CC BY
15
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
те
ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ШУМА
И. А. Графский (Москва)
Борьба с шумом приобретает все большее значение. Успешное решение этой задачи во многом зависит от качества применяемой измерительной аппаратуры и методики измерения. Настоящая статья имеет целью ознакомить читателей с некоторыми отечественными и зарубежными акустическими приборами, их назначением и наиболее важными техническими характеристиками.» Шум принято характеризовать уровнем звукового давления и спектром. Для измерения уровня звукового давления шума применяется объективный шумомер, который состоит из микрофона, усилителя, выпрямителя и стрелочного прибора. Основные характеристики шумомера: диапазон частот, неравномерность частотной характеристики, диапазон измеряемых уровней звукового давления и вид корректированных частотных характеристик.
Для измерения шумов желательно, чтобы шумомер имел диапазон частот от 40—50 до 10 000—12 000 гц при неравномерности частотной характеристики от ±2 до ±2,5 дб в диапазоне до 8000 гц и от +3 до +3,5 дб в диапазоне выше 8000 гц. Если уровень шума больше верхнего предела, измеряемого шумомером, то применяются ступенчатые аттенюаторы (загрубители) в 10, 20, 30 или 40 дб, которые выполняются в виде вставок или переключателей в схеме шумомера. При использовании таких аттенюаторов необходимо убедиться в том, что микрофон по механической прочности выдерживает повышенные уровни звукового давления и величина нелинейных искажений не превышает допустимой.
Для измерения высоких уровней звукового давления до 190—220 дб к шумомеру могут придаваться дополнительные микрофоны. Такие микрофоны имеются у шумомеров типа 1400 «Доу Инструменте» (Англия) и 1551-В «Дженерал Радио» (США).
Для приближенного измерения уровней громкости звука объективные шумомеры имеют, кроме линейной («лин» или «С»), корректированные частотные характеристики; в американских образцах эти характеристики соответствуют 40 («А») и 70 («В») фонам, в английских, разработанных Кингом, — 30, 50, 70, 90 и 110 фонам, в немецких (ФРГ) DIN 3, DIN 2 («А»), DIN 1 («В») и «С». Во многих шу-момерах переключение коррекций производится оператором в соответствии с измеряемым уровнем, что приводит ко всякого рода случайным ошибкам. Более точным и совершенным в этом отношении является шумомер ЛИОТ, в котором коррекция частотных характеристик производится автоматически через каждые 10 дб для уровней от 30 до 80, фонов. Уровни выше 90 фонов (децибелы) измеряются на линейной характеристике (И. И. Славин).
• Для измерения спектра шума применяются фильтры, анализаторы и спектрометры. Основным элементом всякого анализирующего прибора является фильтр. Большинство современных фильтров основано на использовании явления резонанса в электрических контурах
Основные характеристики анализирующего прибора: диапазон частот, ширина эквивалентной полосы пропускания (сокращенно ширина полосы), динамический диапазон (затухание вне полосы пропускания) и крутизна спада. Все перечисленные величины определяются из частотной характеристики фильтра (его резонансной кривой), которая схематически показана на рисунке. Частотную характеристику можно получить, если на вход анализирующего прибора подавать синусоидальное напряжение постоянной амплитуды и изменяющейся частоты и измерять напряжение на выходе.
Под эквивалентной шириной полосы пропускания подразумевается ширина такой полосы белого шума энергия которой равна всей энергии соответствующей площади между резонансной кривой и осью абсцисс, причем уровень спектра белого шума равен максимальному уровню резонансной кривой. Часто на практике за эквивалентную ширину полосы пропускания принимается ширина резонансной кривой на расстоянии Л-3 дб от вершины.
Динамическим диапазоном анализирующего прибора называется разность между максимумом и минимумом пропускания (выраженная в децибелах) при неизменном затухании.
Крутизна спада характеризуется наклоном касательной линии к резонансной кривой фильтра в точке ее пересечения с линией, параллельной оси абсцисс, на уровне 3 дб от вершины и измеряется в децибелах на октаву. Крутизна спада связана с шириной полосы пропускания. Чем уже полоса, тем больше крутизна спада.
В зависимости от ширины полосы пропускания все анализирующие устройства делятся на анализаторы с постоянной шириной полосы пропускания, выраженной в герцах, и анализаторы или фильтры с постоянной относительной шириной полосы пропускания, выраженной в процентах от частоты настройки. Последние могут быть как с плавной, так и со сгупенчатой настройкой. Во втором случае они называются анализаторами или фильтрами со смежными полосами. Анализатор отличается от фильтра тем, что в нем имеется выпрямитель и указатель в виде стрелочного прибора или электронно-лучевой трубки. К анализирующим приборам со смежными полосами относятся также и спектрометры.
^ Спектрометром называется прибор, в котором спектр шума можно наблюдать визуально на экране электронно-лучевой трубки в виде столбиков, соответствующих ряду частотных полос. Размеры составляющих наблюдаемого спектра обычно пропорциональны амплитудам составляющих звукового давления. Спектр можно фотографировать (Е. Я. Юдин).
1 Белым шумом называется шум, имеющий равномерный спектр энергии, содержащий все частоты в пределах слышимого диапазона при измерении узкополосным анализатором (Л. Беранек).
Частотная характеристика полосового фильтра.
i I и I — средняя, нижняя и верхняя частоты
4*
51
Наиболее подходящими для измерения спектров шума являются анализирующие приборы со смежными третьоктавными полосами про пускания. Такая полосЗ достаточно узка для приближенного определения дискретных составляющих шума и вместе с тем достаточно широка для усреднения флюктуации составляющих спектра нестацио нарного шума.
Динамический диапазон анализирующего прибора должен быть на 5—10 дб больше разности между максимальными и минимальными уровнями составляющих спектра шума. В противном случае последние нельзя обнаружить и измерить.
Чем больше крутизна спада фильтра, т. е. чем ближе он к иде альному фильтру, у которого линии спада вертикальные, тем ближе измеренный спектр соответствует действительному. У лучших образ цов приборов с третьоктавными полосами эта величина достигает 60 дб и более на октаву. Удовлетворительной можно считать крутизну спада, равную 25—30 дб на октаву.
При анализе шума основное время затрачивается на запись показаний приборов и обработку экспериментальных данных. Применение приборов автоматической записи — быстродействующих регистраторов уровня (самописцев) существенно сокращает это время и повышает точность измерений. Самописцы в сочетании с другими приборами позволяют производить разнообразные акустические измерения. При измерении шумов они применяются с шумомерами и анализирующими приборами для записи во времени суммарного уровня шума, со ставляющих шума и для записи спектра шума.
Самописец состоит из входного потенциометра, усилителя, записы вающего устройства и синхронного мотора с приспособлениями для перемещения бумаги и привода внешнего прибора.
Если соединить гибким валом самописец с лимбом анализирую щего прибора, подать напряжение с выхода анализирующего прибора на вход самописца и включить мотор, то на бумажную ленту будет записан спектр шума. При соответствующем выборе скоростей движения бумаги и вращения лимба запись может быть произведена на предварительно разграфленную по частоте бумагу. Абсолютные уровни составляющих шума и суммарный уровень шума могут быть определены, если сделать соответствующую калибровку аппаратуры.
Для записи суммарного уровня шума во времени или его составляющих механическая связь приборов не нужна, достаточно соединить выход шумомера или анализирующего прибора с выходом самописца и сделать запись.
/Основные характеристики самописца: диапазон частот, неравномер ность частотной характеристики, скорость движения бумаги, скорость записи (движения пера), скорость вращения валика для привода внешних приборов. В СССР разработан и изготовляется одним из за водов Ленинградского совнархоза самописец типа Н-110.
Некоторые зарубежные фирмы выпускают комбинированные при боры для акустических измерений — спектрографы, состоящие из шумо мера, анализатора и самописца. Примером может служить спектро граф типа 3310 датской фирмы «Брюэль и Кьер».
Особую перспективность при измерении шумов представляет собой метод магнитной записи с применением магнитофона. Этот метод широко используется. Произведенная однажды запись шума детально анализируется в лаборатории и при желании может быть сохранена для дальнейших исследований. Анализ удобнее вести не по всей записи, а по отрезку ее, склеенному в кольцо.
Применение магнитной записи при измерении шума имеет следующие преимущества: наиболее рационально используется имеющаяся анализирующая аппаратура, создаются благоприятные условия для
централизованной расшифровки записанных шумов на автоматической стационарной аппаратуре, возможно производить измерение и анализ весьма кратковременных процессов, длительность шума которых составляет секунды или десятки секунд, исследовать нестационарные шумы в отдельные короткие отрезки времени и фазовые соотношения частотных составляющих шума. Каждое из перечисленных измерений выполняется по соответствующей методике.
Для получения хороших результатов измерений магнитная запись не должна вносить существенных искажений в исследуемый шум. С этой точки зрения наиболее важными являются следующие характеристики магнитофонов: диапазон частот, неравномерность частотной характеристики, стабильность амплитудной и частотной характеристик В США специально для акустических измерений фирмой «Ампекс» выпускается портативный магнитофон типа 600 или 601. Он же является и шумомером.
Измерительную аппаратуру (шумомеры, анализаторы и т. п.) еле дует периодически, не реже одного раза в год, проверять и градуировать в специальных акустических лабораториях. Если поправки некоторых приборов измерительного тракта или групп приборов на отдельных частотах превышают +3 дб, их необходимо учитывать при измерениях и расчетах.
ЛИТЕРАТУРА
Беранек Л. Акустические измерения. М., 1952.— Славин И. И. В кн.: Борьба с шумами и действие шума на организм. Л., 1958, стр. 11. — Справочник радиолюбителя. М.—Л.. 1958. — Юдин Е. Я. Глушение шума вентиляционных установок. М., 1958.
Поступила 28/1 1960 г.
Т*
ОПЫТ АКТОГРАФИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
ДЛЯ ГИГИЕНИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ
р*' О. А. Ластков (Кронштадт)
Актография является одним из объективных методов регистрации характера сна у людей. Н. А. Рожанский (1913), Ф. П. Майоров (1947), Б. В. Андреев (1951) и другие исследователи показали, что на сон здорового человека влияют многие внешние раздражители, в том числе метеорологические условия и химический состав воздуха. Так, воздействие холодного воздуха снижает глубину сна (Б. В. Андреев, 1951), кислородное голодание сопровождается расстройством сна (Н. И. Красногорский, 1939) и т. п. Роденвальдт (&ос1егшаШ, 1939) и Бауман (Ваитапп, 1951) наблюдали резкое ухудшение сна под влиянием повышенной температуры и высокой влажности воздуха. Однако возможности актографического метода мало используются для гигиенической оценки воздушной среды.
Нами были проведены актографические исследования характера сна по методике Б. В. Андреева у практически здоровых молодых людей в различных климатических поясах.
В помещениях, где находились исследуемые, систематически изучали метеорологические условия и газовый состав воздуха. В табл. 1 представлены сводные данные о пределах колебаний параметров воздушной среды во время наблюдений. Для комплексной характеристики метеорологических условий применяли показатели результирующих температур. До засыпания и после пробуждения у исследуемых
