(справочное)
Методы определения параметров микрофона
Е.1 Общие сведения
Настоящее приложение содержит информацию о методах определения параметров микрофона, влияющих на акустический передаточный импеданс. К этим параметрам относятся глубина и объем передней полости и акустический импеданс микрофона.
Е.2 Глубина передней полости
Глубину передней полости определяют оптическими методами. Глубину определяют с помощью сканирующего интерферометра, например лазерного, по контуру вдоль диаметра мембраны и внешнего кольца. Такие измерения следует проводить, по крайней мере, для двух перпендикулярных друг к другу диаметров. Другой метод заключается в измерении с помощью микроскопа-глубиномера расстояния между точками на верхней части микрофонного кольца и точками на мембране. При этом необходимо выполнить несколько измерений, распределенных по мембране и по верху кольца.
Е.3 Объем передней полости и эквивалентный объем
Объем передней полости вместе с эквивалентным объемом микрофона определяют акустическими методами при опорных внешних условиях.
Испытуемый микрофон вставляют в одно из отверстий камеры связи с тремя входами. В два других отверстия вставляют два конденсаторных микрофона: первый - излучатель, второй - приемник. Измеряют электрический передаточный импеданс между этими двумя микрофонами, подсоединяя к камере связи поочередно испытуемый микрофон и некоторое число полостей с известным объемом, охватывающим действительный объем передней полости микрофона. Объем передней полости вместе с эквивалентным объемом микрофона определяют интерполяцией с измеренными передаточными импедансами.
Возможен вариант использования испытуемого микрофона в качестве микрофона-приемника. При измерении электрического передаточного импеданса необходимо обеспечить большое отношение сигнала к шуму. В этом случае используют либо различное число камер связи известного объема, либо изменение объема получают с помощью некоторого числа изготовленных для этой цели калиброванных колец, размещаемых между камерами связи и испытуемым микрофоном. Внутренние диаметры этих колец должны быть равны диаметру передней полости микрофона.
Необходимо учесть, что определяемый обоими методами объем включает в себя эквивалентный объем акустического импеданса мембраны (МЭК 61094-1).
Описанные выше методы могут быть использованы только на низких частотах, когда камеру связи рассматривают как чистую гибкость. При использовании второго метода необходимо компенсировать разность в поправках на теплопроводность и на капиллярные трубки при изменении объема камеры связи и, по возможности, рассмотреть влияние недостаточного отношения сигнала к шуму.
Е.4 Акустический импеданс микрофона
Акустический импеданс микрофона может быть выражен в виде комплексного импеданса или в виде комплексного эквивалентного объема (МЭК 61094-1). Допускают, что микрофон может быть представлен в виде четырехполюсника со сосредоточенными параметрами, описываемого уравнением взаимности (1а). Такое представление будет достаточно точным для определения 
(5.4) до частоты, приблизительно равной 1,3 частоты собственного резонанса микрофона.
(5.4) до частоты, приблизительно равной 1,3 частоты собственного резонанса микрофона. Параметрами, описывающими акустический импеданс микрофона в эквивалентной электрической схеме, могут быть акустическая масса 
, акустическая податливость 
и акустическое сопротивление 
или резонансная частота 
, эквивалентный низкочастотный объем 
и декремент затухания мембраны 
. Резонансная частота - это частота, при которой мнимая часть акустического импеданса равна нулю. Асимптотическое значение на низкой частоте определяют через податливость и эквивалентный объем. Действительную часть на резонансной частоте определяют через акустическое сопротивление и декремент затухания. Акустическую массу рассчитывают через резонансную частоту и акустическую податливость. Соотношения между этими параметрами следующие:
, акустическая податливость и акустическое сопротивление или резонансная частота , эквивалентный низкочастотный объем и декремент затухания мембраны . Резонансная частота - это частота, при которой мнимая часть акустического импеданса равна нулю. Асимптотическое значение на низкой частоте определяют через податливость и эквивалентный объем. Действительную часть на резонансной частоте определяют через акустическое сопротивление и декремент затухания. Акустическую массу рассчитывают через резонансную частоту и акустическую податливость. Соотношения между этими параметрами следующие:
; 
;  | |
| 205 × 24 пикс. Открыть в новом окне | |
Акустический импеданс может быть определен косвенным методом, основанным на измерении электрической проводимости 
микрофона. При измерении электрической проводимости микрофон акустически нагружают на закрытый четвертьволновый отрезок трубы [
0 в уравнении (1а)], а акустический импеданс микрофона затем рассчитывают из уравнения
микрофона. При измерении электрической проводимости микрофон акустически нагружают на закрытый четвертьволновый отрезок трубы [ 0 в уравнении (1а)], а акустический импеданс микрофона затем рассчитывают из уравнения
, (Е.1) где 
- электрический импеданс при заторможенной мембране, определяемый из результатов измерений, проведенных на достаточно высоких частотах (100-200 кГц), чтобы инерция мембраны эффективно препятствовала ее движению [
0 в уравнении (1а)].
- электрический импеданс при заторможенной мембране, определяемый из результатов измерений, проведенных на достаточно высоких частотах (100-200 кГц), чтобы инерция мембраны эффективно препятствовала ее движению [ 0 в уравнении (1а)]. Сосредоточенные параметры, представляющие акустический импеданс микрофона, могут быть также определены акустическими методами. При резонансе сдвиг фазы между звуковым давлением, действующим на мембрану, и напряжением холостого хода будет равен 90°. Эту частоту определяют, воздействуя на мембрану, нагруженную на закрытый четвертьволновый отрезок трубы, с помощью электростатического актюатора (электростатического возбудителя). При тех же условиях определяют декремент затухания как отношение чувствительности при резонансе к чувствительности на низкой частоте.
Третий метод основан на подгонке данных. Поскольку чувствительность микрофона не зависит от используемой для градуировки камеры связи, то градуировку проводят с помощью ряда плосковолновых камер, например, четырех, имеющих разную длину [С.1 (приложение С)]. Для каждого микрофона сумму объемов передней полости и эквивалентного объема корректируют до тех пор, пока для всех камер не будет получена одна и та же чувствительность в диапазоне низких и средних частот. Этот метод описан в Е.3 (приложение Е). При разных длинах камер неверные значения трех сосредоточенных параметров, описывающих акустическое сопротивление микрофона, приводят к систематическим изменениям на высоких частотах. Влияние этих параметров на высоких частотах различно. Декремент затухания оказывает незначительное влияние на полученную чувствительность вблизи резонансной частоты, тогда как неверно определенная резонансная частота оказывает максимальное влияние. Неверное значение эквивалентного объема влияет главным образом на полученные характеристики чувствительности в диапазоне выше резонансной частоты. При определении комплексной чувствительности микрофона на резонансной частоте определяют чувствительность по фазе 90°.
Аналогичным образом может быть определен декремент затухания как отношение чувствительности при резонансе к асимптотическому значению чувствительности на низкой частоте. Однако при определении асимптотического значения чувствительности в области низких частот по низкочастотной характеристике необходимо пренебречь небольшим повышением чувствительности на низких частотах из-за теплопроводности в полости за мембраной микрофона. Для успешной подгонки данных важно, чтобы перед ее выполнением были введены поправки на радиальное волновое движение и были устранены другие систематические погрешности, такие как, например, перекрестные помехи.
Приложение F
(справочное)
Физические свойства влажного воздуха
F.1 Общие сведения
Некоторые физические величины, описывающие свойства газа в замкнутых камерах связи, входят в уравнения для расчета чувствительностей микрофонов [уравнения (3), (4) и приложения А, В]. Эти величины зависят от одной или нескольких переменных, описывающих внешние условия: статическое давление, температуру и влажность.
В литературе опубликовано множество результатов исследований, по которым могут быть найдены опорные значения величин для определенных внешних условий, например для стандартного по составу сухого воздуха при 0 °С и статическом давлении 101,325 кПа. Методика расчета свойств воздуха для заданных окружающих условий, описанная в настоящем приложении, основана на методах, рекомендованных международными органами, а также на последних результатах, описанных в литературе и получивших международное признание.
Уравнения, приведенные в настоящем приложении, основаны на следующих переменных, описывающих внешнюю среду:
- температура в градусах Цельсия (°С);
- статическое давление в паскалях (Па);
- относительная влажность в процентах (%). Рассчитываемые величины:
- плотность воздуха в килограммах на кубический метр (кг·м
);
- скорость звука для произвольной (расчетной) частоты в метрах в секунду (м·с
);
- отношение удельных теплоемкостей;
- вязкость воздуха в паскаль-секундах (Па·с);
- коэффициент температуропроводности воздуха в квадратных метрах в секунду (м
·с ). Методика расчета предусматривает, что влажный воздух - не идеальный газ и что большинство величин описывают с помощью полиномов, для которых соответствующие постоянные коэффициенты приведены в таблице F.2. Для расчета вышеупомянутых величин используют некоторые дополнительные величины и постоянные:
, термодинамическая температура в градусах Кельвина (К);
273,15 К (0°С);
293,15 К(20°С);
101325 Па;
- давление насыщенного водяного пара в паскалях (Па);
- скорость звука на низкой частоте (в отсутствие дисперсии) в метрах в секунду (м·с );
- молярная доля паров воды в воздухе;
- молярная доля углекислого газа в воздухе;
- коэффициент расширения;
- коэффициент сжимаемости влажного воздуха;
- удельная теплопроводность в джоулях на метр-секунду-кельвин в минус первой степени (Дж·м ·с ·К );