ГОСТ Р МЭК 61094-2-2011 Государственная система обеспечения единства измерений. Микрофоны измерительные. Часть 2. Первичный метод градуировки по давлению лабораторных эталонных микрофонов методом взаимности стр. 2

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 по давлению 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.

5.2 Основные уравнения

Лабораторные эталонные и подобные им микрофоны допускается рассматривать как обратимые, и поэтому система из двух уравнений для этих микрофонов может быть записана в виде
; (1)
,
где - звуковое давление, равномерно распределенное по мембране микрофона, в паскалях (Па);
- напряжение на электрических контактах микрофона в вольтах (В);
- объемная скорость акустической части (мембраны) микрофона в кубических метрах в секунду (м /с);
- сила тока, протекающего через электрические контакты микрофона, в амперах (А);
- электрический импеданс микрофона при заторможенной мембране в омах (Ом);
- акустический импеданс микрофона при ненагруженных электрических контактах в паскаль-секундах на кубический метр (Па·с·м );
- передаточный импеданс в обратном и прямом направлениях в вольт-секундах на кубический метр (В·с·м );
- чувствительность микрофона по давлению в вольтах на паскаль (В·Па ).
Примечание - Подчеркнутыми символами обозначены комплексные величины.
Уравнения (1) могут быть переписаны в виде
;(1а)
,
которые и представляют собой уравнения взаимности для микрофона.
Предполагают, что микрофоны (1) и (2), имеющие чувствительности по давлению и , акустически соединены с помощью камеры связи. Из уравнений (1а) следует, что ток , протекающий через электрические контакты микрофона (1), вызовет объемную скорость при коротком замыкании ( 0 на мембране) и создаст звуковое давление на акустическом входе микрофона (2), где - акустический передаточный импеданс системы.
Напряжение холостого хода на микрофоне (2) при этом будет
233 × 27 пикс.     Открыть в новом окне
.
Следовательно, произведение чувствительностей по давлению будет
208 × 27 пикс.     Открыть в новом окне
.(2)

5.3 Метод замещения напряжения

Метод замещения напряжения применяют для определения напряжения холостого хода электрически нагруженного микрофона.
Предполагают, что к микрофону с определенным 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 может быть определен из эквивалентной схемы рисунка 1, где и - акустические импедансы микрофонов (1) и (2) соответственно.
341 × 107 пикс.     Открыть в новом окне
1 - камера связи
Рисунок 1 - Эквивалентная схема для определения акустического передаточного импеданса
В некоторых случаях 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 как чистую податливость (гибкость), и из эквивалентной схемы рисунка 2 (в предположении адиабатического характера сжатия и расширения газа) выражают через :
391 × 53 пикс.     Открыть в новом окне
, (3)
где - общий геометрический объем камеры связи в кубических метрах (м );
  - эквивалентный объем микрофона (1) в кубических метрах (м );
- эквивалентный объем микрофона (2) в кубических метрах (м );
- акустический импеданс газа, заключенного в камере связи, в паскаль-секундах на кубический метр (Па·с/м );
- 1 (мнимая единица);
- угловая частота в радианах в секунду (рад/с);
- статическое давление в паскалях (Па);
- статическое давление при опорных условиях в паскалях (Па);
- отношение удельных теплоемкостей при условиях измерения;
равно  при опорных внешних условиях.
373 × 128 пикс.     Открыть в новом окне
Рисунок 2 - Эквивалентная схема для определения , когда размеры камеры связи малы по сравнению с длиной волны
Значения  и для влажного воздуха могут быть определены из уравнений, приведенных в приложении F.
На более высоких частотах, при которых размеры камеры связи недостаточно малы по сравнению с длиной волны, определение усложняется. Однако если форма камеры цилиндрическая и ее диаметр такой же, как у мембран микрофонов, то на частотах, где предполагается распространение плоских волн, всю систему допускается рассматривать как однородную линию передачи (см. рисунок 3). В этом случае выражается через (в предположении адиабатического характера сжатия и расширения газа):
463 × 59 пикс.     Открыть в новом окне
,(4)