Реверберационные камеры. 
Акустические средства измерений

Реверберационной камерой называют звукои виброизолированное помещение объемом от 60 до 1000 м ³, в котором создаются условия отражённого (диффузного) звукового поля.

Реверберационные камеры предназначены для измерения звукоизоляции различных типов ограждающих конструкций от воздушного и ударного шумов, коэффициентов звукопоглощения различных материалов и конструкций и для измерения мощности громкоговорителей.

Важнейшим фактором при конструировании реверберационных камер является обеспечение весьма малого коэффициента звукопоглощения внутренних ограждающих поверхностей. Для получения хорошего звукового поля в реверберационной камере необходимо учитывать следующие требования:

• 1) минимальный объем камеры зависит от нижней граничной частоты; при его увеличении частота уменьшается;
• 2) средний коэффициент звукопоглощения б? 0,05;
• 3) распределение нормальных мод колебаний объема камеры по частотам зависит от соотношения размеров камеры.

Для того чтобы звук хорошо распределялся по камере, все стенки реверберационной камеры являются отражающими и непараллельными.

Для выполнения этих требований внутренние противоположные поверхности камеры были непараллельными: под углом 5 ч 10° друг к другу. В прямоугольных помещениях отношения размеров должны быть различны. Для того чтобы звук хорошо распределялся по камере, все стенки реверберационной камеры должны хорошо отражать звук, что достигается нанесением на поверхность кирпичных или железобетонных стен, пола потолка стоя бетона или цементной штукатурки толщиной 1 — 2 см с последующим железнением и окраской масляной или эмалевой краской. Обычно реверберационная камера имеет самостоятельную строительную коробку, располагаемую внутри здания на отдельном фундаменте.

Измерения следует проводить вдали от источника звука и вдали от ограждающих поверхностей. Для соблюдения этих условий точку измерения не следует помещать ближе к источнику звука, чем его наибольший размер и не ближе, чем на расстояние (А — общая эквивалентная площадь звукопоглощения в реверберационной камере).

Эквивалентная площадь звукопоглощения. Согласно статистической теории реверберации, затухание реверберирующего звука в замкнутом помещении после выключения источника зависит от эквивалентного поглощения, А в квадратных метрах, связанного с поглощением звука ограждающими поверхностями, оборудованием и воздухом.

Эквивалентная площадь звукопоглощения, А реверберационной камеры вычисляется согласно ГОСТ 12.1.025 по формуле, А = 0,16 V / Т,.

где V — объём реверберационной камеры, м³;

Т — время реверберации, с.

Эквивалентная площадь звукопоглощения, А помещения определяется согласно ГОСТ 12.1.028 по формуле, А = _sS_v

где S_v — площадь ограничивающих поверхностей помещении, м²;

_s — средний коэффициент звукопоглощения.

Объем камеры. Существует минимально допустимый объём реверберационной камеры, ниже которого не удаётся достичь диффузности поля. В рекомендациях ISO № 477 (1962 г.) указано, что измерения в камерах объёмам от 100 до 180 м³ могут проводить только на частотах выше f_кр, определяемых выражением:

f_кр = 125(180/V)^1/3 ,.

где f_кр — критическая частота, Гц.

Объём реверберационных камер и специальных реверберационных помещений, согласно ГОСТ 12.1.027−80, должен быть в пределах от 100 до 300 м³, а согласно ГОСТ 12.1.025−81 — от 200 до 300 м³. Допускается использовать испытательные помещения объёмом от 70 до 2000 м³. В помещениях и камерах объёмом более 300 м³ допускается проводить измерения в октавной (или треть октавных) полосе частот 63 (от 50 до 80) Гц.

Применение камер меньшего объёма допускается при ограничении частотного диапазона измерений согласно таблице 2.3.

Таблица 2.3

Отношение наименьшей стороны реверберационных камер и помещений к наибольшей не должно превышать 1:3.

Коэффициент звукопоглощения поверхности камеры, на которой устанавливается или к которой крепится источник шума, должен быть не более 0,06, а в реверберационном помещении средний коэффициент звукопоглощения не должен превышать 0,2 во всём диапазоне частот измерения.

При аттестации реверберационных камер определяют:

• 1. Уровень помех в камере.
• 2. Степень диффузности поля.
• 3. Частотные характеристики времени реверберации.

Оценка степени диффузности поля. Существует несколько методов количественной оценки степени диффузности поля в помещении: метод В. В. Фурдуева, оценка по времени реверберации, способ Р. Тилля, метод С. Г. Гершман и другие [1]. Рассмотрим здесь только два первых метода.

Метод, предложенный В. В. Фурдуевым, заключается в сравнении полярных характеристик направленного микрофона, снятых в свободном пространстве (в поле бегущей волны), степень диффузности которого равна нулю, и в исследуемом помещении при достаточном удалении микрофона от источника звука. Чтобы избежать влияния резонансных явлений помещения, полярную характеристику снимают при воздействии на микрофон сигналом в виде узкой полосы «белого» (равно амплитудного) шума.

В идеальном диффузном поле полярная характеристика любого микрофона должна иметь форму окружности. Площадь круга, ограниченная полярной характеристикой, равна S_о.

Если, например, в свободном пространстве полярная характеристика имеет вид кардиоиды, площадь которой равна S_к, то в исследуемом помещении полярная характеристика D () того же микрофона может иметь любой промежуточный вид между окружностью и кардиоидой. При площади, ограниченной этой характеристикой, равной S_g, мерой диффузности поля d исследуемого помещения является:

d = (S_g — S_c) / (S_o — S_c).

В идеальном диффузном поле S_g = S_o и d = 1; в поле бегущей волны S_g = S_c и d = 0.

Оценка диффузности по времени реверберации. Акустические свойства реверберационных камер могут быть также оценены по времени стандартной реверберации Т — это время, в течение которого звуковая энергия в помещении уменьшается после выключения источника звука в 10⁶ раз, т. е. на 60 дБ.

Время реверберации в помещении прямоугольной формы можно оценить также расчетным путем с помощью формулы Эйринга.

.

где V — объем помещения, м³;

S — общая площадь ограждающих поверхностей, м²;

б — средний коэффициент звукопоглощения для данной полосы частот.

Для малых поглощений поверхностей помещения (б < 0,2), например, для помещений не облицованных звукопоглощающим покрытием, формула Эйринга принимает вид формулы Сэбина:

.

Для реверберационных камер формула Сэбина имеет вид.

.

где м — коэффициент поглощения звука в воздухе (зависит от влажности и частоты звука).

Измерение времени реверберации Т в реверберационной камере осуществляют согласно ГОСТ 12.1.025−81. Для этого в камере звуковое поле создают одним или несколькими громкоговорителями, направленными в углы помещения и излучающими шумовой сигнал со сплошным спектром. После того, как в камере установится постоянный уровень звукового давления, превышающий уровень помех в октавной полосе, не менее чем на 40 дБ, включают лентопротяжный механизм самописца уровня (включённого на выход шумомера). Источник шума выключают и на ленте записывают спад уровня.

Измерение следует проводить не менее чем в трёх точках камеры. При этом в каждой точке должно быть сделано не менее трёх удовлетворительных записей. Запись считается удовлетворительной, если наклон записи спада уровня в линейной части записи составляет угол 45^о. По линейной части записи спада уровня вычисляют время реверберации, которое соответствует времени равномерного спада уровня на 60 дБ.

При проверке диффузности звукового поля в реверберационной камере образцовый источник шума размещают в одном или в нескольких положениях, на расстоянии не менее 1,5 м от стен камеры. Ни одна из поверхностей источника не должна быть ориентирована параллельно ближайшей поверхности камеры. Минимальное расстояние между двумя положениями образцового источника шума должна быть не менее /2, где — длина волны самой низкой частоты измерения, м.

Реверберационная камера — удовлетворяет условиям ГОСТ 12.1.025, если полученные в октавных полосах величины среднего квадратического отклонения S_m (по результатам измерений уровней звукового давления в полосах частот в 6 точках при работе образцового источника шума) не превышают величин, приведённых в таблице 2.4.

Реверберационные помещения удовлетворяют условиям ГОСТ 12.1.027, если разность между паспортными и фактически измеренными в этом помещении значениями уровней звуковой мощности в октавных полосах частот образцового источника шума не превышают по абсолютной величине значений, приведённых в таблице 2.4.

Таблица 2.4