. наличия в нём всяких звукопоглощающих материалов или предметов (ковры, шторы, мягкая мебель), а также людей. На рис. 5 показана запись воспроизводимого громкоговорителем уровня звукового давления в узком диапазоне частот в гулком помещении (рис. 5а) и в заглушенной комнате (рис. 5б). Разница в числе и глубине провалов и пиков - очевидна. Кроме того, на низших частотах частотная характеристика звукового поля зависит от места расположения громкоговорителя в комнате. Это показано на рис. 6, где кривая "а" относится к громкоговорителю установленному в углу прямоугольного помещения, "б" - в середине стены на уровне пола, "в" - в середине стены на уровне её высоты.

Из сказанного выше следует, что при измерениях следует строго придерживаться первоначального размещения и не менять в процессе работы расположения, как измеряемого объекта (агрегат или громкоговоритель в щите и т.п.), так и всех предметов и вещей в комнате.

Измерение частотной характеристики громкоговорителя производится согласно функциональной схемы (рис.7).

Контроль с помощью осциллографа (О) поможет следить за перегрузкой громкоговорителя и избежать её. Расстояние от громкоговорителя (измеряется от гофра диффузора) до диафрагмы микрофона должно быть 25 см. Рабочая ось громкоговорителя и микрофона устанавливается точно по одной прямой, проходящей перпендикулярно основанию диффузора.

Громкоговоритель должен быть установлен в его нормальном оформлении (ящике или щите). При необходимости предварительного контрольного испытания громкоговорителя допускается применение квадратного акустического экрана (щита) размером 600х600 мм с несимметричной установкой в нём громкоговорителя. При частоте 1000 Гц устанавливается напряжение на клеммах громкоговорителя, соответствующее 0,1 ва, и это напряжение поддерживается постоянным на всех частотах. Измерения производятся на частотах рабочего диапазона громкоговорителя или агрегата, указанных в ГОСТ 7323-55 или в ТУ.

Результаты измерения записываются и пересчитываются относительно показания  прибора на частоте 1000 Гц, которое принимается за нуль. Результаты измерения вычерчиваются в виде графика. По этому графику можно рассчитать неравномерность частотной характеристики в Дб, которая определяется как разность наибольшего и наименьшего значения. При подсчете, согласно того же ГОСТ, исключаются резкие пики и провалы, для которых отношение значения частоты к ширине пика или провала в Гц больше 10 в диапазоне до 200 Гц включительно, больше 15 в диапазоне 200-800 Гц и больше 20 в диапазоне выше 800 Гц.

Измерения двухполосных систем проводятся относительно частоты (fср), которая рассчитывается по формуле:



где f_гр - граничные частоты для низкочастотной полосы или верхняя граничная частота для высокочастотного звена, f_разд - частота разделения полос.

Для удобства расчёта частота f_ср округляется до ближайшего значения кратного 100 или 1000.

Измерения параметров громкоговорителя можно проводить и совместно с усилителем или радиоприёмником. Это особенно бывает удобно и необходимо в случае, если звуковой генератор имеет недостаточную мощность. В этом случае его выход подсоединяют ко входу усилителя или к гнездам звукоснимателя приёмника.

Если производятся сравнительные измерения нескольких громкоговорителей, то обработка результатов должна проводиться относительно данных для 1000 Гц одного из них, условно принимаемого за образцовый. Но переменное напряжение на звуковой катушке каждого громкоговорителя поддерживается свое - соответствующее 10% номинальной мощности и зависящее от внутреннего сопротивления громкоговорителя на частоте 1000 Гц.

Характеристика направленности громкоговорителя измеряется в пределах 180 градусов через каждые 15 градусов, измерительный же микрофон остается неподвижным. В условиях жилой комнаты необходимо иметь реальную диаграмму направленности с учетом окружающей обстановки. Поэтому следует измерять не характеристику направленности, а распределение звукового поля в помещении путем перемещения измерительного микрофона относительно громкоговорителя или агрегата по дуге с разными радиусами от 0,25 до 1 м и отмечая показания прибора через 25-30 градусов. Эти измерения следует проводить на частотах 400, 1000, 2000, 5000, 10000 Гц. Таким путем можно найти лучшее размещение для звуковоспроизводящей системы по наименьшим отклонениям от среднего значения звукового давления.

Нелинейные искажения громкоговорителя можно приближенно оценивать с помощью осциллографа (О), включенного на выходе измерительного усилителя (см. рис.7).

Следует указать, что в настоящее время при измерениях и испытаниях звуковоспроизводящих устройств вместо чистых, синусоидальных тонов применяют октавные полосы белого (статистического) шума. При такой замене работа громкоговорителя приближается к реальным условиям, так как в эксплуатации он никогда не воспроизводит чистых тонов.

Автор: А. Дольник

Источник публикации: ж. "Радио", 1958, № 11, с. 50-53