Общий уровень К) lg 21,30*10*—-ИЗ,3 Об

8_п -спектральный уровень еш-вала в n-й полосе; С„ -ширина полосы и Об но отношению к единичной полосе; Л₁₄ — среднее отклонение показаний измерительного приОора от истинного значения для данной полосы, 00.

Из таблицы следует, что общий уровень мощности на выходе такого фильтра будет равен (53,3 дб. Нужно, однако, иметь в виду, что данные, вытекающие из табл. 28, не вполне точны, ибо спектральные уровни сигнала возрастают с понижением частоты, и мы, строго говоря, не вправе ограничиться со стороны низких частот полосой 1. С учетом этих дополнительных низкочастотных составляющих мы получили бы уровень около 63,5 дб.

Итак, поправка, которую необходимо внести в показания выходного прибора анализатора при использовании реального фильтра, равна (60—61.) 1,0 дб при измерении сигналов со спектром белого шума и

(62,4—63,5)== 1,1 дб при измерении сигналов, спектральный уровень которых падает к высоким частотам со скоростью —5 дб!октава

§ 4. Калибровка звуковых анализаторов

387

Чувствительность е пределах полосы при измерении статистическо­го шума. Описанный метод позволяет найти ошибку в показаниях выход­ного прибора при любых формах характеристики фильтра и спектра сиг­нала. Он, однако, связан с громоздкими вычислениями, особенно в тех случаях, когда анализатор содержит несколько включенных последова­тельно элементов, обладающих избирательностью по частоте. Недавно был разработан новый метод, позволяющий значительно сократить работу по калибровке анализатора. Метод этот, первоначально использовавшийся для измерения статистических шумов I•>I, распадается па четыре операции.

1. К введенному во входную цепь сопротивлению (см. фиг. 342) при­кладывается электрический сигнал со спектром белого шума, обладающий среднеквадратичным спектральным уровнем 20 lg- г, и в каждой полосе пропускания фильтров измеряются показания выходного индикатора. Эти показания строятся на графике в функции средней частоты каждой полосы.

2. К ординатам полученной таким образом кривой прибавляются соответствующие ординаты частотной характеристики чувствительности микрофона в режиме холостого хода. •)та операция дает показания выход­ного индикатора, которые имели бы место, если бы па микрофон воздей­ствовал звук со спектром белого шума, обладающий тем спектральным уров­нем S (в Об), которому соответствует частотная характеристика микрофона: этот уровень составляет обычно 74 дв по отношению к 0,0002 бар.

3. Олоктричес-кий сигнал выключается, на микрофон подается аку­стический сигнал с неизвестным спектром и измеряются показания вы­ходного прибора в каждой полосе.

4. Для каждой полосы определяется разность в дб между показаниями выходного индикатора, о которых говорится в и. 2 и 3. .’)тн разности определяют спектральные уровни неизвестного сигнала it различных поло­сах по отношению к спектральному уровню белого шума в тех нее полосах.

5. Ординаты кривой, полученной в результате операции (см. и. 4), складываются с соответствующими ординатами кривой спектрального уров­ня S, полученными в результате one ради и (см. и. 2). Ото дает результи­рующий спектральный уровень неизвестного шума в функции частоты.

Очевидно, что частотная характеристика микрофона не понадобилась бы, если бы сигнал со спектром шума создавался акустическим путем и подводился непосредственно к микрофону. Возможность осуществле­ния этого путем использования в качестве источников шума со сплошным спектром электрических разрядов конденсатора и пистолетных выстрелов рассмотрена в гл. В.

Среднеквадратичный спектральный уровень электрического сиг­нала со спектром белого шума может быть измерен при помощи прокали­брованного анализатора с узкой полосой. Используя сигналы со спектром белого шума, можно калибровать приборы различных типов. Такой метод калибровки относительно прост; нужно только следить за тем, чтобы не возникала перегрузка каких-либо элементов тракта, ибо амплитудные искажения нарушают применимость метода. Метод особенно полезен при измерениях общей отдачи ряда последовательных степеней трактов запи­си или воспроизведения звуков, обладающих независимыми частотными характеристикам и.

Б. Определение средней отдачи в полосе пропускания фильтра. Приближенный метод. Приближенный метод определения средней отдачи в полосе пропускания фильтра сводится к следующему.

1. (’обирается схема, изображенная па фиг. 242, и определяется отклонение показаний выходного прибора от истинных значений при подводой и и к сопротивлению г от генератора чистых тонов различной

Гл. 11. Спектральный анализ

частоты. Но результатам измерений строится график в полулогарифмиче­ском масштабе; такой график подобен кривой, показанной на фиг. 343. Напряжение е должно быть, конечно, равно напряжению, которое раз­вивал бы микрофон, если бы он находился под воздействием зву­кового давления того уровня, который должен показывать изме­рительный прибор. Предположим, например, что, согласно данным микрофона, он при 1000 гц имеет чувствительность—60 дб по отно­шению к 1 в/бар. Тогда уровень напряжения е должен составлять—60 дб по отношению к 1 в (т. е. е=1 мв). Измерительный прибор в этом случае должен показывать 74 дб по отношению к 0,0002 бар. Если это не имеет места, то отклонение его показаний от 74 дб определяет ординату графика ла частоте 1000 гц.

2. Определяется «средняя» отдача в полосе пропускания. Для этого наклонные ветви построенного ранее графика продолжаются вверх до пересечения и проводится горизонтальная прямая, причем так, чтобы площадь между прямой и частью графика, лежащей над нею, была не­сколько меньше площади между прямой и частью графика, лежащей под нею. На фиг. 343, например, горизонтальная прямая могла быть распо­ложена приблизительно на уровне— 0,5 дб. Разность между уровнем, соответствующим этой горизонтальной прямой, и нулевым уровнем обо­значим СИМВОЛОМ У1 ср-

СЗ . Методом, описанным ниже, в п. Н, исходя из выражений (11.39) н (11.40) и графиков фиг. 344, определяются эффективные граничные частоты f_a и /(,. Эго в свою очередь позволяет вычислить величину С„ в выражении (11.31).

4. Определяется среднегеометрическая частота /_с для данной полосы: fo-YUfb.

5. Для приложенного к фильтру сигнала находится спектральный уровень S_n на частоте /₉. Будем называть эту величину S_gn. Например, S_gn на частоте 1400 гц для спадающего к высоким частотам спектра, изобра­женного на фиг. 343, составляет -j-32,5 дб.

6. Рассчитывается общий уровень мощности, пропускаемой фильтром во всей его полосе прозрачности. Этот расчет производится по формуле

L_n = S_gnС_п т Asp дб. (11.32)

4. Рассчитывается общий уровень мощности, которую пропустил бы идеальный фильтр с теми же граничными частотами, что и номинальные граничные частоты реального фильтра. Для этого можно использовать формулу (11.26), где Л’—спектральный уровень сигнала на номинальной средней частоте, а /_а и Д—граничные частоты. Назовем этот общий уро­вень Ln,i, где индекс N указывает на то, что данный уровень является номинальным.

5. Определяется поправка, которую необходимо внести в показания прибора при измерении сигнала со сплошным спектром через посредство реальнт'о фильтра:

Поправка для и-й полосы = Ly_n — L_n дб. (11.33)

И. Определение эффективных граничных частот полосы прозрач­ности фильтра [31]. Реальные фильтры не имеют «вертикальных» границ полосы пропускания. Они пропускают энергию также и на частотах, лежа­щих за пределами плоского участка их частотной характеристики. Исследуем прохождение энергии через фильтр, частотная характери­стика которого показана сплошными линиями на нижней части фиг. 344. В пределах частот от /_с до f_d характеристика эта горизонтальна, а влево и вправо от них падает со скоростями соответственно a_t и а^дб;октава.