Программы для измерений
Нам нужно измерить акустику помещения. Для проведения таких измерений и получения наглядных графиков в компьютере можно использовать любые программы – их очень много. Большинство из них профессиональные, очень навороченные и только платные.
Ниже совсем маленький список программ, которые многие профессионалы используют для замеров акустики и помещений:
- ULYSSES это программа, разработанная для быстрой и точной оценки и моделирования акустических параметров помещений. https://www.ifbsoft.de
- ODEON – Room Acoustics Software. Профессиональная программа http://www.odeon.dk
- EASE v3.0 программа акустического моделирования больших помещений (стадионы, церкви, арены, театры и т.п.). Предназначена для инсталляторов, архитекторов, инженеров, строителей. https://www.renkus-heinz.com
- PRAXIS это сложная измерительная система, использующая большие возможности Windows. Предназначена для профессионалов. http://www.libinst.com/PraxisMoreInfo.htm
- Room EQ Wizard. Это для анализа акустики помещения, для измерения и анализа характеристик помещения и громкоговорителей. Состав:
- инструменты для генерации звуковых тестовых сигналов;
- проведение измерений SPL и импеданса;
- замеры частотных и импульсных характеристик;
- измерение искажений;
- создание графиков фазы, групповой задержки и спектрального затухания;
- создание графиков анализатора в реальном времени (RTA);
- расчет времени реверберации;
- расчет параметров Тиля-Смолла;
- определение частот и времен затухания модальных резонансов;
Вот последняя из списка – программа, которую используют практически все, кто интересуется акустикой и качественным звуком в домашних условиях. Она интуитивно понятна и имеет достаточно средств для получения исчерпывающей информации.
Не реклама программы, а просто на многочисленных форумах пишут и задают вопросы именно про эту программку.
Room EQ Wizard
Скачать программу для измерения можно и нужно с официального сайта Room EQ Wizard. Она распространяется на безоплатной основе и доступна для любой операционной системы. На главной странице скачиваем нужную версию приложения (для любой операционной системы)
Приложение Room EQ Wizard предназначено для анализа акустических параметров помещения и получения данных, необходимых для коррекции частотных характеристик.
Запускаем программу. Для начала нужно откалибровать сам микрофон, что бы он корректно выдавал показания. Потом можно проводить измерения.
Включается тестовый сигнал генератора. Колонками воспроизводится весь спектр частот. Микрофон слушает этот сигнал, программа записывает и выдает результаты в виде АЧХ графика.
Это очень коротко о работе с программой, потому что там не всё так просто и в двух словах не рассказать. Много тонких настроек. На просторах интернета много роликов, в которых рассказывают о тонкостях калибровки микрофона, настройках программы, её возможностях и преимуществах.
Вероятно, позднее, для раскрытия этого вопроса будет написана статья, а может и не одна. Но в уже имеющихся видеороликах более наглядно и понятнее выглядят пояснения по работе с программой. Стоит только правильно задать вопрос поисковику.
Куда направлять измерительный микрофон?
Очередной вопрос. Куда и почему именно туда нужно направлять микрофон? Попробуем коротко разобраться. Выводы в конце. И нужно учитывать – какой микрофон используется, какую направленность диаграммы он имеет.
В первом случае, представим, что микрофон установлен на уровне высокочастотного динамика на расстоянии 1 метр. Это, как бы, идеальный вариант измерения АЧХ акустики в целом и конкретно этого динамика.
Снимаем показания, потом отворачиваем микрофон совсем чуть в сторону, на несколько градусов. Снимаем показания снова. И показания АЧХ меняются кардинально. Могут вылезти горбы и появиться провалы.
Следующий вариант. Ставим микрофон в точке, которая подразумевает место слушателя.
Здесь уже наверняка не будет того “нужного метра”. И микрофон уже будет “слушать две акустические системы (тут речь уже не идет о замерах АЧХ динамиков). Микрофон слышит оба канала в одной точке. Плюс отраженные сигналы.
А теперь отнесем микрофон чуть влево и пусть микрофон “послушает” теперь. Вновь появятся значительные “искажения”, которых не было в “идеальной” точке. Что мы тут слушали, акустические колонки или акустику помещения?
Третий вариант – как пример измерения акустики помещения. Иначе никак у меня не получается понять это. Этот же микрофон устанавливается в противоположном углу помещения от акустических систем.
Что теперь будет “слышать” микрофон? Получается, что он будет “слушать” акустику самого помещения и не всего, а только в той точке, где он находится.
Попробую подвести итог
Повторюсь, что это сугубо мои размышления и мысли. Ничего не доказываю и не спорю. Пытаюсь разобраться и понять.
К чему мы пришли? Какие результаты мы ожидали? Какой микрофон мы использовали, какой направленности (ведь от этого зависит поле, которое мы хотели измерить)? Что мы измерили вообще? Появилось ещё больше вопросов.
Какой микрофон нужен для того, что бы посмотреть АЧХ звука от колонок, именно в том месте где сидим и слушаем? Микрофон с узконаправленным полем или кардиоидный?
Нужно направлять его строго на колонку (колонки), что бы “услышать” (увидеть АЧХ от акустики). Или нужно микрофон направлять в ту сторону, куда “слушает” наше ухо, от куда идут все звуковые составляющие, излучаемые акустической системой?
Ведь в том месте куда “слушает” наше ухо – очень много отраженного сигнала, резонирующих факторов, которые микрофон просто не услышит, когда он смотрит строго на акустику.
Дополнение
Более распространена ситуация, когда расположение ушей слушателей находится выше или ниже оси твиттеров. Но замеров АЧХ при смещении микрофона вверх или низ не делают, так как подобные замеры покажут катастрофические искажения АЧХ почти у любой акустики. Вплоть до уровней +-20Дб.
Расстояния от правой и левой колонок и ушами слушателя не бывает одинаковым. Если посмотреть , то в идеале все стороны виртуального треугольника должны быть равны (почему-то так считается). Но разница в расстоянии от левой и правой АС всего в 11 сантиметров приводит к противофазности звучания каналов на частоте 3 кГц и выше.
Наилучшая фокусировка звуковых волн происходит под углом около 15 градусов. А совсем не по правилам равнобедренного треугольника.
Человек слышит в основном вперед, а не в сторону. Звуковой поток, от различного угла входа в ушную раковину, меняется на значения порядка +-20Дб. И ни кто не знает, каким должен быть «правильным» этот угол входа в ушную раковину.
Хотите поделиться своим опытом, знаниями – напишите и мы обязательно примем меры к изучению информации. Вы сможете выразить своё мнение или вы захотите стать автором статей прямо на нашем сайте! Не забываем про Авторские права.
Хотите поделиться мнением о прочтенном на этой страничке – очень будем рады! Оставьте свой отзыв или напишите пожелания в форме ниже.
Какое оборудование нужно для измерений акустики комнаты?
Микрофонный штатив
Что бы измерить акустику помещения, первое что потребуется, так это обычный микрофонный штатив. Подойдет и любой штатив, с возможностью закрепить микрофон в горизонтальном положении на уровне, примерно 90-100 сантиметров от пола. Не совсем технически правильно – держать микрофон в руках во время проведения измерений.
Почему микрофон нужно установить именно на такой высоте? Обычно, на этой высоте находится голова и уши слушателя музыки, сидящего в своем кресле или на диване перед акустикой. Стоя перед колонками редко кто слушает музыку.
Измерительный микрофон
Так же потребуется измерительный микрофон. Без него ни как не провести измерения. Судя по большому количеству голосов “за” и хороших отзывов тех, кто проводил такие измерения акустики помещений много раз – выберем для работы микрофон Behringer ECM 8000. Микрофон не очень дорогой, но он довольно хороший по качеству.
Но можно купить и Dayton Audio EMM-6 (калибровочный аналоговый измерительный микрофон), miniDSP UMIK-1 (Калибровочный измерительный USB-микрофон).
Хотя, разобравшись с программой, можно провести несколько экспериментов с любым не дорогим конденсаторным микрофоном, петличкой например. И результаты могут быть вполне приличными и достаточными, для оценки акустики помещения. Но не забываем – провести корректировку микрофона.
, разберемся чуть подробнее с микрофонами – какие вообще бывают микрофоны и какой предпочтительнее использовать при проведении замеров акустики помещений и акустических систем. Коротко разберемся в преимуществах и характеристиках.
Микрофонный усилитель
Третий компонент – микрофонный усилитель. Какой усилитель использовать – вариантов не много, но все усилители стоят достаточно дорого (более 150 “зеленых бумажек”) и не каждому по карману купить такое устройство для разового замера своей акустики в помещении.
Список рекомендуемых приборов – микрофонных усилителей для проведения измерений акустики помещения:
- Steinberg UR22 MkII USB audio interface
- miniDSP 2×4 HD DSP / Equaliser / USB DAC / crossove
- Focusrite Scarlett Solo USB audio interface
Моё мнение по поводу микрофонного усилителя
Многие проводят измерения не используя специально купленных для измерений усилителей. Они проводят измерения, подключив микрофон непосредственно подключив его к микрофонному входу ноутбука или компьютера.
Иначе говоря, используют возможности звуковой карты компьютера. Но это не всегда хороший вариант, так как не в каждом компьютере устанавливается хорошая звуковая плата или подходящий для этих целей чип.
Я считаю, что микрофонный усилитель для измерения акустики помещений и акустических систем нужен. Много разговоров на форумах по поводу использования микрофонных усилителей: использовать специальный усилитель или достаточно простой самоделки.
Спорить то можно, но сделав самодельный усилитель можно достичь нужного результата за небольшие деньги. Но купить специальный усилитель и не заморачиваться на поисках схемы, деталей, пайке и настройке – за это можно и заплатить.
Кто на что способен и готов: потратится на хороший готовый усилитель или собрать свой для конкретно выбранного микрофона. Выбор есть!
2 Состав поверочной установки
В состав акустической поверочной установки обычно включают:
•эталонный микрофон;
•электростатический возбудитель (актюатор);
•акустический калибратор;
•контроллер с высокоточными ЦАП и АЦП, например BC-301;
•ПК со специальным программным обеспечением.
В состав системы BC-321 дополнительно включается камера малого объема (КМО).
Акустический калибратор – это устройство, которое подает на микрофон сигнал
звукового давления известного уровня и частоты.
Рисунок 2 – Акустический калибратор | Рисунок 3 – Акустический калибратор |
На рисунке выше показан акустический калибратор 4231 фирмы Bruel & Kjaer. Он на частоте 1000
Гц может поддерживать два уровня звукового давления – 94 и 114 дБ.
Есть модели калибраторов (например, 4226 фирмы Bruel & Kjaer), поддерживающие
фиксированный набор частот, например – октавный ряд. Однако такие калибраторы
имеют достаточно высокую цену.
Актюатор – это устройство, которое
позволяет имитировать воздействие звукового поля по давлению через
непосредственное воздействие звукового поля на мембрану микрофона.
| |
Рисунок 4 – Актюатор BC-335 производства ВИСОМ | Рисунок 5 – Актюатор производства Bruel&Kjaer |
С помощью актюатора определяется частотная характеристика
микрофона.
Принцип действия актюатора показан на рисунке ниже.
Рисунок 6 – Принцип действия электростатического актюатора | 1.Актюатор 2.Капсюль микрофона 3.Предусилитель 4.Блок питания предусилителя 5.Вольтметр 6.Резистор (10 МОм) 7.Конденсатор (5 нФ) 8.Источник постоянного напряжения 9.Генератор |
На пластину актюатора подаётся сумма постоянного и
переменного напряжения. При этом под действием электрического поля начинает
колебаться мембрана микрофона. Наиболее подробная информация об
электростатических актюаторах находится в IEC 61094-6:2004
Electrostatic actuators for determination of frequency response .
В состав системы BC-321 входит также камера
малого объема.
Рисунок 7 – Камера малого объема ВС-323 из состава системы BC-321
КМО применяется для получения чувствительности микрофона
методом сличения. Метод сличения заключается в том, что эталонный и поверяемый
микрофоны подвергаются воздействию одинакового звукового давления. В этом
случае отношение чувствительностей микрофонов равно отношению напряжений на
выходах этих микрофонов. Чувствительность поверяемого микрофона Mпов определяется через чувствительность
эталонного микрофона Mэт и отношения
напряжений Uпов/Uэт
по формуле:
| (1) |
КМО образует замкнутое пространство, к которому через
отверстие верхней части подключен высококачественный возбудитель акустических
колебаний. Мембраны микрофонов в КМО образуют часть внутренних стенок камеры.
Для предотвращения возможности повреждения мембран
микрофонов избыточным давлением при их установке и удалении из КМО в нижней
части камеры имеется отверстие, которое закрывается на время поверки микрофонов
для обеспечения её герметичности. Для этой же цели служат дополнительные
резиновые кольца, расположенные в пазах стенок отверстий для установки
микрофонов.
Для того, чтобы звуковое воздействие на поверяемый и
эталонный микрофон было бы одинаковым, наибольший размер камеры Lдолжен быть много меньше длины
звуковой волны λ в воздухе. Это ограничивает максимальный рабочий
диапазон КМО до 5 кГц.
Однако наличие камеры малого объема является серьезным
преимуществом, так как она позволяет при поверке заменить дорогостоящий
многочастотный калибратор.
Arta Software
От всех других аналогичных программ ее отделяет интуитивно понятный интерфейс при огромном функционале возможностей.
Последняя версия программы доступна на сайте разработчиков. Ниже, в разделе приложение, мы даем ее полное описание и методику работы с программой Arta Software. Программа вроде платная. Но это мало кого останавливает, так как, кто ищет тот всегда найдет.
Измерять АЧХ можно самым простейшим образом. Тупо послал сигнал на усилитель-динамик и замерил микрофоном результат:
АЧХ почти сразу можно увидеть в таком виде:
Помимо этого программа позволяет замерять всякие другие разные полезности. Кто желает глубоко погрузиться в тему, – изучайте приложение. Но имейте ввиду, в бытовой, слушательской практике, такие точные измерения не несут ни какого смысла. А вот для разработчиков аудиосистем программа Arta Software очень весьма полезная и даже необходимая.
Ниже мы приводим полное руководство по работе с программой Arta Software.
Описание TrueRTA.
Анализатор аудио спектра TrueRTA, работает в режиме реального времени, отлично подходит для настройки амплитудно-частотных характеристик акустических систем в различных помещениях и залах. Программное обеспечение включает в себя целый набор инструментов, в частности, спектральный анализатор реального времени (Real Time Analyzer), двойной осциллограф, генератор сигналов, цифровой измеритель уровня и коэффициента амплитуды сигнала или крест-фактора. Интерфейс приложения крайне прост и удобен, все настройки могут быть развернуты в виде панелей на основном рабочем окне.
Программное обеспечение предоставляет возможность самостоятельно настраивать масштабы, параметры и диапазоны звуковых измерений, проводит обработку и усреднение входных данных, имеет функцию фиксации пиков. Сигнал на экране осциллографа может быть остановлен в любой момент времени и прокручен в разные стороны. Также предлагается пять различных цветовых схем для графической области окна.
Полученные с помощью TrueRTA измерения позволяют детально и «на лету» оценить акустику, определить нелинейные искажения, проверить правильность расчетов разделительных фильтров. Максимальное разрешение достигает 1/24 октавной полосы. Программа позволяет выявить не только спектральный состав гармоник, но и просчитать коэффициент нелинейных искажений для каждой из них. Расчет уровня гармоник в приложении необходимо проводить вручную.
Кроме того программа TrueRTA может генерировать аудио сигналы любой частоты (в пределах от 1 до 22000 Гц) и амплитуды. Приложение позволяет проводить замеры белым шумом, розовым шумом (стандартным для акустических измерений) или синусоидальным сигналом. Результаты измерений можно распечатать или сохранить в ячейках памяти, а затем сравнить между собой. Последние версии софта имеют возможность определять импульсные характеристики звуковых сигналов.
Компоненты системы:
Система контроля вибрации SRS-35 от SPEKTRA УсилительPA 14-80 от SPEKTRA
Эталоны:
– Картридж размером 0,5 дюйма для конденсаторного микрофона класса LS2P с предусилителем VIC (калибровка по напряжению) размером 0,5 дюйма
– Звуковой акустический калибратор класса LS, (94 дБ / 1,000 Гц и 114 дБ / 1,000 Гц)
Рабочие эталоны:
– Картридж размером 0,5 дюйма для конденсаторного микрофона класса WS2F с предусилителем
Адаптеры и аксессуары
Стандартный ПК
Специальная транспортируемая безэховая камера SPEKTRA, полностью покрытая изнутри клинообразными конструкциями из звукопоглощающего материала, с установленным внутри громкоговорителем, со специальным держателем для испытываемого прибора или эталона. В камере также есть смотровое окно для наблюдения за показаниями тестируемых приборов, например шумомеров, у которых отсутствует выходной электрический канал данных.
4 Проведение поверки микрофонов
В настоящее время поверка и калибровка микрофонов производится с помощью различных автоматизированных систем. Широкое применение подобных систем обеспечивает точность измерений, позволяет избежать негативного влияния «человеческого фактора» и сократить время измерений.
К сожалению, практически все автоматизированные системы поверки и калибровки производятся за рубежом и имеют достаточно высокую стоимость, что обуславливает их труднодоступность.
Предлагаемое решение – система измерительная виброакустическая BC-321 является рабочим эталоном по ГОСТ Р 8.765-2011 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Государственная поверочная схема для средств измерений звукового давления в воздушной среде в диапазоне частот от 2 Гц до 100 кГц.
Рассмотрим процесс поверки микрофонов с помощью данной системы.
Как правильно использовать виброкалибратор для проверки прибора?
Вопрос: В нашей лаборатории есть виброметр Экофизика и виброкалибратор КВ-160. Как правильно использовать виброкалибратор для проверки прибора? Как часто и насколько обязательно это делать?
Ответ
Чтобы понять, нужно ли проводить проверку калибровки виброметра, следует обратится к нормативному документу, которым руководствуется лаборатория при измерениях вибрации.
Если при измерениях вибрации руководствоваться аттестованными методиками, разработанными нашим объединением, то требование о проведении калибровки виброметров является рекомендуемым. Общая проверка работоспособности и правильности настройки прибора при этом обязательна.
Проверка калибровки – это проверка измерительного тракта. Её проводят до и после серии измерений, что бы убедиться в правильности работы прибора во время измерений.
Для проверки калибровки приборов Октава и Экофизика нужно:
- Подключить акселерометр к прибору, включить его и зайти в режим измерения. Не следует заходить в сервисные режимы для настройки прибора – «Автокалибровка», «Калибровка», «Диспетчер датчиков» и т.п;
- Запустить измерения, нажать клавишу меню и выбрать окно График (Спектр-Да и т.п.);
- – при работе с однокомпонентными датчиками:а) закрепить датчик на калибраторе с помощью шпильки или мастики;б) выбрать отображение третьоктавного спектра и усреднение 5 сек (либо Slow);в) на приборе, установить курсор на полосу частот, которая наиболее близка к частоте работы калибратора, обычно это 160 Гц;г) включить калибратор, выждать 10-20 секунд, сравнить показания с уровнем, выдаваемым калибратором по свидетельству. Если разница не превышает допустимой, проверка калибровки считается успешной.
– при работе с трёхкомпонентными датчиками:а) закрепить датчик на калибратор таким образом,чтобы проверяемая ось датчика была направлена вдоль рабочей оси калибратора,б) выбрать отображение третьоктавного спектра и усреднение 5 сек (либо Slow);в) на приборе, установить курсор на полосу частот, которая наиболее близка к частоте работы калибратора, обычно это 160 Гц; г) включить калибратор, выждать 10-20 секунд, сравнить показания с уровнем, выдаваемым калибратором по свидетельству. Если разница не превышает допустимой, калибровка считается пройденной.д) повторить пункты а-г для остальных осей вибродатчика.
При работе с приборами Октава и Экофизика проверка калибровки считается пройдённой, если измеренное в режиме индикации “1/3-октавный анализатор” значение совпадает с уровнем калибратора в пределах ±0,4 дБ. Это допускаемое отклонение указано в методике выполнения прямых однократных измерений. Для большинства приборов Октава и Экофизика эта методика содержится в приложении к руководству по эксплуатации МИ ПКФ-12-006, а для остальных – непосредственно в руководстве по эксплуатации.
Рассуждения про микрофоны
Профессиональные измерительные микрофоны бывают направленного действия и всенаправленного. Термины «Направленный», «Кардиоидный», «Всенаправленный» характеризуют диаграммы их направленности, хотя эти термины иногда применяются излишне вольно. Направленность всех микрофонов зависит от частоты и становится сферической (всенаправленной) с уменьшением частоты.
Ниже примерные диаграммы направленности чувствительных зон микрофонов.
Всенаправленный микрофон
Принимает звук, практически одинаково, с любого направления. На рисунке его диаграмма направленности выделена красным цветом. Измерительные микрофоны делают практически всегда – всенаправленными.
Кардиоидный микрофон
На рисунке обозначена – зеленым цветом. Наиболее распространенная диаграмма направленности. Эти микрофоны обычно обладают эффектом близости, окрашивающим и усиливающим басовый диапазон вокала с близкого расстояния. Часто применяется в студиях на радиостанциях и в студиях звукозаписи.
Суперкардиоидный микрофон
Диаграмма синего цвета – Это расширенная версия кардиоидного микрофона, имеющая незначительную вторую зону сзади микрофона, и основная зона более направленная.
Гиперкардиоидный микрофон
Диаграмма фиолетового цвета. Это расширенная версия суперкардиоидного микрофона, имеющая более расширенные границы диаграммы.
Двунаправленный микрофон
Двунаправленный микрофон («восьмерка»), диаграмма желтого цвета, одинаково хорошо воспринимает звук как спереди, так и сзади, но подавляет звук, поступающий с боков (а также сверху, снизу и т.д.).
Узконаправленный микрофон
Говорить именно об узконаправленных микрофонах можно очень много, материала можно насобирать на отдельную статью, чего сейчас не будем делать. На схемах его диаграммы направленности нет.
Но можно эту диаграмму описать в несколько слов. Такой микрофон слышит звуки только перед собой и в достаточно узком “коридоре”. Потому измерительные микрофоны ставят непосредственно перед акустической системой в нескольких десятках сантиметрах. В основном, это расстояние считается идеальным для проведения измерений и делается в один метр.
снова моё личное мнение-рассуждение, и оно наверняка совпадает с мнением многих, о расположении микрофона.
Обычно, узконаправленные микрофоны имеют длинные корпуса, и имеют экстремально узкую диаграмму направленности. Они воспринимают звук только в непосредственной близости от оси направленности микрофона.
Эти микрофоны используются для локальной записи звука (при съемке фильмов или на телевидении). С их помощью записывают звуки природы, а так же, в любом другом месте, где требуется очень точное позиционирование.
Краткий итог по микрофонам
Электретные микрофонные капсюли, примерно как на картинке, стоят не дорого, но это не говорит об их плохом качестве. Их очень часто устанавливают в измерительные микрофоны наивысшего качества.
Так же их используют в микрофонах для записи природы и в других местах, где требуется высокая чувствительность. Эти микрофоны имеют относительно низкий уровень собственных шумов, в то же время – широкий частотный диапазон.
«Настоящие» конденсаторные (они же «ёмкостные») микрофоны обычно превосходят большинство электретных микрофонов по качеству и параметрам.
А это может свидетельствовать о том, что они больше не являются “дешевыми игрушками для увеселительных целей”, как считалось ранее.
Так что, вернемся к вопросу – можно ли самому сделать себе оборудование для проведения измерения акустики помещения и акустических систем? Да, вполне можно!
И очень даже вероятно, что качество измерений через самодельный микрофонный усилитель и сделанный своими руками непосредственно микрофон – будут давать отличный результат. И по затратам это будет значительно дешевле, чем покупать готовые микрофон и усилитель для него.
Но опять же, если есть голова, знания, руки и все исходные материалы – удачи в делах! А когда нет навыка, но хочется постичь эту науку – тогда лучше купить готовое и проверенное оборудование. Снова – выбор есть и он за вами!
