18 сентября 2012
О лаборатории специальных исследований
Часть 36
К вопросу оценки ПЭМИН цифровых сигналов (продолжение)
Поскольку о ПЭМИН или АЭП написано уже более чем достаточно, то «сменим пластинку» Поговорим о более простой области специальных исследований – об измерениях в области акустики и вибраций. Делать это приходится весьма многим (если не сказать – всем). А «тёмных мест» в этой проблематике вполне достаточно для того, чтобы получить необъективные результаты.
Вообще этому вопросу немалое место отведено в учебно-практическом пособии, изданном группой компаний МАСКОМ (информацию по заказу издания легко найти на нашем сайте, на ряде форумов и т.д.). Целый раздел 5.5 «Специальные исследования в области защиты речевой информации» посвящён именно этой теме. Повторять его я не буду и остановлюсь, как обычно, на самых общих, вполне «открытых» вопросах акустических и вибрационных измерений.
Кстати, говоря именно об этом виде СИ, нельзя не упомянуть, что назвать его «закрытым» довольно сложно. Вся суть методики, за малыми девиациями, изложена в вполне открытых публикациях и её несложно отыскать на просторах «рунета», например здесь:
http://www.videoradio.ru/stati/k_ocenke_effektivnosti_zashiti_akusticheskoi_(rechevoi)_informacii.htm
здесь:
http://www.analitika.info/info1.php?page=1&full=block_article137
и здесь:
http://www.bnti.ru/dbtexts/analmat/st/geleznyak.pdf
Постараемся сосредоточится на ином, уже привычном (надеюсь!) читателю подходе с точки зрения метролога, на источниках погрешностей и их первичной оценке по «вкладу» в результаты.
Если исходить из приведённых источников, то в качестве тест сигнала при измерении степени затухания его в ограждающих конструкциях (стенах, перекрытиях, окнах и т.д.) рекомендуется применять сигнал шумовой, принципиально широкополосный. Отметим, что действующий НМД в этом с вышеприведёнными авторами согласен, но не исключает и сигнала тонального (при определённых условиях).
Что на эту тему говорит метрология? А вот что:
В основном и наиболее близком по сути ГОСТ 27296-87 «Защита от шума в строительстве. Звукоизоляция ограждающих конструкций. Методы измерения.» предлагается степень ослабления звука в испытуемой конструкции выполнять «на проход» в октавных или третьоктавных полосах. То есть здесь разночтений не наблюдается.
Однако сходство на этом заканчивается. Стандарт предполагает:
Вот цитата из ГОСТ, из раздела, посвящённого измерениям, наиболее близко совпадающим с теми, которые выполняются при оценке защищённости помещений.
- Измерение изоляции воздушного шума внутренними ограждающими конструкциями в натурных условиях
- Проведение измерений изоляции воздушного шума в зданиях
- Помещения для испытаний должны соответствовать требованиям п. -3.2.
- Аппаратура для проведения испытаний должна соответствовать требованиям разд. 4
- При проведении измерений должны соблюдаться следующие условия:
- установка громкоговорителя в двух местах помещения с высоким уровнем;
- установка измерительного микрофона в каждой из шести точек в помещениях низкого и высокого уровней, минимальное расстояние точек установки микрофона одна от другой, а также от ограждающей конструкции и от диффузоров 0,5 м, минимальное расстояние от громкоговорителей 1 м.
- Измерение и определение изоляции воздушного шума R' осуществляется в соответствии с требованиями п. 5.1.
В чём же суть перечисленных требований?
Помещения, между которыми находится исследуемая конструкция, должны обладать определёнными размерами (объёмом, не менее чем). Причём в помещении «высокого уровня» (в том, в котором размещается источник тест-сигнала) должны быть созданы условия для создания диффузного поля. Оба помещения (и «высокого» и «низкого» уровней должны иметь время реверберации не менее 1 с. В помещении высокого уровня рекомендуется применение рассеивающих элементов - диффузоров) для создания равномерного поля.
И даже при этих условиях источник тестового шумового сигнала в помещении высокого уровня размещается не менее, чем в двух точках (в углах помещения на расстоянии не менее 2-х метров от исследуемой конструкции). А измерительный микрофон в помещениях высокого и низкого уровней должен последовательно устанавливаться не менее чем в шести точках (на каждой позиции громкоговорителя в трех точках). Точки измерений должны отстоять не менее чем на 1 м от поверхности ограждающих конструкций, друг от друга и от громкоговорителей.
Вот при выполнении этих условий обеспечивается повторяемость результатов (собственно, главное, чего добивается метрология в целом!) от 5 до 1 дБ в зависимости от полосы частот. Причём измерения в таких условиях называются прецизионными.
Можете себе представить, какова «точность» измерения для абсолютно произвольных помещений с никому неизвестным временем реверберации (по моим наблюдениям – не более 0,1-0,3 с за исключением залов заседаний, где оно повыше, обычно), без гарантий диффузного поля и при измерении в ОДНОЙ точке.
Рисунок 34.1 Зависимости ошибки вычисления «W» от ошибок измерения Ei
В своё время мне пришлось провести анализ влияния погрешности при измерении степени ослабления звука (звукоизоляции) на значение параметра защищённости. Результаты получились небезинтересные. На рисунке приведены в графической форме значения ошибки в расчёте значения параметра защищённости от погрешности при измерении звуковых давлений.
Как видим, даже при применении точного метода с повторяемостью не хуже 1-2 дБ погрешность может составлять порядка 15-20%, а при повторяемости не лучше 3 дБ легко достигает значений 30-50%. Комментарии тут излишни…
Обращу внимание читателя на то, что ГОСТ предписывает выполнять измерения строго по обе стороны исследуемой конструкции (одновременно или последовательно, при этом ничего не меняя в схеме эксперимента). Наш руководящий документ предписывает нечто гораздо более оригинальное. Предписывается «откалибровать» передающую часть комплекса в неком, достаточно произвольном помещении и, далее, так «откалиброваный» источник звука (шума) размещать в РАЗЛИЧНЫХ испытуемых помещениях. В расчёт включать не реально измеренное диффузное поле в каждом помещении «высокого уровня» а именно те значения, которые были получены при «калибровке».
Любому, хоть мало-мальски знакомому с законами акустики абсолютно понятно, что значение поля в каждом из испытуемых помещений будет РАЗЛИЧНЫМ. Поскольку оно неизбежно зависит от степени затухания звука в помещении (которое характеризуется временем реверберации). Экспериментальные проверки показали, что погрешность только за счёт этого составляет, в среднем, до 15 дБ. О результирующей погрешности в расчёте параметра защищённости я лучше помолчу…
Что же следует из довольно объёмного рассмотрения, приведённого выше?
Ну, во-первых, очень рекомендуется выполнять измерения именно по «двухточечной» схеме, измеряя в КАЖДОЙ КОНТРОЛЬНОЙ ТОЧКЕ и значение падающей, и значение прошедшей через строительную конструкцию, волны. В своё время спорили у регулятора на эту тему немало и пришли к «мнению», что это правильно. А интерпретация требования НМД предложена была такая. Поскольку «калибровать» передающую часть измерительной системы предписано, то именно это и делается. В КАЖДОЙ контрольной точке. Такая трактовка вполне укладывается и в «де юре» и в «де факто», поскольку инспекция регулятора при своих контрольных измерениях пользуется (уже много лет) системой «Шёпот», которая именно так, в двух точках («до» и «после») и измеряет.
Во-вторых, что крайне полезно понимать оператору? Исходя «из физики» и требований метрологии наиболее важным условием минимизации погрешности при измерениях звукоизоляции является создание именно диффузного поля в помещении с «высоким» уровнем. То есть акустическое поле тест-сигнала должно бы иметь плоский фронт с постоянным уровнем звукового давления. Именно для этого акустики громкоговоритель размещают на достаточно большом расстоянии от испытуемой конструкции, да ещё и в углу помещения (а не в 1 м, как требует НМД).
Продолжение следует
