473

Сами измерения лучше производить в заглушенной камере, хотя некоторые авторы считают возможным производить эти измерения в реверберирую­щем помещении. В последнем случае необходимо производить измерения в большом количестве точек и усреднять полученные результаты; при этом влияние резонансов измерительного помещения, подчеркивающих те или иные гармоники, будет исключено.

В одном из принятых методов громкоговоритель питается от источ­ника синусоидальных колебаний с постоянной отдаваемой мощностью; развиваемое громкоговорителем звуковое давление анализируется. Вели­чина искажений оценивается отношением (в процентах) арифметической суммы амплитуд давления гармоник к амплитуде основной частоты. Чаще вместо арифметической суммы берут среднеквадратичную и относят ее к среднеквадратичной же сумме основной частоты и гармоник ¹).

Среднеквадратичное искажение, % =100 j/~ ^ J _Г ' ‘ '■, (14.20)

где р₂, рз и т. д. — амплитуды гармоник на выходе. Под р_х подра­зумевается амплитуда основной частоты.

Ф и г. 404. Блок-схема устройства для измерения искажений взаимной модуляции.

На фиг. 404 представлена схема соединения приборов при определе­нии искажений взаимной модуляции [20—22]. Громкоговоритель возбу­ждается двумя синусоидальными колебаниями различной частоты. Громко­говоритель и измерительный микрофон установлены в заглушенной камере. Выход микрофона подается на гармонический анализатор с вы­сокой разрешающей способностью. Предположим, что генераторы дают напряжения с частотами /_х и /₂. Если громкоговоритель не строго линеен, то создаются суммовые и разностные частоты взаимной модуляции, например /₂ — Л; /₂ + Л; 2/j —/₂; 2/_х-Ь/₂; 2/₂ — /_х; 2/₂ + /i и т. д., а так­же гармоники основных частот 2/_х, 2/₂, 3/_х, 3/₂ и т. д. Так как нелиней­ность характеристики в равной степени определяет появление как сум­мовых, так и разностных частот, то можно ограничиться измерением только каких-нибудь одних. Обычно измеряют амплитуды разностных частот, причем ограничиваются искажениями первого (/₂ — /_х) и второго (2/₂ — Л), (2/_х — /₂) порядков.

Измерения методом взаимной модуляции существенно отличаются от измерений гармоник. Если частоты /_х и /₂ выбраны надлежащим образом, то измерения взаимной модуляции показывают относительное

Г л. 14. Испытания громкоговорителей

распределение амплитуд комбинационных тонок по всему частотному диапа­зону испытуемой системы. Например, в системе передачи речи при опре­деленных условиях нелинейные искажения действуют подобно маски­рующим внешним шумам. Однако значительным маскирующим эффектом обладают лишь компоненты, частоты которых лежат в диапазоне от 500 до 3000 гц. Измерения искажений гармоник в системе с верхней гра­ничной частотой 3500 гц дадут при частотах основного тона выше 2000 гц явно заниженные результаты, так как уже вторая гармоника не будет пропускаться системой. Наоборот, при частотах основного топа вблизи низшей граничной частоты результаты будут завышены. Испытания мето­дом взаимной модуляции дают результаты, значительно более соответ­ствующие действительному положению вещей. Вообще говоря, если из­вестна полоса пропускания системы и характер нелинейности (форма ам­плитудной характеристики), то можно установить определенное соотно­шение между этими двумя методами оценки нелинейных искажений [23]. Процент искажений взаимной модуляции первого порядка подсчиты­вается по формуле

Процент искажений (/„ — /,) = ^Рг'¹— 100. (14.21)

у р\ + р\

Аналогичным образом подсчитывается процент искажений взаимной модуляции второго порядка:

Процент искажений (2/_t — /₂) = -^===1- 100. (14.22)

• Pi + Pi

Процент искажений (2/₂ — Д) =-т=1=-100, (14.23)

• р 1 + р\

где р — звуковое давление.

Некоторые исследователи строят кривые по максимальным значе­ниям (14.22) и (14.23) при каждой частоте. Другие пользуются средне­квадратичным значением. В тех случаях, когда /, и /₂ незначительно раз­нятся между собой, кривые строятся при частоте J Д Д-

В вопросах выбора частот Д и /₂ и амплитуд p_t и р₂ нет единого мне­ния. Хиллиард [21] указывает, что испытания должны проводиться с Д, равным 40, 60 или 100 гц, и с /₂—соответственно 1000, 7000 и 12 000 гц. Он также указывает, что амплитуда колебания с частотой Д должна быть в 4 раза больше амплитуды колебания с частотой /., . Ото утверждение основывается на предположении, что основными источниками искажений в звуковой системе являются искажения, создаваемые взаимной модуля­цией между интенсивными низкими частотами и более слабыми высоко­частотными компонентами музыки. Однако в тех случаях, когда нас инте­ресует разборчивость речи, частоты обоих колебаний не должны так сильно отличаться друг от друга, а сами колебания должны иметь менее различающиеся амплитуды. Многие экспериментаторы получали данные обоими путями: с резко различными частотами при различных амплитудах и с более близко расположенными частотами при одинаковых амплитудах, так как каждый путь даст свои результаты, позволяющие судить о каче­стве звуковой системы. На фиг. 405 показаны результаты испытаний мето­дом взаимной модуляции электромагнитного телефона.

Хиллиард [21] и Ройс [24] предложили упрощенный прибор для из­мерения искажений взаимной модуляции. Их прибор подает две частоты на вход испытуемой системы. Значение частот соответствует приведенным выше рекомендациям Хиллиарда. Выходное напряжение содержит как комбинационные (суммовые и разностные) частоты, так и гармоники

Ф и г. 405. Искажения взаимной модуляции в электромагнит- ном телефоне ANB-II-1 при подводимой мощности 83,4 мет при нагрузке на объем 6 см³.

На вход подавалось два синусоидальных колебания о постоянной разностью частот 100 гц. Частоты иа кривой соответствуют

величины комбинационных частот, которые удобно выпрямлять и изме­рять. Они также показали,что применяемые в этом методе выпрямитель и индикатор могут быть линейными или квадратичными, но нс пиковыми (см. гл. 10).

Интересные соображения по материалам этого параграфа были вы­сказаны в начале 1949 г. Харди:

«Искажение взаимной модуляции определяется как «отношение эффективного значения суммовых и разностных тонов на выходе к эффек­тивному значению двух основных частот». Это отнесение к двум основным частотам неудобно и, пожалуй, не дает правильной характеристики явле­ния. Например, при выборе частот 80 и 1000 гц психологический эффект искажения заключается в том, что комбинационные частоты 840, 920, 1080, 1160,1840, 1920 и т. д. маскируют и «глушат» тон частотой в 1000 гг;, но не влияют сколько-нибудь значительно на восприятие тона в 80 гц. Наше твердое убеждение заключается в том, что, когда частоты сильно отличаются друг от друга, искажения должны выражаться в процентах от эффективного значения тона высшей частоты. Есть еще и другое пре­имущество этой рекомендации. Взаимная модуляция в громкоговори­телях, характеристика которых при высоких частотах линейна, а при низких нелинейна, обладает тем интересным свойством, что процент иска­жений взаимной модуляции пропорционален уровню низкочастотной компоненты. В пределах динамического диапазона, в котором обычно ис­пользуется громкоговоритель, этот процент не зависит от уровня высоко­частотной компоненты. Конечно, это правило действительно только при нашем методе подсчета искажения.»

В заключение следует отметить, что до сих пор еще не проведены адэ- кватные психологические испытания, необходимые для сравнительной оценки описанных в этой главе методов измерения и определения ампли­тудных искажений.