Требования к электроакустическим параметрам АС, методам их измерений и методам оценки их качества звучания изложены в отечественных стандартах и международных рекомендациях: ГОСТ 16122—87, ГОСТ 23262—88, ОСТ 4.202.003—84, МЭК 268—5, МЭК 581—7, МЭК 268—13.

Техника электроакустических измерений, приведенная в этих документах, подробно здесь не рассматривается. Основное внимание уделяется только тем параметрам и методам их измерений, которые упоминаются на данном сайте. Об остальных параметрах, используемых в современной практике проектирования АС, но еще не введенных в стандарты и международные рекомендации, даются только краткие сведения.

При воспроизведении музыкальных и речевых программ через акустические системы возникают различные типы искажений, которые могут быть разделены на линейные и нелинейные. Основным критерием оценки линейных искажений в АС является форма амплитудно-частотной характеристики звукового давления АЧХ и определяемые из нее параметры. По определению ГОСТ 16122—87 под АЧХ звукового давления понимается «графическая или числовая зависимость от частоты уровня звукового давления, развиваемого громкоговорителем АС в определенной точке свободного поля, находящейся на определенном расстоянии от рабочего центра, при постоянном значении напряжения синусоидального сигнала или полосового шума на выводах громкоговорителей АС». Под уровнем звукового давления понимается отношение измеренного значения модуля звукового давления к величине 2-105 Па, выраженное в децибелах.

Обычно АЧХ измеряют в звукомерных заглушенных камерах, реализующих условия свободного поля. Под свободным полем понимается «область звукового поля, в которой влияние отражающих поверхностей пренебрежимо мало». Акустическая система размещается на специальном поворотном столе, на рабочей оси АС устанавливается микрофон на расстоянии 1 м (можно производить измерения и на других расстояниях, но результаты необходимо пересчитывать к расстоянию 1 м).

Структурная схема измерений АЧХ показана на рисунке. Синусоидальный сигнал от генератора, входящего в установку автоматической записи частотной характеристики УАЗЧХ 1, через усилитель мощности 2 подается на испытуемую АС 4, установленную в заглушенной камере 5. Контроль подаваемого напряжения осуществляется вольтметром 3. Создаваемое АС звуковое давление измеряется микрофоном 6, затем сигнал, пропорциональный звуковому давлению, поступает на вход микрофонного усилителя 7 и регистрирующее устройство 1 в составе УАЗЧХ. Обычно АЧХ представляют в виде кривой, изображающей зависимости уровня звукового давления от частоты в логарифмическом масштабе. Запись производится в режиме постоянства напряжения. В качестве измерительного сигнала может использоваться также полосовой узкополосный (рекомендуется трехоктавный) или широкополосный шум. Кроме того, для некоторых АС специального использования (например, полочного типа) допускается производить измерения в условиях полупространства, т. е. при наличии в звукомерной камере отражающей плоскости экрана.

Схема измерений АЧХ

Амплитудно-частотная характеристика АС

За последние годы развились методы измерений АС с помощью импульсных -сигналов, допускающих проведение измерений и в незаглушенных помещениях. В методе реализуется дискретное преобразование Фурье от импульсной реакции АС. В качестве возбуждающего сигнала используется последовательность импульсов длительностью 10... 20 мкс с частотой следования не более 4 Гц. Сигналы с микрофона вводятся в ЭВМ, где расчетным путем определяется амплитудно-частотная и фазовая характеристики. Требования к размерам незаглушенного. помещения для измерений определяются из следующего условия: время прихода к микрофону первых отражений toтр должно быть больше времени прихода самого импульса tимп и его длительности ∆t, т. е.

По записанной указанными методами АЧХ можно рассчитать ряд параметров:

• неравномерность частотной характеристики звукового давления — разность максимального и минимального уровней звукового давления в заданном диапазоне частот, выраженное в децибелах, пики и провалы уже одной девятой октавы не учитываются, в некоторых случаях используется отношение максимального к среднему уровню звукового давления;
• эффективный рабочий диапазон частот — диапазон, внутри которого частотная характеристика звукового давления не выходит за пределы заданного поля допусков или обладает неравномерностью, не превышающей заданного значения;
• характеристическая чувствительность — среднее звуковое давление, развиваемое громкоговорителем в заданном диапазоне частот на рабочей оси, приведенное к расстоянию 1 м от рабочего центра и подводимой электрической мощности 1 Вт. Обычно в технической документации используется уровень характеристической чувствительности, т. е. двадцатикратный десятичный логарифм отношения характеристической чувствительности в заданном диапазоне частот к давлению 2-10-6 Па Вт-2.

Наряду с амплитудно-частотной характеристикой АЧХ для оценки линейных искажений в АС используется фазочастотная характеристика ФЧХ, т. е. зависимость фазы звукового давления от частоты, измерения которой широко используются в практике проектирования АС. Однако методика измерений ФЧХ до настоящего времени не стандартизована.

Для оценки пространственного распределения звукового поля используются характеристики, связанные с направленностью АС: диаграмма направленности, показатель направленности и др. Диаграмма направленности может быть представлена в полярных координатах в виде зависимости уровня звукового давления от угла при фиксированных частотах или в виде семейства АЧХ, измеренных под различными углами между рабочей осью и направлением на измерительный микрофон.

Характеристика направленности АС: АЧХ, измеренная на оси (l) и при смещении микрофона под углами ±15° (2, 3)

Для оценки нелинейных искажений в АС используют различные виды испытательных сигналов: тональные, шумовые, музыкальные и др. Однако чаще всего измеряются нелинейные искажения на синусоидальных сигналах. Обычно нормируется полный и характеристический коэффициент гармонических искажений на заданной частоте

где Кт — полный коэффициент гармонических искажений; р, — давление, развиваемое громкоговорителем на частоте ft, Па; Pср — среднее звуковое давление в заданном диапазоне частот, Па. Полный коэффициент гармонических искажений

где Pnf, Рf—звуковое давление на частотах f, nf. Измерения проводят в зву¬комерных заглушенных камерах. Схема измерений (а).

Нередко в технической литературе приводятся результаты непрерывной записи частотных характеристик коэффициентов гармонических .искажений второго и третьего порядков Кг2 и Кг3. Измерения проводятся по схеме (б). Сигнал от генератора 1, входящего в автоматическую установку записи, через усилитель мощности 2 и электронный вольтметр 3 подается на акустическую систему 4. Через микрофон 5 и микрофонный усилитель 6 сигнал подается на следящий анализатор спектра 7 и регистрирующее устройство 8, входящее в ту же УАЗЧХ.

Схемы измерений: а) Кг1 б) Kг2 и КгЗ

Для согласования АС с усилителем мощности принципиальное значение имеет характер полного входного электрического сопротивления. Электрическое сопротивление реальных АС имеет сложный комплексный частотно-зависимый характер, поэтому обычно проводятся измерения частотной характеристики модуля полного электрического сопротивления. В соответствии с ГОСТ 16122 87 измерения могут проводиться в режиме постоянства напряжения или тока, подаваемого на АС. Сигнал от генератора 1 через усилитель мощности 2 и электронный вольтметр 3 подается на резистор R1 и АС5 или резистор R2. Сопротивление резистора R1 должно быть не более 0,05 от предполагаемого минимального значения модуля полного электрического сопротивления громкоговорителя в заданном диапазоне частот. Частотная зависимость уровня напряжения измеряется на резисторе R1 при включенной АС. Затем переключателем 5 включают резистор R2, значение сопротивления которого должно быть определено с погрешностью не более 1% и находиться в пределах от минимально допустимого значения модуля полного электрического сопротивления до номинального электрического сопротивления. На том же бланке регистрируют, частотную зависимость уровня напряжения на резисторе R1 при включенном резисторе R2.

Схема измерений |z| в режиме постоянства напряжения

Модуль полного электрического сопротивления на фиксированной частоте

где NR — уровень напряжения на резисторе R1 при включенном резисторе R2, дБ; NГР — уровень напряжения на резисторе R1 при включенной АС, дБ; — сопротивление резистора R2, Ом.

В технической документации обычно задается номинальное значение модуля полного электрического сопротивления, но, кроме того, нередко указывается также минимальное значение, которое может определяться из записанной частотной характеристики, а также непосредственно измеряться другими способами, указанными в ГОСТ 16122—87.

Одним из главных требований к АС является обеспечение неискаженной передачи динамического диапазона передаваемых сигналов. Для оценки способности АС к воспроизведению динамического диапазона вводятся требования к ее электрическим мощностям. В ГОСТ 16122—87 и МЭК 268-5 нормируются следующие виды мощностей:

• характеристическая мощность — электрическая мощность, подводимая к громкоговорителю, соответствующая заданному среднему звуковому давлению, равному 1 Па, в заданном диапазоне частот, приведенная к расстоянию 1 м от рабочего центра;
• предельная максимальная шумовая (паспортная) мощность — электрическая мощность, при которой АС может длительное время работать без механических и тепловых повреждений. Она проверяется при подведении к АС шумового сигнала со специальным спектральным распределением, заданным в ГОСТ 16122— 87, в течение 100 ч;
• предельная максимальная синусоидальная мощность — мощность непрерывного синусоидального сигнала в заданном диапазоне частот, при которой АС может длительное время работать без повреждений. Частоты, на которых проводится контроль, задаются в ТУ. Акустическая система оставляется под напряжением на каждой из частот в течение 1 ч, затем выдерживается в течение 5 мин, после чего она проверяется на отсутствие дребезжания.

Для согласования акустических систем с усилителем введено еще два вида мощностей:

• предельная максимальная долговременная мощность — мощность, которую АС выдерживает без механических и тепловых повреждений в течение 1 мин при таком же испытательном сигнале, как и при испытании паспортной мощности; сигнал подается в течение 1 мин с интервалом 2 мин, повторяют 10 раз;
• предельная максимальная кратковременная мощность — мощность, которую АС выдерживает без повреждений в течение 1 с. Испытания повторяют 60 раз с интервалом 1. мин. В технической литературе встречается близкое к этому понятие «музыкальной мощности», методика измерений которой дана в стандарте ФРГ 45500.

Все АС подвергаются проверке на отсутствие призвука и дребезга. Контроль проводится либо путем субъективного прослушивания, либо объективным спектрально-временным способом. Последний позволяет количественно оценить коэффициенты призвука и дребезга в АС, значения которых вносятся в технические условия.

Наряду с объективными измерениями электроакустических параметров все АС проходят субъективную экспертизу по оценке их качества звучания. Методика проведения экспертных оценок дана в международных и отечественных стандартах МЭК 268-13 и ОСТ4.202.003.
Требования к аппаратуре, помещению прослушивания, отбору экспертов, расположению АС определены в вышеуказанных стандартах. Оценка обычно проводится методом парного сравнения с эталонным образцом по 7-балльной шкале, для высших групп сложности по 10-балльной шкале. Итоговая экспертная оценка

где і=1,2,... ,п — номер эксперта; j=1,2 т — номер фрагмента тестовой программы; аij — оценка, вынесенная i-экспертом на j-м фрагменте тестовой программы. Окончательное заключение выносится по итоговой оценке а:

Диапазон изменения итоговой оценки	Качество звучания испытуемых АС по сравнению с образцом
—3,0..—0,5	Хуже
—0,5..+0,5	Равноценно
+0,5 ..+3,0	Лучше

Испытания АС по качеству звучания проводятся при типовых, приемочных, аттестационных и других видах .испытаний.