Измерение АЧХ громкоговорителя: как отделить систему от измерительной обстановки

ALVERJOB · Локальная редакция

Посмотрим на график АЧХ громкоговорителя. Чтобы получилась эта линия, сигнал должен пройти довольно длинный путь: генератор, усилитель, акустическая система, воздух, микрофон и устройство записи. На каждом участке есть свои условия. Поэтому первый вопрос к результату измерения простой: что в этой линии относится к самой системе, а что могло прийти от комнаты или измерительной аппаратуры? Иофе и Лизунков начинают разбор электроакустических измерений именно с устройства этой цепи. [A1]

Почему измерительной установке нужна своя среда

Авторы различают электрические и электроакустические измерения. Во втором случае нужно узнать, что система дала на выходе в виде звука. Здесь уже недостаточно подключить прибор к клеммам: звук распространяется в окружающем пространстве, и это пространство влияет на результат. В описанной лабораторной методике используют заглушённую звукомерную камеру, которая приближает условия к свободному пространству. Просто сделать в комнате тихо для этого недостаточно: отражения от её поверхностей всё ещё останутся. [A2]

Поэтому у камеры важны и размеры, и поглощающая отделка. Поглотитель находится на стенах, потолке и полу, чтобы уменьшить влияние отражений на измерение. На рисунке рабочая площадка сделана сетчатой, а поглощающий материал расположен и под ней. То есть пол, на котором стоит оборудование, здесь не заканчивает акустическое пространство: под площадкой тоже предусмотрено поглощение. Это хорошо показывает разницу между специальной измерительной камерой и обычной тихой комнатой. [A3]

Особенно заметно ограничение на низких частотах. Авторы объясняют, что размеры камеры должны быть сопоставимы с длинами волн измеряемого диапазона. Для масштаба на странице 84 приведено: при 50 Гц длина волны около 7 м. Эти 7 м относятся к волне, а не задают обязательный размер любой камеры. Но становится понятно, почему расширить измерения вниз по частоте нельзя одним переключением генератора: требования затрагивают само помещение. Здесь описывается установка из книги; из этого не следует запрет на другие, в том числе более поздние, методы измерений. [A3]

От генератора до микрофона

Теперь проследим сам сигнал. Генератор подаёт его на усилитель мощности, усилитель питает испытываемую систему. Громкоговоритель создаёт звуковое давление, которое действует на измерительный микрофон в выбранной точке. Микрофон превращает это воздействие обратно в электрический сигнал, а микрофонный усилитель передаёт его устройству записи. Так мы получаем сведения о звуке в точке приёма. Напряжение на входе громкоговорителя и принятый микрофоном сигнал относятся к разным участкам этой цепи. [A1]

У микрофона при этом есть собственная чувствительность. В книге специально требуется, чтобы она мало зависела от частоты, то есть чтобы частотная характеристика микрофона была ровной. Иначе при перестройке генератора выходное напряжение менялось бы сразу по двум причинам: из-за изменения звукового давления и из-за самого микрофона. Если мы хотим судить об акустической системе, этот дополнительный вклад нужно учитывать. [A4]

Как возникает линия на бумаге

В исторической установке результат записывается на бумажную ленту. Её движение согласовано с перестройкой частоты генератора, а перо движется поперёк ленты в зависимости от принятого сигнала. Поэтому положению вдоль ленты соответствует частота, а поперечному отклонению уровень отклика. Именно согласование этих движений превращает запись в АЧХ. Если бы лента просто шла со временем без такой связи, сама по себе запись ещё не показывала бы зависимость от частоты. [A5]

Шкалы здесь тоже заданы аппаратурой. Частота меняется по логарифмическому закону, а отклонение пера пропорционально логарифму принятого напряжения и, через него, звукового давления. В результате уровень выражается в децибелах, а обе координаты имеют логарифмическое представление. Поэтому читать форму линии нужно вместе со шкалами: они определяют, как акустический отклик изображён на бумаге. [A5]

Одна осевая кривая ещё не показывает, что происходит сбоку. Если повторить записи под разными углами, можно увидеть зависимость частотного отклика от направления. Имеет значение и испытательный сигнал: книга различает чистые тоны и полосы шума. Поэтому у графика стоит проверить хотя бы положение приёмника и вид сигнала, которым испытывали систему. Этот разбор объясняет измерительную цепь, но не заменяет процедуру испытаний и проверку действующего стандарта. Упомянутый авторами ГОСТ относится к историческому контексту книги. [A6]

Источник: В. К. Иофе, М. В. Лизунков. «Бытовые акустические системы», скан издания из подключённого архива; выходные данные издания в доступном титульном развороте отсутствуют. Проверенные печатные страницы 83–85 (PDF 83–85).