Pomiary elektroakustyczne
POMIARY AKUSTYCZNE
POMIARY AKUSTYCZNE
Pomiary hałasu,
Pomiary hałasu,
mikrofonów, głośników i słuchawek
mikrofonów, głośników i słuchawek
POMIARY HAA
ASU
POMIARY HAA
ASU
Nie ma ścisłej definicji hałasu. Najczęściej mówimy, \
e
hałas jest to ka\
dy dz
więk, który jest niepo\
Ä…dany
i uciÄ…\
liwy dla słuchacza.
Definicja ta opiera siÄ™ na subiektywnym odczuwaniu
hałasu. Ponadto ucią\
liwość nie musi być związana
z głośnością dz
więku.
Celem pomiarów hałasu jest ilościowa ocena ucią\
liwości
hałasu.
Poziom dz
więku
Poziom dz
więku
Pomiary hałasu są dokonywane przy u\
yciu mierników
poziomu dz
więku (sound level meter).
Poziom dz
więku (SPL  Sound Pressure Level):
stosunek zmierzonego ciśnienia do referencyjnej wartości
ciśnienia, wyra\
ony w decybelach
P
LSPL = 20log
P0
Wartość odniesienia:
P0 = 20 µPa = 20 10-5 Pa
Wa\
enie częstotliwościowe
Wa\
enie częstotliwościowe
Ze względu na właściwości słuchu, ucią\
liwość hałasu
o takim samym poziomie, ale ró\
nej strukturze widmowej,
mo\
e być ró\
na.
Aby to uwzględnić, przetwarza się przez filtry wagowe
(korekcyjne) o charakterystykach ustalonych normami.
Kształtowanie mierzonego sygnału przy pomocy filtrów
wagowych nazywa siÄ™ wa\
eniem częstotliwościowym
(frequency weighting).
Wa\
enie częstotliwościowe pozwala w bardziej dokładny
sposób wyrazić ucią\
liwość hałasu.
Wa\
enie częstotliwościowe
Wa\
enie częstotliwościowe
Krzywe wagowe:
" A  dla niskich poziomów ciśnienia SPL
" B  dla średnich poziomów ciśnienia
" C  dla wysokich wartości ciśnienia
" D  do pomiaru hałasów lotniczych
" L  krzywa płaska (brak wa\
enia  linear)
Najczęściej przy pomiarach hałasu u\
ywa siÄ™ krzywej
korekcyjnej A.
Krzywe B i C nie odpowiadają wynikom testów
subiektywnych (zostały wyznaczone dla tonów prostych).
Wa\
enie częstotliwościowe
Wa\
enie częstotliwościowe
Kształt krzywych
wagowych
A, B, C, D
Stałe czasowe
Stałe czasowe
W przypadku pomiary hałasu szybkozmiennego
uzyskujemy  niestablilny (często zmieniający się) odczyt
wyniku pomiaru.
Aby uzyskać stabilny odczyt, stosuje się uśrednianie
wyników pomiaru w określonym odcinku czasu.
Stałe czasowe wyznaczają czas uśredniania:
" S (Slow): 1 sekunda
" F (Fast): 125 ms
" I (Impulse): 35 ms, do pomiaru hałasów impulsowych
Miernik poziomu dz
więku
Miernik poziomu dz
więku
Budowa typowego miernika poziomu dz
więku:
" mikrofon, najczęściej pojemnościowy
" przedwzmacniacz mikrofonowy
" krzywe korekcyjne (filtry A/B/C/D)
" analizator częstotliwości (filtry tercjowe i oktawowe)
" wzmacniacz pomiarowy
" detektor wartości skutecznej RMS
(stałe czasowe S/F/I)
" wskaz
nik wyników
" inne, np. pamięć, wskaz
nik przesterowań, moduł
analizy, zapis i odczyt danych, itp.
Miernik poziomu dz
więku
Miernik poziomu dz
więku
Schemat blokowy miernika poziomu dz
więku
Pomiar poziomu dz
więku
Pomiar poziomu dz
więku
PodajÄ…c wynik pomiaru poziomu dz
więku nale\
y te\
podać
informację o sposobie pomiaru tej wartości.
Mierzony parametr oznacza się najczęściej:
LXY
gdzie:
" X oznacza krzywÄ… wagowÄ… (L / A / B / C / D)
" Y oznacza stałą czasową (S / F / I)
Je\
eli nie podano dalszych informacji, zakładamy, \
e
chodzi o wartość chwilową (instantaneous value),
np. LAS  wartość chwilowa, krzywa wagowa A, wolna stała
czasowa (S)
Pomiar poziomu dz
więku
Pomiar poziomu dz
więku
Poza wartością chwilową mierzy się równie\
inne
parametry dotyczÄ…ce poziomu dz
więku.
Wartość szczytowa (peak value)  LXYpk
" maksymalna wartość, jaka wystąpiła w zadanym
czasie, np. uaktualniana co sekundÄ™
Maksymalna wartość RMS w zadanym przedziale czasu:
" 1 sekunda  LXY SPL ,
" 3 lub 5 sekund  LXYT3, LXYT5
(Taktmaximal  norma niemiecka)
Poziom równowa\
ny
Poziom równowa\
ny
Ocena szkodliwości hałasu na zdrowie zale\
y od:
" poziomu hałasu,
" czasu ekspozycji na hałas.
Równowa\
ny (ekwiwalentny) poziom dz
więku:
stały poziom dz
więku, który działając przez taki sam czas,
jak badany hałas o zmiennym poziomie, niesie ze sobą
takÄ… samÄ… energiÄ™ i takie samo ryzyko uszkodzenia
słuchu.
Poziom równowa\
ny (equivalent level) oznacza siÄ™ LXEq.
Poziom równowa\
ny
Poziom równowa\
ny
Poziom równowa\
ny mierzy siÄ™ za pomocÄ… specjalnych
całkujących mierników poziomu dz
więku.
PRZYKA
AD:
" mierzymy poziom równowa\
ny podczas 8 godzin
" podczas pierwszej godziny pracownik jest nara\
ony na
hałas o stałym poziomie LA = 100 dB
" podczas pozostałych siedmiu godzin pracownik jest
nara\
ony na hałas o stałym poziomie LA = 70 dB
" po zakończeniu pomiarów miernik pokazał LAEq = 91 dB
" oznacza to, \
e gdyby pracownik był przez 8 godzin
nara\
ony na hałas o stałym poziomie LA = 91 dB,
szkodliwość tego hałasu byłaby taka sama
Poziom ekspozycji na hałas
Poziom ekspozycji na hałas
Poziom ekspozycji na hałas (SEL, Sound Exposition Level)
stały poziom dz
więku działający w ciągu 1 sekundy, który
zawiera tą samą energię akustyczną co mierzony hałas.
W przypadku u\
ycia krzywej wagowej A (ASEL), mierzony
parametr oznacza siÄ™ LAE.
Dzięki temu, \
e poziom ekspozycji na hałas SEL odnosi się
zawsze do 1 sekundy, mo\
liwe jest porównywanie wartości
energii w pojedynczych zdarzeniach hałasowych.
Pomiary SEL stosuje się do określania hałasu np.
emitowanego podczas przejazdów pojedynczych
samochodów.
Poziom równowa\
ny a SEL
Poziom równowa\
ny a SEL
Zale\
ność między
wartością chwilową,
poziomem równowa\
nym,
poziomem SEL
Dawka hałasu
Dawka hałasu
Dawka hałasu przyjęta podczas dnia pracy jest mierzona
przy pomocy dozymetrów hałasu  przenośnych
(kieszonkowych) mierników poziomu dz
więku.
Dozymetry wskazujÄ… w procentach dopuszczalnÄ… dziennÄ…
dawkę hałasu. Maksymalna dawka hałasu w ciągu 8 godzin
pracy wynosi 90 dB(A).
Istnieją dwie normy obliczania dawki hałasu:
" ISO  zwiększenie poziomu dz
więku o 3 dB wymaga
skrócenia dopuszczalnego czasu ekspozycji o połowę,
nie jest uwzględniane zjawisko regeneracji słuchu;
" OSHA (norma w USA)  skrócenie czasu ekspozycji
o połowę pozwala zwiększyć poziom dz
więku o 5 dB
(uwzględnia się regenerację słuchu)
Dawka hałasu
Dawka hałasu
Maksymalna dawka
hałasu w zale\
ności
od czasu ekspozycji
na hałas
Analiza czasowa hałasu
Analiza czasowa hałasu
Wykres czasowy przedstawia zmienność mierzonego
parametru w ciÄ…gu czasu obserwacji.
Wykres taki jest u\
yteczny np. przy analizie hałasu
komunikacyjnego mierzonego w ciÄ…gu 24 godzin.
Wykres czasowy pozwala określić pory dnia, w których
natÄ™\
enie hałasu jest największe.
W przypadku pomiarów hałasu w krótkich odcinkach
czasu, mierzony parametr zachowuje siÄ™ jak zmienna
losowa  wykres czasowy nie daje nam istotnych
informacji o charakterze hałasu. Musimy u\
yć analizy
statystycznej.
Analiza częstotliwościowa hałasu
Analiza częstotliwościowa hałasu
Analiza częstotliwościowa hałasu wymaga u\
ycia
przyrządów pomiarowych dokonujących analizy widmowej,
typowo w pasmach oktawowych lub tercjowych.
Analiza częstotliwościowa pozwala określić,
czy w mierzonym hałasie rozkład częstotliwości jest
równomierny, czy te\
dominuje hałas z pewnego zakresu
częstotliwości. Czasami mo\
na te\
określić z
ródło hałasu.
Prezentacja wyników analizy częstotliwościowej:
" widmo chwilowe
" widmo uśrednione za cały czas pomiarów
" widmo dynamiczne (wykres trójwymiarowy)
Analiza statystyczna
Analiza statystyczna
W analizie statystycznej badany jest rozkład gęstości
wybranego parametru (np. chwilowego poziomu LAF).
Rozkład gęstości   jak rozkładają się wyniki pomiarów
w analizowanym odcinku czasu .
Rozkład gęstości przedstawia się w postaci histogramu.
Histogram dostarcza nam najwięcej informacji
o charakterze analizowanego hałasu.
Histogram
Histogram
Mamy pomiar pewnego parametru (np. LAF) dokonany
w pewnym odcinku czasu. Jak tworzymy histogram?
" Dzielimy zakres poziomów dz
więku na przedziały (bins),
np. szerokości 2 dB (& , 60-62, 62-64, 64-66, & ).
" Bierzemy ka\
dą z kolei zmierzoną wartość poziomu
hałasu i  wrzucamy ją do określonego przedziału,
np. wartość 63,2 dB trafia do przedziału [62-64].
" Po zanalizowaniu wszystkich wartości liczymy liczbę
wyników w ka\
dym z przedziałów  przedstawiamy ją
jako procent wszystkich analizowanych wyników;
np. przedział [62-64]: 21 wyników na 100 = 21%.
" Histogram przedstawiamy w postaci wykresu
schodkowego.
Histogram
Histogram
Histogram pozwala nam dowiedzieć się jaki poziom hałasu
występował najczęściej i jak szeroki zakres poziomów
obejmował badany hałas.
Przykładowy histogram:
[%]
25
20
15
prawdo-
podobień-
10
stwo
5
0
50 60 70 80 90
L [dBA]
Histogram kumulacyjny
Histogram kumulacyjny
Inny sposób przedstawiania wyników analizy statystycznej
to histogram kumulacyjny (cumulative distribution).
Wykres kumulacyjny przedstawia prawdopodobieństwo
tego, \
e wartość poziomu w czasie pomiaru była
większa od danej wartości.
Histogram kumulacyjny mo\
na obliczyć ze zwykłego
histogramu: dla ka\
dego poziomu hałasu sumujemy liczbę
wartości ze wszystkich przedziałów od przedziału
zawierającego dany poziom do ostatniego przedziału.
Np. dla wartości poziomu 63,2 dB sumujemy liczbę
wyników z przedziałów: 62-64, 64-66, ..., 118-120.
W przypadku histogramu kumulacyjnego szerokości
przedziałów powinny być jak najmniejsze.
Histogram kumulacyjny
Histogram kumulacyjny
Przykład histogramu kumulacyjnego
[%]
100
prawdopodobieństwo
80
wartości mniejszej ni\

Lx
60
prawdo-
podobień-
40
stwo
prawdopodobieństwo
wartości większej ni\

20
Lx
0
50 60 70 80 90
Lx L [dBA]
Histogram kumulacyjny
Histogram kumulacyjny
Z histogramem kumulacyjnym zwiÄ…zane sÄ… pewne
parametry statystyczne  kwantyle:
" Percentyl LN  określa wartość mierzonego parametru,
której na wykresie kumulacyjnym odpowiada
prawdopodobieństwo N% (N = 1, 2, 3, & , 100),
np. na histogramie z poprzedniego slajdu: L40 = 72 dB
" Decyle  percentyle dla N będącego wielokrotnością 10
(L10, L20, L30, & , L100)
" Kwartyle  percentyle L25, L50, L75, L100
" L50 to mediana
Mapy hałasu
Mapy hałasu
Mapy hałasu tworzone są przez stały pomiar hałasu
w wielu punktach wybranego obszaru (np. miasta).
Najczęściej mierzony jest poziom równowa\
ny, wa\
ony
krzywą A (LAEq). Mapy hałasu tworzy się osobno dla:
" pory dziennej (6:00  22:00)
" pory nocnej (22:00  6:00)
Zmierzone poziomy hałasu zaznacza się na mapach
najczęściej za pomocą kolorów:
" kolory gorÄ…ce (czerwony)  du\
y poziom hałasu
" kolory zimne (zielony)  niski poziom hałasu
" kolor biały lub czarny  brak pomiarów
Mapy hałasu
Mapy hałasu
Przykład mapy hałasu (Politechnika Gdańska)
Mapy hałasu  Warszawa
Mapy hałasu  Warszawa
POMIARY MIKROFONÓW
POMIARY MIKROFONÓW
Pomiary parametrów mikrofonów dokonuje się przy u\
yciu
wzorcowego z
ródła dz
więku (np. głośnik pomiarowy).
y
ródło dz
więku i badany mikrofon ustawiane są na osi,
zwrócone do siebie, na jednakowej wysokości.
Pomiary mikrofonów mogą być wykonywane:
" w polu swobodnym (przestrzeń otwarta)  rzadko
" w komorze bezechowej (eliminacja odbić)  najczęściej
" w polu rozproszonym  w komorze pogłosowej
" za pomocÄ… Å‚Ä…cznika (rury)
Charakterystyka skuteczności mikrofonu
Charakterystyka skuteczności mikrofonu
Skuteczność mikrofonu: stosunek otrzymanego efektu
elektrycznego do wartości ciśnienia akustycznego, które
ten efekt wytworzyło.
Charakterystyka częstotliwościowa: pomiar skuteczności
dla ró\
nych częstotliwości sygnałów akustycznych.
Pomiar dokonywany w komorze bezechowej lub w polu
swobodnym.
Sygnały testowe: zalecane stosowanie szumu
wąskopasmowego (15-60 Hz). Sygnał sinusoidalny nie
wytwarza jednakowego ciśnienia w ka\
dym punkcie pola.
Minimalna odległość mikrofonu od z
ródła dz
więku: taka,
aby fala padająca na mikrofon była płaska. Wzór
empiryczny: d e" (107 / f) (f  minimalna częstotliwość)
Charakterystyka skuteczności mikrofonu
Charakterystyka skuteczności mikrofonu
Pomiar charakterystyki skuteczności mikrofonu metodą
porównawczą:
" obok badanego mikrofonu ustawiamy mikrofon
wzorcowy,
" ustawiamy poziom sygnału w generatorze, tak aby
ciśnienie fali akustycznej było proporcjonalne do
skuteczności mikrofonu wzorcowego,
" dla ka\
dej częstotliwości sygnału pomiarowego
mierzymy napięcie z mikrofonu badanego
i wzorcowego,
" na podstawie znanej char. skuteczności mikrofonu
wzorcowego oraz wyników naszych pomiarów mo\
emy
obliczyć charakterystykę skuteczności badanego
mikrofonu.
Charakterystyka kierunkowa
Charakterystyka kierunkowa
Pomiar charakterystyki kierunkowej mikrofonu: pomiar
zale\
ności napięcia na wyjściu mikrofonu od kąta padania
fali akustycznej.
Sposób dokonywania pomiarów:
" tylko fala bezpośrednia, eliminacja odbić (np. pomiar
w komorze bezechowej)
" odległość 1 m
" badany mikrofon jest obracany, np. znajduje siÄ™ na
stole obrotowym
" wynik pomiaru przedstawia się we współrzędnych
biegunowych
" pomiary dokonuje się dla kilku częstotliwości (osobny
wykres dla ka\
dej częstotliwości)
Charakterystyka kierunkowa
Charakterystyka kierunkowa
Przykładowe wykresy charakterystyki kierunkowej
mikrofonów:
POMIARY GA
OŚNIKÓW
POMIARY GA
OŚNIKÓW
Pomiary głośników przeprowadza się:
" w polu swobodnym (najczęściej w komorze
bezechowej),
" w polu rozproszonym (komora pogłosowa)
Sposób mocowania mierzonych głośników:
" w obudowie przeznaczonej dla badanego głośnika
" w standardowej obudowie
" na standardowej odgrodzie
" bez obudowy lub odgrody
Pomiary wykonuje siÄ™ przy u\
yciu mikrofonu
pomiarowego, ustawionego na osi z głośnikiem.
Wyniki przelicza się do unormowanej odległości 1 m.
Charakterystyka poziomu ciśnienia
Charakterystyka poziomu ciśnienia
Pomiar charakterystyki poziomu ciśnienia głośnika:
" pomiar w komorze bezechowej,
" badany głośnik pobudzany jest szumem
wąskopasmowym (lub sygnałem sinusoidalnym)
" mierzony jest sygnał odebrany przez mikrofon
pomiarowy i wzmocniony przez wzmacniacz
" na podstawie wyników pomiaru i znanej
charakterystyki skuteczności mikrofonu pomiarowego
mo\
na obliczyć ciśnienie akustyczne
" je\
eli odległość inna ni\
1 m, potrzebna jest korekcja
" charakterystyka poziomu ciśnienia  wyznaczona dla
ró\
nych częstotliwości sygnału testowego, wyra\
ona
w decybelach wzglÄ™dem 20 µPa
Charakterystyki skuteczności głośnika
Charakterystyki skuteczności głośnika
Na podstawie pomiarów charakterystyki ciśnienia
akustycznego mo\
na obliczyć charakterystyki skuteczności
głośnika:
" charakterystyka skuteczności napięciowej
stosunek zmierzonego ciśnienia akustycznego
do napięcia zasilającego głośnik pomiarowy
" charakterystyka skuteczności prądowej
stosunek zmierzonego ciśnienia akustycznego
do natÄ™\
enia prądu zasilającego głośnik pomiarowy
" charakterystyka skuteczności mocowej
pierwiastek z iloczynu skuteczności napięciowej
i mocowej
Charakterystyka kierunkowa głośnika
Charakterystyka kierunkowa głośnika
Pomiar charakterystyki kierunkowej głośnika jest
dokonywany podobnie jak w przypadku mikrofonów.
" Pomiar w komorze bezechowej.
" Głośnik umieszczany jest na obrotowym stole.
" Mikrofon pomiarowy rejestruje napięcie dla
poszczególnych wartości kąta ustawienia głośnika
" Pomiar dla kilku częstotliwości.
" Wyniki prezentowane są we współrzędnych
biegunowych.
Charakterystyka sprawności głośnika
Charakterystyka sprawności głośnika
Sprawność głośnika: stosunek mocy akustycznej
wypromieniowanej przez głośnik do wielkości elektrycznej
(np. mocy) sygnału pobudzającego głośnik.
Metoda pomiaru:
" pomiar ciśnienia akustycznego w odległości r
od głośnika, dla ró\
nych kątów,
" pomiar charakterystyki kierunkowej głośnika,
" obliczenie akustycznej mocy promieniowanej
na podstawie wzoru,
" obliczenie sprawności (stosunek akustycznej mocy
promieniowanej do mocy elektrycznej)
Moc akustyczna promieniowana mo\
e te\
być wyznaczona
w komorze pogłosowej.
Inne pomiary głośników
Inne pomiary głośników
" Pomiar zniekształceń opóz
nieniowych
pomiar ró\
nicy fazy między głośnikiem a mikrofonem
pomiarowym w funkcji częstotliwości
" Pomiar zniekształceń nieliniowych
pomiar zniekształceń harmonicznych
i intermodulacyjnych, dokonywany podobnie jak
w torze fonicznym, czasami mierzy siÄ™ za pomocÄ…
szumu wÄ…skopasmowego
" Pomiar obciÄ…\
alności głośnika
maksymalna moc, jakÄ… mo\
e przetwarzać głośnik bez
ryzyka jego uszkodzenia i przy zachowaniu
zniekształceń nieliniowych poni\
ej 10%
Inne pomiary głośników (cd.)
Inne pomiary głośników (cd.)
" Pomiar stanów nieustalonych
zachowanie się głośnika w stanach nieustalonych,
pobudzanie głośnika sygnałami impulsowymi
" Pomiar charakterystyki drgań membrany
np. metody holograficzne
" Pomiar charakterystyki impedancji elektrycznej
" Badania subiektywne
ocena zrozumiałości i jakości dz
więku wytwarzanego
przez głośnik, dokonywana przez grupę słuchaczy przy
u\
yciu odpowiedniej skali subiektywnej
POMIARY SA
UCHAWEK
POMIARY SA
UCHAWEK
Pomiary słuchawek powinny być dokonywane w warunkach
mo\
liwie najbardziej zbli\
onych do tych, w których
słuchawki będą u\
ytkowane.
Metody pomiaru słuchawek:
" przy u\
yciu sztucznego ucha  symulacja warunków
akustycznych ucha
" przy u\
yciu sondy mikrofonowej umieszczanej
wewnątrz ucha (metoda kłopotliwa, rzadko stosowana)
" bez u\
ycia specjalnych przyrządów (słuchawka
w pobli\
u z
ródła dz
więku)  pomiar niedokładny,
nale\
y unikać tej metody
Sztuczne ucho
Sztuczne ucho
Sztuczne ucho (artificial ear)  urzÄ…dzenie symulujÄ…ce pod
względem geometrycznym i akustycznym ucho zewnętrzne
i środkowe człowieka.
" Akustyczna impedancja wejściowa układu jest taka
sama jak impedancja ucha.
" Słuchawka przyło\
ona do sztucznego ucha jest tak
samo obciÄ…\
ona jak przy przyło\
eniu do ucha
naturalnego.
" Ciśnienia akustyczne wytworzone wewnątrz sztucznego
ucha i w kanale usznym sÄ… takie same.
W rzeczywistości sztuczne ucho jedynie przybli\
a warunki
akustyczne panujÄ…ce w rzeczywistym uchu.
Sztuczne ucho
Sztuczne ucho
Zasadniczym elementem sztucznego ucha jest sprzęgacz
(Å‚Ä…cznik, ang. coupler)  komora akustyczna symulujÄ…ca
przewód słuchowy. Stosowane są sprzęgacze:
" o pojemności 6 cm3  pomiar słuchawek nausznych
" o pojemności 2 cm3  pomiar słuchawek
wewnątrzusznych i aparatów słuchowych
Pomiar charakterystyk słuchawki
Pomiar charakterystyk słuchawki
Pomiar charakterystyki ciśnienia akustycznego słuchawki
dokonuje siÄ™ przy pomocy sztucznego ucha:
" na słuchawkę podawane są sygnały sinusoidalne
o ró\
nych częstotliwościach z generatora
" wytworzona fala akustyczna jest zamieniana na
napięcie przez mikrofon w sztucznym uchu
Na podstawie zmierzonej charakterystyki ciśnienia
akustycznego mo\
na wyznaczyć charakterystyki
skuteczności słuchawki (napięciową, prądową, mocową)
w podobny sposób jak w pomiarach głośników.
Pomiary zniekształceń nieliniowych  jak dla głośników.
Pomiary quasi-bezechowe
Pomiary quasi-bezechowe
Przy pomiarach akustycznych (pomiary głośników,
mikrofonów, pomieszczeń, itp.) powinniśmy mierzyć tylko
bezpośrednią falę dz
więkową, docierającą najkrótszą drogą
od z
ródła dz
więku do punktu pomiarowego.
W przypadku pomiarów przeprowadzanych w typowych
pomieszczeniach, oprócz fali bezpośredniej mierzymy
równie\
fale odbite (od ścian pomieszczenia, sufitu,
podłogi, przedmiotów, itp.). Powoduje to zniekształcenie
wyników pomiaru.
Pomiary quasi-bezechowe
Pomiary quasi-bezechowe
Sposoby rozwiÄ…zania problemu fal odbitych:
" Pomiary w przestrzeni otwartej
 problem du\
ego poziomu zakłóceń tła.
" Pomiar w komorze bezechowej
 w pomieszczeniu wytłumionym w taki sposób, aby
fale dz
więkowe nie odbijały się od ścian;
wysoki koszt i trudność konstrukcji takiej komory.
" Metody quasi-bezechowe
 dokonujemy pomiarów w pomieszczeniu
pogłosowym, a następnie dokonujemy przetwarzania
zarejestrowanego sygnału w celu wyodrębnienia tylko
fali bezpośredniej.
Komora bezechowa
Komora bezechowa
Przykład komory bezechowej  pomieszczenia
wytłumionego w taki sposób, aby odbite fale dz
więkowe
były mo\
liwie najbardziej wytłumione
Pomiary impulsowe
Pomiary impulsowe
Większość metod quasi-bezechowych wykorzystuje
następującą obserwację:
" fala bezpośrednia dociera najszybciej do punktu
pomiarowego
" pierwsza fala odbita dociera do punktu pomiarowego
z pewnym opóz
nieniem "t względem fali bezpośredniej
Metoda pomiaru impulsowego:
" z
ródło dz
więku wysyła impuls (np. szumu białego)
o bardzo du\
ej amplitudzie i krótkim czasie trwania
" analizator jest włączany w chwili, gdy fala
bezpośrednia dociera do pkt. pomiarowego
" analizator jest wyłączany w chwili, gdy pierwsza fala
odbita dociera do pkt. pomiarowego
Pomiary impulsowe
Pomiary impulsowe
Analizowana jest tylko część sygnału odpowiadająca fali
bezpośredniej, czyli tak, jak gdyby nie było fal odbitych.
Pomiary impulsowe
Pomiary impulsowe
Wady metody impulsowej:
" krótki czas trwania  części bezpośredniej pogarsza
dokładność analizy,
" krótki czas trwania impulsu (mała energia sygnału)
powoduje słaby stosunek sygnału do szumu; trzeba
wielokrotnie powtarzać pomiar i uśredniać wyniki,
" trudność w wyznaczaniu  części bezpośredniej
odebranego sygnału,
" ograniczenie dla niskich częstotliwości: dla  części
bezpośredniej trwającej t sekund, minimalna
częstotliwość wynosi (1/t)
Z powy\
szych powodów metoda impulsowa jest znacznie
mniej dokładna ni\
inne metody quasi-bezechowe
TDS  Time Delay Spectrometry
TDS  Time Delay Spectrometry
Time Delay Spectrometry (TDS)
Sygnałem testowym jest sygnał sinusoidalny o liniowo
przestrajanej częstotliwości (swept sinewave).
Częstotliwość przestrajania jest mała (rzędu 10 Hz/ms).
W danej chwili t:
" częstotliwość sygnału z generatora = fG
" częstotliwość fali bezpośredniej odbieranej przez
mikrofon: fB = fG  "f ("f jest stała)
" fale odbite przebywają dłu\
szą drogę, więc
częstotliwości fal odbitych odbieranych przez mikrofon:
fO < fB
f
t
TDS  Time Delay Spectrometry
TDS  Time Delay Spectrometry
Ilustracja metody TDS
prędkość przestrajania generatora = 10 Hz/ms
H"1 m - odpowiada ok. 3 ms
1000 Hz 970 Hz
920 Hz
940 Hz
TDS  Time Delay Spectrometry
TDS  Time Delay Spectrometry
Częstotliwość fali bezpośredniej odbieranej przez mikrofon
jest opóz
niona względem częstotliwości z generatora
o stałą wartość. Zatem wystarczy u\
yć filtru pasmowo-
przepustowego, który usunie składowe nie odpowiadające
fali bezpośredniej.
Filtr musi być przestrajany razem z sygnałem z generatora.
filtr BP sygnał z
generatora
920 Hz 940 Hz 970 Hz 1000 Hz
przestrajanie
TSR  Time Selective Response
TSR  Time Selective Response
Dla zachowania dokładności pomiaru, prędkość
przestrajania częstotliwości sygnału w metodzie TDS
nie mo\
e być zbyt du\
a.
Time Selective Response (TSR)  modyfikacja metody TDS,
eliminuje ograniczenie szybkości przestrajania częstotl.
sygnału, skraca przez to czas pomiaru, zachowując
dokładność.
W metodzie TSR sygnałem z generatora jest przestrajany
sygnał sinusoidalny zespolony.
W praktyce generowane są dwa sygnały: sinusoidalny
i cosinusoidalny, o tej samej częstotliwości.
TSR  Time Selective Response
TSR  Time Selective Response
Ilustracja metody TSR
Sygnałem wyjściowym jest zespolona odpowiedz

impulsowa badanego urzÄ…dzenia.
Metody TDS i TSR
Metody TDS i TSR
Zalety metod TDS i TSR:
" większa dokładność ni\
metody impulsowej
" łatwość wydzielenia fali bezpośredniej
Wady metod TDS i TSR:
" ograniczenie dokładności przy zbyt szybkim
przestrajaniu sygnału, szczególnie dla niskich
częstotliwości (problem głównie dla TDS)
" ograniczenie stosunku sygnał-szum dla niskich cz.
 problem mo\
na rozwiązać stosując logarytmiczne
przestrajanie częstotliwości, co jednak komplikuje
układ pomiarowy
SSR - Steady State Response
SSR - Steady State Response
Metoda Steady State Response (SSR) jest modyfikacjÄ…
metody TSR, umo\
liwiającą badanie parametrów
urzÄ…dzenia w stanie ustalonym.
Algorytm metody jest taki sam jak dla metody TSR,
dodawany jest jedynie dodatkowy blok przetwarzania
wyznaczonej zespolonej odpowiedzi impulsowej.
Jako sygnału pomiarowego, zamiast liniowo
przestrajanego sygnału sinusoidalnego, stosuje się
sygnał sinusoidalny przestrajany skokowo (stepped sine).
Częstotliwości wchodzące w skład sygnału mogą być
dowolne.
f
t
SSR - Steady State Response
SSR - Steady State Response
Wyznaczona odpowiedz
impulsowa urzÄ…dzenia jest
poddawana na wejście bloku adaptacyjnego przetwarzania
(adaptive scan).
Przetwarzanie odbywa siÄ™ osobno dla ka\
dej częstotliwości
sygnału z generatora (dla ka\
dego  kroku sinusa ):
" pierwszych 10 próbek jest odrzucanych (stan
nieustalony)
" dla kolejnych próbek (w miarę ich napływania) liczona
jest wartość średnia i odchylenie standardowe
" je\
eli wartość odchylenia standardowego nie
przekracza zało\
onej wartości progowej (0,1 6 dB),
kończymy przetwarzanie i przechodzimy do kolejnej
częstotliwości
" definiowany jest te\
maksymalny czas analizy
SSR - Steady State Response
SSR - Steady State Response
Ilustracja działania algorytmu adaptacyjnego
MLS  Maximum Length Sequence
MLS  Maximum Length Sequence
Maximum Length Sequence (MLS)  binarny sygnał
pseudoprzypadkowy (ciąg impulsów).
Sekwencja MLS N-tego rzędu powtarza się
z okresem (2N 1).
Długość sekwencji MLS u\
ytej do pomiarów nie mo\
e być
mniejsza ni\
długość badanej odpowiedzi impulsowej.
Metoda ma zastosowanie do badania systemów LTI
(liniowych, o niezmiennej w czasie odpowiedzi impulsowej)
MetodÄ™ MLS stosuje siÄ™ do badania odpowiedzi impulsowej
" mikrofonów i głośników
" samych pomieszczeń
MLS  Maximum Length Sequence
MLS  Maximum Length Sequence
Pomiary quasi-okresowe metodÄ… MLS:
" generator wytwarza sekwencję MLS i przesyła ją
do głośnika
" liczona jest korelacja skrośna sygnału odebranego
przez mikrofon z sygnałem z generatora
" wynik tej operacji jest odpowiedziÄ… impulsowÄ…
" z odpowiedzi impulsowej nale\
y wydzielić część
odpowiadającą fali bezpośredniej
" FFT odpowiedzi impulsowej jest charakt. częstotl.
MLS  Maximum Length Sequence
MLS  Maximum Length Sequence
Ilustracja metody MLS
Rxx(k) = ´(k) Rxy(k) = h(k)
´
´
´
MLS
x(k)
y(k)
h(k)
MLS  Maximum Length Sequence
MLS  Maximum Length Sequence
Jak działa metoda MLS?
" z teorii systemów liniowych (LTI):
Rxy(k) = Rxx(k) * h(k)
Rxy(k)  korelacja skrośna sygnałów z generatora x
i mikrofonu y
Rxx(k)  autokorelacja sygnału z generatora (MLS)
h(k)  szukana odpowiedz
impulsowa
" z właściwości sygnału MLS:
Rxx(k) = ´(k)
" podstawiajÄ…c otrzymujemy:
Rxy(k) = ´(k) * h(k) = h(k)
MLS  Maximum Length Sequence
MLS  Maximum Length Sequence
Zalety metody MLS:
" znacznie lepszy stosunek sygnału do szumu
ni\
w metodach TDS, TSR i impulsowej
" znacznie szybszy pomiar ni\
dla ww. metod,
zachowując dokładność analizy w całym zakresie
częstotliwości
" brak konieczności filtracji, jak w TDS
Wady metody MLS:
" konieczność wydzielania  części bezpośredniej
" większa zło\
oność algorytmu, gł. obliczanie korelacji
skrośnej (stosuje się szybkie algorytmy, np. szybka
transformacja Hadamarda  FHT)