Товары в корзине: 0 шт Оформить заказ
Стр. 1 

36 страниц

487.00 ₽

Купить ГОСТ Р МЭК 61094-2-2011 — бумажный документ с голограммой и синими печатями. подробнее

Распространяем нормативную документацию с 1999 года. Пробиваем чеки, платим налоги, принимаем к оплате все законные формы платежей без дополнительных процентов. Наши клиенты защищены Законом. ООО "ЦНТИ Нормоконтроль"

Наши цены ниже, чем в других местах, потому что мы работаем напрямую с поставщиками документов.

Способы доставки

  • Срочная курьерская доставка (1-3 дня)
  • Курьерская доставка (7 дней)
  • Самовывоз из московского офиса
  • Почта РФ

Стандарт: - распространяется на лабораторные эталонные микрофоны, удовлетворяющие требованиям МЭК 61094-1, и на другие конденсаторные микрофоны, имеющие такие же размеры; - устанавливает первичный метод определения комплексной чувствительности микрофонов по давлению, позволяющий получить воспроизводимость и необходимую точность при измерении звукового давления.

 Скачать PDF

Идентичен IEC 61094-2(2009)

Оглавление

1 Область применения

2 Нормативные ссылки

3 Термины и определения

4 Опорные внешние условия

5 Принципы градуировки по давлению методом взаимности

     5.1 Общие принципы

     5.1.1 Общие сведения

     5.1.2 Общие принципы при использовании трех микрофонов

     5.1.3 Общие принципы при использовании двух микрофонов и вспомогательного источника звука

     5.2 Основные уравнения

     5.3 Метод замещения напряжения

     5.4 Определение акустического передаточного импеданса

     5.5 Поправка на теплопроводность

     5.6 Поправка на капиллярность трубки

     5.7 Окончательные уравнения для чувствительности по давлению

     5.7.1 Метод с использованием трех микрофонов

     5.7.2 Метод с использованием двух микрофонов и вспомогательного источника звука

6 Факторы, влияющие на чувствительность подавлению.

     6.1 Общие сведения

     6.2 Напряжение поляризации

     6.3 Стандартная конфигурация заземленного экрана

     6.4 Распределение давления по мембране

     6.5 Влияние внешних условий

     6.5.1 Статическое давление

     6.5.2 Температура

     6.5.3 Влажность

     6.5.4 Переход к опорным внешним условиям

7 Составляющие неопределенности градуировки

     7.1 Общие сведения

     7.2 Электрический передаточный импеданс

     7.3 Акустический передаточный импеданс

     7.3.1 Общие сведения

     7.3.2 Характеристики камеры связи

     7.3.2.1 Размеры камеры связи

     7.3.2.2 Потери на теплопроводность и вязкость

     7.3.2.3 Капиллярная трубка

     7.3.2.4 Физические величины

     7.3.3 Параметры микрофона

     7.3.3.1 Передняя полость

     7.3.3.2 Акустический импеданс

     7.3.3.3 Напряжение поляризации

     7.4 Несовершенство теории

     7.5 Неопределенность уровня чувствительности по давлению

Приложение А (обязательное) Потери на теплопроводность и вязкое трение в замкнутой полости.

Приложение В (обязательное) Акустический импеданс капиллярной трубки

Приложение С (справочное) Цилиндрические камеры связи, применяемые для градуировки микрофонов

Приложение D (справочное) Влияние окружающей среды на чувствительность микрофонов

Приложение Е (справочное) Методы определения параметров микрофона

Приложение F (справочное) Физические свойства влажного воздуха

Приложение ДА (справочное) Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов национальным стандартам и документам Российской Федерации

 
Дата введения01.05.2013
Добавлен в базу01.10.2014
Актуализация01.01.2019

Этот ГОСТ находится в:

Организации:

13.12.2011УтвержденФедеральное агентство по техническому регулированию и метрологии1080-ст
ИзданСтандартинформ2013 г.
РазработанФГУП ВНИИФТРИ

State system for ensuring the uniformity of measurements. Measurement microphones. Part 2. Primary method for pressure calibration of laboratory standard microphones by the reciprocity technique

Стр. 1
стр. 1
Стр. 2
стр. 2
Стр. 3
стр. 3
Стр. 4
стр. 4
Стр. 5
стр. 5
Стр. 6
стр. 6
Стр. 7
стр. 7
Стр. 8
стр. 8
Стр. 9
стр. 9
Стр. 10
стр. 10
Стр. 11
стр. 11
Стр. 12
стр. 12
Стр. 13
стр. 13
Стр. 14
стр. 14
Стр. 15
стр. 15
Стр. 16
стр. 16
Стр. 17
стр. 17
Стр. 18
стр. 18
Стр. 19
стр. 19
Стр. 20
стр. 20
Стр. 21
стр. 21
Стр. 22
стр. 22
Стр. 23
стр. 23
Стр. 24
стр. 24
Стр. 25
стр. 25
Стр. 26
стр. 26
Стр. 27
стр. 27
Стр. 28
стр. 28
Стр. 29
стр. 29
Стр. 30
стр. 30

ГОСТ Р мэк 61094-2-2011

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ

СТАНДАРТ

РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

Государственная система обеспечения единства измерений

МИКРОФОНЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ

Часть 2

Первичный метод градуировки по давлению лабораторных эталонных микрофонов методом

взаимности

IEC 61094-2:2009 Electroacoustics — Measurement microphones —

Part 2: Primary method for pressure calibration of laboratory standard microphones by the reciprocity technique (IDT)

Издание официальное

Москва

Стандартинформ

2013

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации — ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения»

Сведения о стандарте

1    ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений» (ФГУП «ВНИИФТРИ») Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии на основе собственного аутентичного перевода на русский язык международного стандарта, указанного в пункте 4

2    ВНЕСЕН Управлением метрологии Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

3    УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 13 декабря 2011 г. № 1080-ст

4    Настоящий стандарт идентичен международному стандарту IEC 61094-2:2009 «Электроакустика. Микрофоны измерительные. Часть 2. Первичный метод градуировки по давлению лабораторных эталонных микрофонов методом взаимности» (IEC 61094-2 Edition 2.0 2009-02 «Electroacoustics — Measurement microphones — Part 2: Primary method for pressure calibration of laboratory standard microphones by the reciprocity technique»).

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2004 (пункт 3.5).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты Российской Федерации, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5    ВЗАМЕН ГОСТ Р МЭК 61094-2-2001

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

© Стандартинформ, 2013

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

ГОСТ РМЭК 61094-2—2011

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

Если изготовитель указывает максимальное механическое усилие, которое может быть приложено к центральному электрическому контакту микрофона, то этот предел не должен быть превышен.

6.4    Распределение давления по мембране

При определении чувствительности подавлению предполагают, чтозвуковое 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, как правило, микрофон более чувствителен кзвуковому давлению в центре мембраны. Эта разница будет другой для микрофонов с неравномерным натяжением мембраны.

В цилиндрических камерах, описанных в приложении С, волновое движение будет как продольным, так и радиальным (как симметричным, так и асимметричным). 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 представляет собой прямой круговой цилиндр. Кроме того, асимметричное радиальное волновое движение возникает из-за несовершенства геометрической формы системы неподвижный электрод — мембрана микрофона-излучателя или из-за натяжения мембраны и ее однородности.

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 и камер связи. Несмотря на то, что радиального волнового движения невозможно избежать из-за отличия распределения по скорости микрофона-излучателя от идеального поршня, камеры связи, диаметр которых равен диаметру мембраны микрофона, будут менее всего подвержены радиальному волновому движению и менее всего чувствительны к несовершенству геометрической формы полости, чем камеры 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 и ввести теоретически обоснованные поправки на радиальное волновое движение.

6.5    Влияниевнешнихусловий
6.5.1    Статическое давление

Акустическое сопротивление и масса газа между мембраной и неподвижным электродом, податливость полости за мембраной (далее — податливость) и, следовательно, чувствительность подавлению зависят от статического давления. Эту зависимость, которая представляет собой функцию частоты, можно определить для микрофона путем его градуировки методом взаимности при различных статических давлениях.

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

6.5.2    Температура

Акустическое сопротивление и масса газа между мембраной и неподвижным электродом и, следовательно, чувствительность по давлению зависят от температуры. Кроме того, геометрические размеры микрофона зависят от температуры, а чувствительность микрофона зависит от механического натяжения мембраны и от расстояния между мембраной и неподвижным электродом. Общее влияние этих изменений зависит от частоты. Эта объединенная зависимость для микрофона может быть определена путем градуировки методом взаимности при различных температурах.

Приложение D содержит информацию о влиянии температуры на чувствительность подавлению лабораторных эталонных конденсаторных микрофонов.

Примечание — Если микрофон подвергнуть большим изменениям температуры, то это может привести к изменению его чувствительности на постоянную величину.

6.5.3    Влажность

Несмотря на то, что термодинамическое состояние воздуха в полости за мембраной микрофона незначительно зависит от влажности, ее влияние на чувствительность лабораторных эталонных микрофонов в отсутствие конденсации не прослеживается.

Примечание — Определенные условия могут повлиять на стабильность напряжения поляризации и заряд на неподвижном электроде и таким образом повлиять на чувствительность микрофона. Например, поверх-

7

ностное сопротивление изоляции материала между неподвижным электродом и корпусом микрофона может ухудшиться под влиянием большой влажности, особенно если материал загрязнен (7.3.3.3). Поверхностное сопротивление имеет заметное влияние на чувствительность микрофона на низких частотах, особенно на фазовую чувствительность.

6.5.4 Переход к опорным внешним условиям

В протоколе градуировки чувствительность микрофона по давлению должна быть приведена к опорным внешним условиям, при наличии достоверных поправочных данных.

В протоколе должны быть указаны условия, при которых была проведена градуировка.

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 подавлению (см. раздел 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 используют различные методы, но ни одному из них не отдают предпочтение. Ток, проходящий через излучатель, как правило устанавливают, измеряя напряжение через калиброванный импеданс, включенный последовательно с микрофоном-излучателем. Для того чтобы правильно измерить ток, к микрофону-излучателю должна быть присоединена стандартная конфигурация заземленного экрана (6.3). Калибровка последовательно включенного импеданса должна быть проведена с той же емкостью кабеля или другого нагрузочного импеданса, как и при измерении напряжения через калиброванный импеданс. Это позволяет определить электрический передаточный импеданс через отношение напряжений и калиброванный импеданс.

Напряжение, подаваемое на микрофон-излучатель, должно быть таким, чтобы влияние гармоник от этого генератора или от микрофона-излучателя 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 подавлению.

Примечание 1 —Для улучшения отношения сигнал/шум рекомендуется использовать аппаратуру для частотного анализа.

Примечание2 — Перекрестные помехи допускается измерять, заменив микрофон-приемник макетом микрофона с теми же наружными геометрически ми размерами и такой же электрической емкостью и определив разность в результатах измерений электрического передаточного импеданса. Камера связи и микрофоны должны быть расположены также, как при градуировке. Перекрестные помехи допускается определять и при градуировке, установив напряжение поляризации равным нулю. В обоих методах рекомендуется использовать аппаратуру для частотного анализа.

7.3    Акустический передаточный импеданс
7.3.1    Общие сведения

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

7.3.2    Характеристики камеры связи

7.3.2.1 Размеры камеры связи

Форма и размеры полости камеры связи должны удовлетворять требованиям 6.4. Пока наибольшие размеры камеры связи малы по сравнению с длиной звуковой волны в газе, звуковое давление в разных частях камеры будет постоянным 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.

ГОСТ РМЭК 61094-2—2011

Неопределенность в измерении размеров камеры связи влияет на акустический передаточный импеданс неоднозначно в зависимости от частоты. На акустический импеданс влияют также поправки на теплопроводность и капиллярные трубки. Примеры используемых камер связи приведены в приложении С.

Примечание1 — 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.

Примечание 2 — Влияние асимметричного распределения звукового поля на микрофон обнаруживают, изменяя взаимное положение камеры связи и микрофонов, например, поворачивая каждый микрофон вокруг своей оси ступенями на некоторый угол. Если в данном случае электрический передаточный импеданс изменяется, то это влияние следует учесть при оценке неопределенности.

ПримечаниеЗ — Если камера связи заполнена не воздухом, адругим газом, то необходимо предотвратить утечку этого газа в полость за мембраной путем герметизации контактирующих поверхностей тонким слоем вакуумной смазки. При диффузии газа через мембрану градуировку микрофона данным способом проводить не следует, так как чувствительность микрофона становится непрогнозируемой.

7.3.2.2    Потери на теплопроводность и вязкость

Поправки на потери из-за теплопроводности и вязкости должны быть рассчитаны из уравнений, приведенных в приложении А для цилиндрических камер связи с размерами, указанными в приложении С. При расчетах под полным объемом камеры связи понимают сумму геометрических объемов полости камеры связи и передних объемов присоединенных к ней микрофонов. Аналогично под полной поверхностью камеры связи понимают сумму поверхностей собственно полости камеры связи и полостей передних объемов присоединенных к ней микрофонов.

7.3.2.3    Капиллярная трубка

Если используют капиллярные трубки, то акустический импеданс должен быть рассчитан из уравнений, приведенных в приложении В. Для уменьшения влияния размера трубки на рассчитываемую неопределенность рекомендуется использовать длинные узкие капиллярные трубки. Поправочный коэффициент для капиллярных трубок рассчитывают из уравнения (6) в 5.6.

7.3.2.4    Физические величины

Акустический передаточный импеданс зависит от физических величин, описывающих свойства газа в камере связи. Эти величины зависят от внешних условий, таких как статическое давление, температура и влажность. Значения этих величин и их зависимость от внешних условий для влажного воздуха указаны в приложении F.

Суммарную неопределенность этих величин определяют как совокупность неопределенностей, полученных из уравнений приложения F, и неопределенностей измерений параметров, характеризующих внешние условия.

7.3.3 Параметры микрофона

7.3.3.1 П е ред няя полость

Лабораторные эталонные микрофоны перед мембраной имеют углубление. Объем этой передней полости представляет собой часть общего геометрического объема Vкамеры связи в уравнении (3). Глубины этих передних полостей также влияют на длину /0 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 плосковолновых камерах связи (приложение Е). Легко определить, что измеренный объем передней полости будет отличаться от объема, рассчитанного на основании поперечного сечения S0 камеры связи и глубины передней полости. Это связано с тем, что диаметр передней полости может немного отличаться от диаметра камеры связи, а передняя полость микрофона имеет на внутренней стенке резьбу, которая не позволяет точно определить диаметр полости, и, кроме того, вблизи края мембраны микрофона может быть дополнительное кольцеобразное воздушное пространство, образующее полость. При использовании уравнения (4) дополнительный объем полости, определяемый как разность между действительным передним объемом и объемом, рассчитанным из поперечного сечения S0 камеры связи и глубины передней полости, следует рассматривать как дополнительный импеданс нагрузки, поскольку Zg 1 и Zg 2 и импеданс дополнительного объема образуют параллельное соединение импедансов.

Примечание 1 — Дополнительный объем в некоторых случаях может быть отрицательным.

Примечание 2 — Если в передней полости имеется внутренняя резьба, то увеличение внутренней поверхности из-за ее наличия повысит потери на теплопроводность и вызовет изменение акустического передаточ-

9

ного импеданса. Если при расчете акустического передаточного импеданса этим эффектом пренебрегают, то соответствующие компоненты неопределенности должны быть соответственно увеличены.

7.3.3.2    Акустический импеданс

Акустический импеданс микрофона зависит от частоты и определяется натяжением мембраны, слоем воздуха, заключенным в полости позади мембраны, и геометрией неподвижногоэлектрода. В первом приближении акустический импеданс может быть выражен, применительно кэквивалентной схеме, в виде последовательно соединенных податливости, массы и сопротивления. Альтернативно эта эквивалентная схема может быть описана через податливость, частоту резонанса и коэффициент потерь. Податливость на низкой частоте нередко выражают в виде реальной части эквивалентного объема (6.2.2 МЭК61094-1).

Из-за влияния теплопроводности в полости позади мембраны на очень низких частотах возможно увеличение эквивалентного объема микрофона до 5 % для микрофонов типа LSI.

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

Методы определения акустического импеданса описаны в приложении Е.

Примечание — Точность, с которой должны быть измерены параметры микрофона для получения необходимой общей точности, зависит от применяемой камеры и частоты.

7.3.3.3    Напряжение поляризации

При определении напряжения поляризации необходимо принять меры для его измерения непосредственно на контактах микрофона. Это особенно важно, если напряжение поляризации подается от высокоимпедансного источника, поскольку микрофон имеет конечное значение сопротивления изоляции. С другой стороны, имеются обоснованные способы измерения напряжения поляризации в удалении от микрофона на источнике напряжения, если достоверно известно, что сопротивление изоляции микрофона достаточно высоко, или на низкоомном выходе источника.

7.4    Несовершенство теории

Практический вывод теоремы взаимности и акустического передаточного импеданса основан на некоторых идеализированных предположениях о микрофонах, звуковом поле в камерах связи, перемещении мембраны микрофона и геометрии камер связи как элементов акустической связи между микрофонами. Ниже приведены примеры, когда эти предположения не выполняются:

-    небольшие дефекты в пленке мембраны микрофона-излучателя могут привести к искажению симметричного волнового движения, которое нельзя учесть используемой для расчетов формулой;

-    микрофоны могут быть неидентичными. Это воздействие может быть сведено к минимальному при использовании микрофонов только одной модели;

-    используемые поправки на волновое движение основаны на идеализации смещения мембраны микрофона или получены эмпирическим путем;

-    дополнительный объем передней полости микрофона (7.3.3.1) может быть определен точно;

-    представление акустического импеданса микрофона в виде системы сосредоточенных параметров является приближением к истинному импедансу;

-    потери на вязкость на поверхности полости камеры связи получены по приближенной теории. Кроме того, не учтено увеличение потерь на вязкость из-за внутренней резьбы в передней камере микрофона и шероховатости поверхности. Все это оказывает влияние на акустический импеданс в диапазоне высоких частот.

7.5    Неопределенность уровня чувствительности подавлению

Неопределенность уровня чувствительности по давлению должна быть определена в соответствии с ИСО/МЭК Руководством 98-3. При оформлении результатов градуировки должна быть дана расширенная неопределенность измерения в зависимости от частоты при коэффициенте охвата к = 2.

Из-за сложности окончательного выражения чувствительности по давлению [уравнение (7)] анализ неопределенности акустического передаточного импеданса, как правило, выполняют многократно, повторяя вычисления при изменении каждой из составляющих в соответствии со связанными с ними неопределенностями. Отличие от результата, полученного для неизменных составляющих, используют для определения стандартной неопределенности, связанной с различными составляющими.

В таблице 1 приведен перечень составляющих, влияющих на неопределенность градуировки. Но не все из этих составляющих могут иметь отношение к конкретной установке для градуировки микрофонов, поскольку для измерения электрического передаточного импеданса, для определения параметров микрофонов и параметров камеры связи используют различные методы.

Составляющие неопределенности, приведенные в таблице 1, как правило, зависят от частоты и должны быть представлены как стандартные неопределенности. Составляющие неопределенности должны быть выражены в линейной форме, но логарифмическая форма также возможна из-за малости этих значений, и полученная окончательная расширенная неопределенность измерения будет, по существу, той же самой.

Таблица 1 — Составляющие неопределенности

Измеряемая величина

Пункт стандарта

Электрический передаточный импеданс

Последовательно соединенный импеданс

7.2

Отношение напряжений

7.2

Перекрестные искажения (помехи)

7.2

Собственные и внешние шумы

7.2

Искажения

7.2

Частота

7.2

Экран заземления микрофона-приемника

6.3

Экран заземления микрофона-излучателя

6.3; 7.2

Параметры камеры связи

Длина камеры связи

7.3.2.1

Диаметр камеры связи

7.3.2.1

Объем камеры связи

7.3.2.1; 7.3.2.2

Площадь поверхности камеры связи

7.3.2.1; 7.3.2.2

Объединенная камера связи

Размеры капиллярной трубки

7.3.2.3

Статическое давление

7.3.2.4

Температура

7.3.2.4

Относительная влажность

7.3.2.4

Параметры микрофона

Глубина передней полости

7.3.3.1

Объем передней полости

7.3.3.1

Эквивалентный объем

7.3.3.2

Резонансная частота

7.3.3.2

Коэффициент потерь

7.3.3.2

Податливость мембраны

7.3.3.2

Масса мембраны

7.3.3.2

Сопротивление мембраны

7.3.3.2

Дополнительная теплопроводность из-за резьбы в передней полости

7.3.3.1

Напряжение поляризации

6.5.3; 7.3.3.3

Несовершенство теории

Теория теплопроводности

Приложение А

Расчет дополнительного объема

7.3.3.1; 7.4

Потери на вязкость

7.4

Радиальное волновое движение

6.4; 7.3.2.1; 7.4

Окончание таблицы 1

Измеряемая величина

Пункт стандарта

Обработка результатов

Погрешность округления

Повторяемость измерений

Поправки на статическое давление

6.5; приложение D

Температурные поправки

6.5; приложение D

12

ГОСТ РМЭК 61094-2—2011

Приложение A (обязательное)

Потери на теплопроводность и вязкое трение в замкнутой полости

А.1 Общие сведения

В замкнутой полости камеры связи теплопроводность между воздухом и стенками вызывает постепенный переход от адиабатических условий к изотермическим. Характеристика этого перехода зависит от частоты градуировки йот размеров камеры. Кроме того, скорость колебания звуковых частиц вдоль внутренней поверхности камеры связи приведет к потерям на вязкое трение. Соответственно будет изменяться и звуковое давление, создаваемое микрофоном-излучателем, т. е. будет изменяться постоянное объемное смещение источника. Для определения получаемого звукового давления предложены два решения:

-    низкочастотное решение, основанное только на теплопроводности и применимое для плосковолновых камер и для камер большого объема в частотном диапазоне, где допускается пренебречь волновым движением;

-    широкополосное решение, учитывающее потери на теплопроводность и вязкое трение в широком диапазоне частот, применимое только для плосковолновых камер.

Плосковолновые камеры и камеры большого объема описаны в приложении С.

А.2 Низкочастотное решение

В области низких частот звуковое давление может быть рассмотрено, как одно и то же для всех точек камеры связи и влияние теплопроводности может быть рассмотрено как кажущееся увеличение объема камеры связи при введении комплексного поправочного коэффициента Ан к геометрическому объему Vb уравнении (3).

(А.1)


А


Н ”


Поправочный коэффициент рассчитывают по формуле

где Ev — комплексная функция преобразования температуры, определяемая в виде отношения усредненного по пространству синусоидального изменения температуры, вызванного звуковым давлением, к синусоидальному изменению температуры, которое было бы при совершенно теплонепроводящих стенках камеры связи. В работе [А. 1] значения Ev табулированы и приведены в зависимости от параметров R и X, где R — отношение длины к диаметру камеры связи;

X=fl2l( K<xt);

f— частота в герцах (Гц);

/ — отношение объема камеры к ее поверхности в метрах (м); a t — коэффициент температуропроводности газа в квадратных метрах в секунду (м2/с).

В таблице А.1 приведены значения Ev для нескольких значений R и X с округлением до 0,000 01.

Для цилиндрических камер связи, описанных в приложении С, приводимая ниже аппроксимация для комплексной величины Ev дает результаты с погрешностью менее 0,01 дБ для частот выше 20 Гц.

£v= 1 -S + D1 S2+    D2S3,    (А-2)

где

S= ГТ1" W D ~ KR2 + 8R D ~ r3~6r2

“ V J 2nX 2-JkX ’    1    k(2R +1)2’    2    z4n(2R    +1)3

Модули, рассчитанные по формуле (А.2), имеют погрешность до 0,01 % для 0,125 < R< 8 и дляХ> 5. Первые два члена уравнения (А.2) могут быть использованы для камер связи, отличающихся по форме от прямого кругового цилиндра. При градуировке в камерах связи, описанных в приложении С, в диапазоне частот ниже 20 Гц должно быть использовано решение, представленное в [А. 1 ], для всего диапазона частот или должны быть увеличены соответствующие составляющие неопределенности.

13

Таблица А.1 — Значения Ev

Действительная часть Ev

X

Мнимая часть Е,

—V

R = 0,2

R = 0,5

R = 1

R = 0,2

R = 0,5

R= 1

0,72127

0,71996

0,72003

1,0

0,24038

0,22323

0,22146

0,80092

0,80122

0,80128

2,0

0,17722

0,16986

0,16885

0,83727

0,83751

0,83754

3,0

0,14818

0,14304

0,14236

0,85907

0,85920

0,85922

4,0

0,13003

0,12614

0,12563

0,87393

0,87402

0,87403

5,0

0,11732

0,11421

0,11380

0,89343

0,89348

0,89349

7,0

0,10030

0,09807

0,09777

0,91082

0,91086

0,91086

10,0

0,08477

0,08321

0,08300

0,93693

0,93694

0,93694

20,0

0,06086

0,06007

0,05997

0,94850

0,94851

0,94851

30,0

0,05002

0,04950

0,04942

0,95540

0,95541

0,95541

40,0

0,04349

0,04310

0,04304

0,96358

0,96359

0,96359

60,0

0,03568

0,03541

0,03538

0,96846

0,96846

0,96846

80,0

0,03098

0,03078

0,03076

0,97179

0,97179

0,97179

100,0

0,02776

0,02761

0,02758

0,98005

0,98005

0,98005

200,0

0,01972

0,01964

0,01963

0,98590

0,98590

0,98590

400,0

0,01399

0,01395

0,01395

0,99003

0,99003

0,99003

800,0

0,00992

0,00990

0,00989


А.З Широкополосное решение

В области высоких частот кроме тепловых потерь присутствуют потери на вязкое трение и его воздействие вызывает кажущееся уменьшение эффективного поперечного сечения камеры связи из-за приграничного слоя вблизи поверхности и кажущееся увеличение длины камеры связи из-за уменьшения скорости звука. В области низких частот и для камер, описанных в приложении С, эти два эффекта компенсируют друг друга, но воздействие теплопроводности остается. Общее влияние потерь на теплопроводность и вязкое трение на распространение звука в цилиндрических трубах рассмотрено в [А.2] на основе теории Кирхгофа. Комплексные выражения для коэффициента распространения и акустического импеданса камеры связи получены из уравнения (4)


У =J


. ю


—з,0


1 +


1-У 1

V2 а


рс

S0


1 +


1-У 1

л/2 а


Л_

сор


ю


Ц_

юр


-<К-1 №


ю


(А.З)

(А.4)


где ц — вязкость газа в паскалях за секунду (Па с); а — радиус камеры связи в метрах (м).

Значения с, rj, р и с^для влажного воздуха могут быть получены из уравнений в приложении F.

Кроме вышеуказанных потерь на боковой поверхности цилиндра камеры связи существуют потери на теплопроводность на поверхностях оснований цилиндра, образованных микрофонами. Эти потери могутбыть выражены с помощью адмиттанса 1/Za h, добавляемого ккаждому адмиттансу микрофона в уравнении (4), в соответствии с [А.З]


1


Z


h


Sp 1 + y

рс л/2


(к-1)—л/а^ю.


(А.5)


Если микрофон имеет внутреннюю резьбу в передней полости, то дополнительные потери на теплопроводность из-за поверхности резьбы могут быть учтены, если добавить площадь поверхности резьбы к площади поперечного сечения S0 в уравнении (А.5), в соответствии с [А.4]. Уравнения (А.З)—(А.4) справедливы для частотного диапазона юр а 2 > 100 ц. Это соответствует частотам более ЗГци12Гц для плосковолновых камер, приведенных в таблице С.1 для микрофонов LS1P и LS2aP, соответственно.


А.5 Библиография

[А.1] GERBER, Н. Acoustic properties of fluid-filled chambers at infrasonic frequencies in the absence of convection. Journal of Acoustical Society of America 36,1964, pp. 1427—1434

[A.2] ZWIKKER, C and KOSTEN, C.W. Sound Absorbing Materials, 1949. Elsevier, Amsterdam. Chapter 11, § 4

[A.3] MORSE, P.M. and INGARD, K.U. Theoretical Acoustics, 1968. McGraw-Hill, New York. Chapters 6.4 and 9.2

[A.4] FREDERIKSEN, E. Reduction of Heat Conduction Error in Microphone Pressure Reciprocity Calibration. Bruel & Kjxr Technical Review, 1,2001. pp. 14—23

15

Приложение В (обязательное)


Акустический импеданс капиллярной трубки


В.1 Общие сведения

Акустический импеданс Zg с на входе открытой капиллярной трубки определяют, исходя из теории длинных линий (5.6), по уравнению


2э, С = ^а, t th (х/с).


Между Zg {и у имеется соотношение [В.1]


_    .    сор

I-a, t"i 2 Tiaf


Y


= yco


яа


—a, t ' PC2


1-


2Mkat)

katJ0(kat)


2(к -1) Ji(B/cat) B/cat


(B.1)

(B.2)

(B.3)


где JQ( ), J^( ) — цилиндрические функции Бесселя первого рода нулевого и первого порядков от комплексного

переменного;

радиус трубки в метрах (м);

комплексное волновое число в метрах в минус первой степени (м-1);


а.—


В = (T]/pat)1/2;


г[ — вязкость газа в паскаль-секундах (Па • с);

р — плотность газа в килограммах на кубический метр (кг/м3);

at — температуропроводность газа в квадратных метрах в секунду (м2/с).

Вышеприведенные уравнения должны быть использованы для расчета поправочного коэффициента Ас в уравнении (6). Значения с, ту, р и a t для влажного воздуха могут быть вычислены из уравнений, приведенных в приложении F.

В альтернативном случае капиллярная трубка может быть заглушена по всей длине подходящей по размеру проволочкой после установки в камеру связи микрофонов. В этом случае поправочный коэффициент равен 1.

Уравнения (В.1), (В.2), (В.З) справедливы для идеальной цилиндрической трубки и зависят в 4-й степени от радиуса трубки. Однако в действительности форма внутренних частей трубки не соответствует форме кругового цилиндра и необходима градуировка трубки по потоку для того, чтобы определить ее эффективный радиус.

В таблицах В.1 и В.2 приведены значения реальной и мнимой частей Za Qnpn опорных внешних условиях для обычно используемых размеров трубки и частоты соответственно. Эти таблицы должны быть использованы с целью проверить вычислительную программу для расчета значений из уравнений (В.1), (В.2), (В.З). При градуировке в уравнениях (В.1), (В.2), (В.З) должны быть использованы действительные значения температуры, статического давления и относительной влажности.


Таблица В.1 — Реальная часть Z^ с, ГПа • с/м3

Размеры трубки в миллиметрах


о

LO

II

Частота, Гц

/с = 100

а = 0,1667

а = 0,20

а = 0,25

а = 0,1667

а = 0,20

а = 0,25

3,015

1,454

0,596

20

6,034

2,911

1,193

3,016

1,455

0,596

25

6,037

2,913

1,194

3,017

1,455

0,596

31,5

6,043

2,917

1,196

3,019

1,456

0,597

40

6,052

2,923

1,299

3,021

1,458

0,598

50

6,066

2,931

1,203

3,026

1,460

0,599

63

6,088

2,946

1,210

3,033

1,464

0,601

80

6,124

2,970

1,222


ГОСТ РМЭК 61094-2—2011

Содержание

1    Область применения...................................................1

2    Нормативные ссылки..................................................1

3    Термины и определения................................................1

4    Опорные внешние условия...............................................2

5    Принципы градуировки подавлению методом взаимности...........................2

5.1    Общие принципы..................................................2

5.1.1    Общие сведения..............................................2

5.1.2 Общие принципы при использовании трех микрофонов.....................2

5.1.3    Общие принципы при использовании двух микрофонов и вспомогательного источника

звука......................................................2

5.2    Основные уравнения...............................................3

5.3    Метод замещения напряжения.........................................3

5.4    Определение акустического передаточного импеданса.........................3

5.5    Поправка на теплопроводность.........................................5

5.6    Поправка на капиллярность трубки......................................5

5.7    Окончательные уравнения для чувствительности подавлению....................6

5.7.1    Метод с использованием трех микрофонов.............................6

5.7.2    Метод с использованием двух микрофонов и вспомогательного источника звука.....6

6    Факторы, влияющие на чувствительность по давлению.............................6

6.1    Общие сведения...................................................6

6.2    Напряжение поляризации.............................................6

6.3    Стандартная конфигурация заземленного экрана..............................6

6.4    Распределение давления по мембране....................................7

6.5    Влияние внешних условий.............................................7

6.5.1    Статическое давление...........................................7

6.5.2    Температура.................................................7

6.5.3    Влажность...................................................7

6.5.4    Переход к опорным внешним условиям................................8

7    Составляющие неопределенности градуировки..................................8

7.1    Общие сведения..................................................8

7.2    Электрический передаточный импеданс...................................8

7.3    Акустический передаточный импеданс....................................8

7.3.1    Общие сведения...............................................8

7.3.2    Характеристики камеры связи......................................8

7.3.2.1    Размеры камеры связи......................................8

7.3.2.2    Потери на теплопроводность и вязкость...........................9

7.3.2.3    Капиллярная трубка........................................9

7.3.2.4    Физические величины.......................................9

7.3.3    Параметры микрофона...........................................9

7.3.3.1 Передняя полость.........................................9

III

Окончание таблицы В. 1

Примечание — Значения, приведенные в настоящей таблице, верны только при опорных внешних условиях (см. раздел 4 и таблицу F.2).


Размеры трубки в миллиметрах

о

in

II

Частота, Гц

/с = 100

а = 0,1667

а = 0,20

а = 0,25

а = 0,1667

а = 0,20

а = 0,25

3,043

1,470

0,604

100

6,178

3,006

1,240

3,060

1,480

0,609

125

6,264

3,063

1,270

3,090

1,496

0,618

160

6,416

3,168

1,323

3,134

1,521

0,632

200

6,638

3,326

1,406

3,204

1,561

0,653

250

6,985

3,589

1,547

3,322

1,628

0,688

315

7,540

4,061

1,815

3,531

1,747

0,749

400

8,355

4,940

2,378

3,868

1,940

0,848

500

9,074

6,287

3,532

4,501

2,310

1,033

630

8,677

7,339

5,629

5,805

3,109

1,433

800

6,378

5,313

4,380

8,331

4,884

2,374

1 000

4,354

3,006

1,928

12,122

9,001

5,376

1 250

3,546

2,127

1,147

9,201

7,936

6,752

1 600

4,171

2,408

1,195

4,332

3,027

1,956

2 000

6,325

4,404

2,523

2,698

1,638

0,894

2 500

4,986

3,723

2,774

2,808

1,579

0,783

3 150

4,412

2,660

1,392

5,917

3,529

1,745

4000

5,245

4,024

3,079

5,959

4,838

3,917

5 000

5,058

3,258

1,767

3,307

1,940

1,012

6 300

4,580

2,921

1,673

6,581

5,380

4,133

8 000

4,696

3,034

1,751

4,180

2,461

1,257

10 000

4,977

3,360

1,949

3,909

2,545

1,546

12 500

4,765

3,335

2,277

4,047

2,594

1,540

16 000

4,757

3,267

2,142

4,531

2,809

1,516

20 000

4,847

3,322

2,021

Таблица В.2 — Мнимая часть Za, с, ГПа • с/м3

Размеры трубки в миллиметрах

о

in

м

Частота, Гц

/с = 100

а = 0,1667

а = 0,20

а = 0,25

а = 0,1667

а = 0,20

а = 0,25

0,097

0,074

0,049

20

0,096

0,114

0,090

0,122

0,092

0,061

25

0,120

0,143

0,112

0,154

0,116

0,077

31,5

0,152

0,180

0,141

0,195

0,147

0,098

40

0,192

0,228

0,180

0,244

0,184

0,123

50

0,240

0,285

0,225

0,307

0,232

0,155

63

0,300

0,359

0,283

0,390

0,295

0,197

80

0,378

0,456

0,361

17

ГОСТ Р МЭК 61094-2-2011

7.3.3.2    Акустический импеданс...................................10

7.3.3.3    Напряжение поляризации..................................10

7.4    Несовершенство теории............................................10

7.5    Неопределенность уровня чувствительности по давлению......................10

Приложение А (обязательное) Потери на теплопроводность и вязкое трение в замкнутой полости. . 13 Приложение В (обязательное) Акустический импеданс капиллярной трубки................16

Приложение С (справочное) Цилиндрические камеры связи, применяемые для градуировки микрофонов ..................................................19

Приложение О(справочное) Влияние окружающей среды на чувствительность микрофонов......23

Приложение Е(справочное) Методы определения параметров микрофона.................25

Приложение F (справочное) Физические свойства влажного воздуха.....................27

Приложение ДА (справочное) Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов

национальным стандартам и документам    Российской Федерации............30

IV

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственная система обеспечения единства измерений МИКРОФОНЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ Часть 2
Первичный метод градуировки по давлению лабораторных эталонных микрофонов методом
взаимности

State system for ensuring the uniformity of measurements. Measurement microphones. Part 2.

Primary method for pressure calibration of laboratory standard microphones by the reciprocity technique

Дата введения — 2013—05—01

1    Область применения

Настоящий стандарт:

-    распространяется на лабораторные эталонные микрофоны (далее — микрофоны), удовлетворяющие требованиям МЭК61094-1, и на другие конденсаторные микрофоны, имеющие такие же размеры;

-    устанавливает первичный метод определения комплексной чувствительности микрофонов по давлению, позволяющий получить воспроизводимость и необходимую точность при измерении звукового давления.

Все величины выражены в единицах Международной системы единиц (СИ).

2    Нормативные ссылки

Следующие нормативные документы обязательны при использовании настоящего стандарта. При датированных ссылках применяют только указанное издание. При недатированных ссылках применяют только самое последнее издание данного нормативного документа, включая любое дополнение.

МЭК 61094-1:2000 Микрофоны измерительные. Часть 1. Микрофоны лабораторные эталонные. Технические требования (IEC 61094-1: 2000 Measurement Microphones — Part 1: Specifications for laboratory standard microphones)

ИСО/МЭК Руководство 98-3 Неопределенность измерения. Часть 3. Руководство по выражению неопределенности в измерении (СимчЭЭб)1 (ISO/IEC Guide 98-3, Uncertainty of measurement — Part3: Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM-.1995)1)

3    Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины и определения по МЭК 61094-1 и ИСО/МЭК Руководству 98-3, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1    обратимый микрофон (reciprocal microphone): Линейный пассивный микрофон, для которого импеданс холостого хода в обратном направлении и передаточный импеданс в прямом направлении равны по абсолютному значению.

3.2    фазовая чувствительность микрофона по давлению (phase angle of pressure sensitivity of microphone): Фазовый угол на данной частоте между напряжением холостого хода и равномерно распределенным звуковым давлением, действующим на мембрану.

Примечание — Единица измерения: градус или радиан (,..° или рад).

ИСО/МЭК Руководство 98-3:2008 — переиздание Руководства по выражению неопределенности в измерениях (GUM) 1995 г.

Издание официальное

3.3    электрический передаточный импеданс (electrical transfer impedance): Для системы из двух акустически связанных микрофонов — это отношение напряжения холостого хода микрофона-приемника к входному току микрофона-излучателя.

Примечание 1 — Единица измерения: ом (Ом).

Примечание 2 — Этот импеданс определяют для конструкции с заземленным экраном, приведенной в 7.2 МЭК61094-1.

3.4    акустический передаточный импеданс (acoustic transfer impedance): Для системы из двух акустически связанных микрофонов — это отношение звукового давления, действующего на мембрану микрофона-приемника, к объемной скорости, воспроизводимой микрофоном-излучателем, в режиме короткого замыкания.

Примечание — Единица измерения: паскаль-секунда на кубический метр (Па • с/м3).

3.5    камера связи (coupler): Устройство, в котором при установленных микрофонах образуется полость определенной формы и размеров и которое служит в качестве элемента акустической связи между микрофонами.

4 Опорные внешние условия

23,0 °С; 101,325 кПа; 50 %.

Опорные внешние условия:

-    температура:

-    статическое давление:

-    относительная влажность:

5 Принципы градуировки подавлению методом взаимности

5.1    Общие принципы
5.1.1    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.

5.1.2    Общие принципы при использовании трех микрофонов

Предполагают, что два микрофона акустически соединены через камеру связи. Используя один из них в качестве источника звука, а другой — в качестве приемника, измеряют электрический передаточный импеданс. Если акустический передаточный импеданс такой системы известен, то может быть найдено произведение чувствительностей по давлению двух связанных микрофонов. Используя парные комбинации микрофонов (1), (2) и (3), получают три таких независимых произведения, из которых может быть выведено уравнение для чувствительности по давлению каждого их трех микрофонов.

5.1.3    Общие принципы при использовании двух микрофонов и вспомогательного источника звука

Во-первых, предполагают, что два микрофона акустически соединены между собой с помощью камеры связи. Определяют произведение значений чувствительности по давлению этих микрофонов (5.1.2). Во-вторых, предполагают, что на оба микрофона воздействует одинаковое звуковое давление от вспомогательного источника звука. Тогда отношение двух выходных напряжений будет равно отношению чувствительностей подавлению этих микрофонов. Таким образом, из произведения и отношения чувствительностей по давлению двух микрофонов может быть определена чувствительность по давлению каждого из двух микрофонов.

Примечание — С целью получить отношение чувствительностей по давлению, допускается использовать метод непосредственного сравнения, а вспомогательным источником звука может быть третий микрофон, механические и акустические характеристики которого отличаются от характеристик градуируемых микрофонов.

ГОСТ Р МЭК 61094-2-2011
5.2 Основные уравнения

(1)

Лабораторные эталонные и подобные им микрофоны допускается рассматривать как обратимые, и поэтому система из двух уравнений для этих микрофонов может быть записана в виде

£n' + £i22 = ^;

z2i/ + z22P = P,

где р — звуковое давление, равномерно распределенное по мембране микрофона, в паскалях (Па);

U — напряжение на электрических контактах микрофона в вольтах (В);

— объемная скорость акустической части (мембраны) микрофона в кубических метрах в секунду

-    (м1/с);

/ — сила тока, протекающего через электрические контакты микрофона, в амперах (А); z11 = Z~— электрический импеданс микрофона при заторможенной мембране в омах (Ом);

z22 = Za — акустический импеданс микрофона при ненагруженных электрических контактах в пас-

   каль-секундах на кубический метр (Па • с • м-3);

zi2 = z21 = Мр • Za — передаточный импеданс в обратном и прямом направлениях в вольт-секундах на кубический метр (В с - м-3);

Мр — чувствительность микрофона подавлению в вольтах на паскаль (В • Па-1).

Примечание — Подчеркнутыми символами обозначены комплексные величины.

Уравнения (1) могут быть переписаны в виде

Ze' + Мр ёа 0_=М    (1а)

Мр^а' + 1а2 = Р>

которые и представляют собой уравнения взаимности для микрофона.

Предполагают, что микрофоны (1) и (2), имеющие чувствительности подавлению Мр 1 иМр 2, акустически соединены с помощью камеры связи. Из уравнений (1а) следует, что ток/, протекающий через электрические контакты микрофона (1), вызовет объемную скорость при коротком замыкании (р = 0 на мембране) Мр rii и создаст звуковое давление р2 = Za 12' Мр 1\ на акустическом входе микрофона (2), rfleZg 12 — акустический передаточный импеданс системы’.

Напряжение холостого хода на микрофоне (2) при этом будет

^2 = Мр, 2 Р.2 = Мр, 1 Мр, 2 ёа, 12 lv Следовательно, произведение чувствительностей подавлению будет

Mp,lMp,2 = (1Ma,12)(M24l)-    (2)

5.3    Метод замещения напряжения

Метод замещения напряжения применяют для определения напряжения холостого хода электрически нагруженного микрофона.

Предполагают, что кмикрофонусопределенным 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.

Предполагают, что звуковое давление и калибровочное напряжение одной и 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    Определение акустического передаточного импеданса

Акустический передаточный импеданс Zg 12 = £2/(MP i -Zi) может быть определен из эквивалентной схемы рисунка 1, где Za 1 nZg 2 — акустические импедансы микрофонов (1) и (2) соответственно.

1 — камера связи

Рисунок 1 — Эквивалентная схема для определения акустического передаточного импеданса    12


В некоторых случаях Za 12 может быть определен теоретически. Предполагают, что звуковое давление будет одинаковым в любой точке внутри камеры связи (это будет соблюдено, если физические размеры камеры связи малы по сравнению с длиной волны). Только в этом случае газ, заключенный в камере связи, характеризуют какчистую податливость (гибкость), и из эквивалентной схемы рисунка 2 (в предположении адиабатического характера сжатия и расширения газа)^ 12 выражают через Za i2:


1


Za,12


^a,1    —a,    2


= J Ю


V


+


+


Ve,2


(3)

KPs KrPs,r KrPs,r


где V — общий геометрический объем камеры связи в кубических метрах (м3);

Ve 1 — эквивалентный объем микрофона (1) в кубических метрах (м3);

Ve 2 — эквивалентный объем микрофона (2) в кубических метрах (м3);

Za v= Kps/(ja>V) — акустический импеданс газа, заключенного в камере связи, в паскаль-секундах на ~~ ’ кубический метр (Па • с/м3);

У2 = — 1 (мнимая единица);

ю— угловая частота в радианах в секунду (рад/с); ps — статическое давление в паскалях (Па); ps г — статическое давление при опорных условиях в паскалях (Па); к — отношение удельных теплоемкостей при условиях измерения; кг равно к при опорных внешних условиях.

Значения кикг для влажного воздуха могут быть определены из уравнений, приведенных в приложении F.


—p,i ii -»




Рг

' ’


Рисунок2 — Эквивалентная схема для определения Z'a 12. когда размеры камеры связи малы по сравнению

сдлиной волны


На более высоких частотах, при которых размеры камеры связи недостаточно малы по сравнению с длиной волны, определение Z, 12 усложняется. Однако если форма камеры цилиндрическая и ее диаметр такой же, каку мембран микрофонов, то на частотах, где предполагается распространение плоских волн, всю систему допускается рассматривать как однородную линию передачи (см. рисунок 3). В этом случае Za 12 выражается через Za 12 (в предположении адиабатического характера сжатия и расширения газа):


— 'а,12    г?а,0


^ 7    7    ^

—а, 0    ^а,0

-+ ——

V —а,1    ^а,2у


cos h(y/0) +


1 +


■а, 0 =а, 0


Л


—а, 1 ^а, 0


sin h(y/0)


(4)

где Za о — акустический импеданс для плоской волны в камере связи. Если потерями в камере связи можно пренебречь, ToZa 0 = pc/S0; р— плотность газа в камере связи в килограммах на кубический метр (кг/м3); с — скорость звука, свободно распространяющегося в газе, в метрах в секунду (м/с);

S0 — поперечное сечение камеры связи в квадратных метрах (м2);


ГОСТ РМЭК 61094-2—2011

/0 — длина камеры связи, т. е. расстояние между двумя мембранами в метрах (м); у = а +У р — комплексный коэффициент распространения в метрах в минус первой степени (м-1).

Значения р и с для влажного воздуха могут быть определены из уравнений, приведенных в приложении F.


X



-2а,2 J?2


Реальная часть у определяет потери на вязкое трение и теплопроводность на цилиндрической поверхности, а мнимая часть представляет собой угловое волновое число. При незначительных потерях у в уравнении (4) упрощают, положив а равной нулю и р равной co/с. Необходимо учесть любой воздушный объем, связанный с микрофонами, даже находящийся вне цилиндра, образованного камерой связи иобеими мембранами (см. 7.3.3.1).

Рисунок 3 — Эквивалентная схема для определения Z'a ^ когда в камере связи предполагается

распространение плоской волны

5.5    Поправка на теплопроводность

При определении Z'a12 в 5.4 предположены адиабатические условия в камере связи. Однако в действительности теплопроводность стенок камеры связи вызывает отклонение от чисто адиабатических условий, особенно для небольших камер связи и низких частот.

В диапазоне низких частот, когда звуковое давление будет одинаковым в любой точке внутри камеры связи и, в предположении, постоянства температуры стенок камеры, потери на теплопроводность могут быть рассчитаны и выражены в виде комплексного поправочного коэффициента _Дн к геометрическому объему Vв уравнении (3). Уравнения для расчета поправочного коэффициента Ан приведены в приложении А.

В диапазоне высоких частот внутри камеры связи будет волновое движение и звуковое давление не будет одним и тем же в любой точке камеры. Для прямых круговых цилиндрических камер связи, где справедлива теория линейной передачи (см. 5.4), совместное влияние потерь на теплопроводность и вязкое трение может быть определено для плосковолнового распространения в камере с помощью комплексного коэффициента распространения и акустического импеданса. Дополнительную теплопроводность торцов камеры связи (мембран микрофонов) учитывают, включив дополнительные компоненты в акустические импедансы микрофонов. Уравнения для расчета комплексного коэффициента распространения и акустического импеданса при плосковолновом распространении акустической волны приведены в приложении А.

5.6    Поправка на капиллярность трубки

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

Акустический импеданс на входе открытой капиллярной трубки Zg с определяют по формуле

?a,C = ?a,ftanh(Y У-    (5)

где Za f— комплексный акустический волновой импеданс бесконечной трубки в паскаль-секундах на кубический метр (Па • с/м3);

/с — длина трубки в метрах (м).

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

(6)

где п — число одинаковых капиллярных трубок;

5

Z "а 12 — акустический передаточный импеданс Z'a 12 с поправкой на теплопроводность согласно 5.5. - Значения акустического импеданса на входе Zg с для открытой капиллярной трубки приведены в приложении В.


5.7 Окончательные уравнения для чувствительности по давлению 5.7.1 Метод с использованием трех микрофонов

Обозначают электрический передаточный импеданс У2/[-\ через Zg 12 и вводят аналогичные обозначения для оставшихся пар микрофонов.

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


(7)

—е,12^е,31 —в, 23


Г.а, 23 ^'а,12 ?'а, 31


^С,12^С,31 —С, 23



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

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

Примечание — Если комплексную величину выражают через модуль и фазу, то информация о фазе должна относиться ко всему диапазону фазы, т. е. 0—2к рад или 0—360°.


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)

Мр,1

^’12 д

—Р.2

711 —о

а,12


где отношение двух чувствительностей по давлению измеряют методом сравнения с помощью вспомогательного источника, см. 5.1.3.

6 Факторы, влияющие на чувствительность по давлению

6.1    Общие сведения

Чувствительность конденсаторного микрофона подавлению зависит от напряжения поляризации и от внешних условий.

Принцип работы конденсаторного микрофона с поляризацией основан на предположении, что электрический заряд на микрофоне остается постоянным на всех частотах. Это условие определяется постоянной времени заряда микрофона, равной произведению емкости микрофона на сопротивление поляризации, и не выполняется на очень низких частотах. Несмотря на то, что чувствительность микрофона по холостому ходу определяют правильно с использованием метода замещения, действительное напряжение с выхода присоединенного к микрофону предусилителя в области низких частот будет меньше из-за указанной постоянной времени.

Более того, при определении чувствительности предполагают, что при измерениях должны быть соблюдены некоторые требования. Для получения достаточно малых составляющих общей неопределенности при проведении градуировки эти требования, перечисленные ниже, необходимо строго контролировать.

6.2    Напряжение поляризации

Чувствительность конденсаторного микрофона приблизительно пропорциональна напряжению поляризации, и поэтому в протоколе градуировки должно быть указано действительное значение напряжения поляризации. Рекомендованное МЭК61094-1 напряжение поляризации равно200,0 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. 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 потенци-

1