Виброакустические измерения. Средства измерения вибраций и шумов. Датчики вибрации, страница 2

Уровень громкости - это уровень тона частотой 1 кГц, субъективно равного по громкости оцениваемому сигналу. Единица измерения - фон. Недостаток этой единицы - опора на синусоидальный сигнал - сигнал, который в естественных условиях не встречается и воспринимается с заметными погрешностями. Уровень громкости - это не громкость, это уровень сигнала с нивелированием частотной зависимости чувствительности слуха. Изменение уровня громкости, например с 40 до 80 фон не означает, что субъективная громкость изменяется вдвое.

Собственно субъективная громкость измеряется в сонах. 1 сон - громкость тона 1 кГц при уровне 40 дБ. Двукратное увеличение субъективного ощущения громкости происходит при увеличении уровня сигнала до 50 дБ.

Графически зависимость субъективной громкости от уровня громкости представлена на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Связь между уровнем громкости и громкостью

Субъективное восприятие звука человеком зависит не только от уровня звукового давления, но и от частоты. На рисунке 4.3 представлены зависимости относительной чувствительности человеческого уха от частоты звука. Характеристика А соответствует нормальным звукам, а характеристики В и С – более громким звукам, а для звука, сопоставимого по громкости со звуком работающего реактивного двигателя, снижение чувствительности уха в области низких частот практически не наблюдается.

Именно учет этих особенностей человеческого восприятия приводит к тому, что оценка звуков характеризуется двумя параметрами - уровнем громкости (с единицей измерения фон), и субьективной громкостью восприятия звука, которую оценивают в сонах. 

Для нахождения уровня громкости чистых тонов различной частоты используется семейство кривых равной громкости, представленных на рисунке 4.4. Например, на рисунке показано, что уровень громкости чистого тона частотой 100 Гц, имеющий уровень звукового давления 29 дБ равен 10 фон, так как он воспринимается равным по громкости чистому тону 1000 Гц, имеющему уровень звукового давления 10 дБ.

Следует отметить, что уровень громкости не дает значения, прямо пропорционального громкости звука – удвоение громкости звука происходит при увеличении уровня звукового давления на 10 дБ. Поэтому между громкостью звука L_N в сонах и уровнем громкости N в фонах имеется зависимость вида

.                                                  4.2

4.2. Средства измерения вибраций и шумов.

Аппаратура, предназначенная для измерения характеристик вибраций (ударов) и акустических шумов, строится по классической схеме электрического измерителя неэлектрических величин, рассмотренной в первой части, и включает в свой состав первичные преобразователи, устройства преобразования сигналов, а также регистрирующую аппаратуру и индикаторы.

В качестве первичных преобразователей звуковых колебаний применяются различные виды микрофонов, а для измерения параметров вибраций чаще всего применяют датчики ускорений – акселерометры (подробнее о первичных преобразователях будет рассказано в следующих параграфах).

В качестве устройств преобразования сигналов выступают различные усилители и фильтры, с помощью последних происходит частотный анализ вибраций и шумов, а также имитация восприятия шумов человеческим ухом (характеристики А, В и С). Классификация устройств в зависимости от типов преобразуемых сигналов (переменные, постоянные и т. п.) и вида преобразования представлена на рисунке 4.5.

Как уже отмечалось, применение предварительных (нормирующих) усилителей вызвано низким уровнем выходных сигналов первичных преобразователей и необходимостью приведения этих сигналов к стандартному уровню. Линия связи между микрофоном и предварительным усилителем должна иметь минимальную длину, поэтому усилитель и микрофон часто объединяют в едином корпусе или выполняют предварительный усилитель в виде насадки на микрофон.