3. Описание установки
Рис. 2.1. Структурная схема измерительной установки: ГИ – генератор импульсов; ПФ – полосовые фильтры; УМ – усилитель мощности; В1, В2 – вольтметры; МП – макет помещения; ОК – отражающий козырек; Гр – громкоговоритель; О – осциллограф; АС – анализатор спектра; ГТ – головные телефоны
В установке для исследования влияния отражений на амплитудные спектры измерительного сигнала используется макет помещения (МП) – зрительного зала к/т «Рекорд» в Санкт-Петербурге, выполненный в масштабе 1:100. Макет изготовлен из оргстекла толщиной 5 мм, размерами 0,58×0,29×0,19 м, частично его поверхности обработаны звукопоглощающими материалами. В передней части макета, вблизи расположения источника (громкоговорителя Гр), установлены поворотные пластины как на боковых стенках, так и на потолке, позволяющие в определенных пределах изменять конфигурацию поверхностей и менять тем самым направления и углы отраженных лучей.
Для возбуждения
звуковых колебаний в макете помещения,
кроме громкоговорителя, используется
усилитель мощности УМ, на вход которого
подается периодическая последовательность
импульсов с заданной частотой следования
F
(от генератора импульсов ГИ), модулирующих
амплитуду собственных колебаний с
частотой
полосового фильтра ПФ. Для приема в
основном прямого звука используется
«ближний» микрофон М1, а для суммарного
звука (прямого и отраженного) – «дальний»
микрофон М2. Усиление и контроль колебания
на выходах микрофонов осуществляется
микрофонными усилителями МУ1 и МУ2, в
качестве которых используются
высокочувствительные вольтметры. Анализ
амплитудных спектров, наблюдение за
формой колебаний в различных частях
электроакустического тракта осуществляется
с помощью анализатора спектра АС и
двулучевого осциллографа О. Субъективная
оценка колебаний на слух производится
с помощью головных телефонов ГТ.
Коммутация сигналов и приборов выполняется
посредством переключателя П или входных
разъемов.
4. Методика проведения работы и обработка результатов
4.1. Анализ амплитудного спектра исходного сигнала:
1) Ознакомиться со схемой измерительной установки и конструкцией модели помещения. Установить отражающие козырьки в макете параллельно плоскостям боковых стенок и потолка.
2) Выбрав частоту
следования и длительность прямоугольных
импульсов для имитации звукопередачи
речевого сигнала с нормальным темпом
при равенстве, например, средних
длительностей импульсов и пауз (скважность
)
можно найти частоту их следования для
заданного темпа речи. При среднем темпе
русской речи 5 сл/с частота следования
составит 5 Гц, а при замедленном и
ускоренном темпах, соответственно – 1
и 11 Гц, но для соблюдения правил подобия
при моделировании процессов необходимо
проводить исследования при частотах,
увеличенных в m
раз (масштаб), а соответственно, временные
параметры должны быть уменьшены в это
же число раз.
3) Выполнить расчет частот и амплитуд (включая пятую гармонику) гармонических составляющих для выбранного колебания (2.3) и записать их значения в табл. 2.1, принимая амплитуду первой гармоники на выходе генератора за единицу (0 дБ).
4) Включить
необходимые измерительные приборы без
блока полосовых фильтров, установить
на генераторе импульсов частоту
следования и длительность импульсов
для выбранного колебания и провести
анализ его составляющих с помощью
анализатора спектра. Результаты измерений
с учетом полос пропускания фильтров АС
записать в табл. 2.1 и построить зависимость
.
Зарисовать в масштабе с экрана осциллографа
форму колебаний на выходе генератора
для одного-двух периодов. Частота
развертки осциллографа должна быть
синхронизирована с частотой генератора.
Таблица 2.1
Амплитудный спектр
исходного электрического сигнала:
частота следования F=…
Гц; период следования Т=…с;
длительность импульсов
;
скважность
|
Форма колебания, в/и
Частота, Гц |
Уровень напряжения гармоник на выходе генератора, дБ |
|
|
Расчет
|
Измерение
|
|
|
n=1, F= |
|
… |
|
n=2, … |
… |
… |
|
… |
… |
… |
|
n=5 |
… |
… |
5) Повторить расчет
измерения по п. 4.1 при
с
исходным
.
Записать сравнительные выводы.
В Н И М А Н И Е!!! При установках напряжения на генераторе и усилителе мощности обязательно избегать перегрузки громкоговорителя во избежание выхода его из строя!
4.2. Анализ временной
и спектральной структуры модулированных
электрического и звукового [
]
сигналов:
1) Включить в схему блок полосовых фильтров и подобрать так центральную частоту следования импульсов F(в пределах ± 5%), чтобы в паузе модулированного сигнала (по осциллограмме на выходе УМ) были переходные процессы.
2) Выполнить расчет
амплитуд и частот, составляющих
модулированного колебания по (2.4) и
записать их значения в табл. 2.2, принимая
амплитуду несущей частоты
за
единицу (0дБ). Оценить их соответствие
уровням гармоник импульса.
3) Измерить составляющие спектра с помощью АС на выходах УМ, МУ1 (ближний микрофон) и МУ2 (дальний микрофон). Записать результаты в табл. 2.2 и зарисовать соответствующие временные зависимости с экрана осциллографа.
Таблица 2.2
|
Форма Колебания, р/и
Частота, Гц
|
Уровень напряжения (давления) составляющих АМ сигнала, дБ |
|||
|
Расчет, дБ |
Измерение на выходах, дБ |
|||
|
УМ |
МУ1 |
МУ2 |
||
|
|
… |
… |
… |
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
… |
… |
… |
4) Повторить расчет
и измерения по п. 4.2. (1,2,3) для АМ колебания,
имитирующего произвольный музыкальный
сигнал при
,
но с учетом масштаба моделирования!
Результаты сравнить с предыдущим
случаем.
5) Подобрать положения и углы наклона Θ отражающих козырьков на потолке и боковых стенах модели так, чтобы получить на выходе МУ2 максимум амплитуд составляющих спектра АМ сигнала. Для каждого случая отметить расположение и углы наклона козырьков.
6) Регулируя положения потолочного козырька, оценить максимальный интерференционный эффект в точке М2 за счет разности хода обходного (lпад+lотр) и lпр звуков.
Приращение амплитуд
будет максимальным, если разность хода
(
)
будет пропорциональна целому числу k
длин (λ) волн звука, т.е. когда
(2.5)
а соответствующее время запаздывания пропорционально целому периоду, который определяется временными параметрами сигналов. Здесь следует выполнить сравнительную оценку на слух звуковых колебаний в различных частях схемы, путем подключения головных телефонов. Целесообразно проводить прослушивание, когда один из головных телефонов, например, в правом ухе, подключается на выход МУ1, а другой, на левом ухе – на выход МУ2.