Измеритель шума (стр. 9 из 18)
Систематичні похибки вимірів.
Систематичними називають похибки, пов'язані з відхиленням характеристик приладів, звукового поля та величин, що входять у розрахунок, від заданих значень.
Систематичні похибки можуть бути постійними за знаком у всьому діапазоні вимірів або змінними за знаком ( + ) або (-) і містити постійну та змінну складові.
Окремі складові систематичної похибки виявляють градуюванням апаратури, заміною деяких приладів у вимірювальному тракті приладами інших типів або порівнянням результатів вимірів, отриманих незалежними методами. Систематичні похибки нерідко зустрічаються також при невідповідності методів вимірів і градуюванні приладу.
Розрізняють наступні систематичні похибки: основні, додаткові й не виключені систематичні залишки.
3.2. Помилки, пов’язані з частотною характеристикою чутливості вимірювача шуму.
Частотна похибка чутливості шумоміру складається з постійної для всіх частот складової, пов'язаної з підсиленням, і зі змінною складової, що повинна вкладатися в допуски на відхилення частотної характеристики чутливості від номінального значення. Постійна складова може бути визначена та потім виключена в результаті градуюванні шумоміра та визначення середнього для всіх частот значення рівня чутливості. Із цією метою діапазон частот розбивають на n рівних, відносних інтервалів і складають рівні чутливості в цих інтервалах за правилом додавання рівнів. Від отриманої суми віднімають 10lg і одержують середній рівень чутливості відносно
н/м2. Різниця між рівнем, відзначеним у паспорті калібратору шумоміра й середнім рівнем, обчисленим для відповідного положення дільника, є постійним виправленням, що додають 
до показання шумоміра. Це виправлення може бути врахована зміною настановного рівня в калібраторі. Якщо змінна складова, що залишилася, систематичної похибки чутливості не виходить із поля допуску на нерівномірність характеристики, то можна чекати, що похибку шумоміра при вимірі шуму із широким спектром не перевищить величини максимального відхилення поля допуску від номіналу в середній частині частотного діапазону, тобто ±3 дБ для шумоміра нормальної точності й ± 1 дБ для прецизійного шумоміра.Цими значеннями й визначається в основному частотна похибка шумоміра, що пройшов перевірку. Частотні виправлення до показань шумоміра, що пройшов градуювання (тобто визначення частотної характеристики чутливості), можуть бути використані для обчислення виправлення при вимірі шуму з певним відомим спектром (табл. 3.1.). Виправлення виявляються рівними енергетичній різниці між сумарним рівнем звукового тиску шуму, обчисленим по спектрі, і сумарним рівнем звукового тиску шуму, обчисленим по спектрі, відкоректованому по таблиці поправок до показань шумоміра. Похибку градуюванні шумоміра
0,5 дБ.Таблиця 3.1
Частотні виправлення до показань шумоміра
| Номер октавної смуги | Середня частота октавної смуги, Гц | Відносний рівень спектра в смузі, дБ | Середнє виправлення до показання шумоміра в межах октавної смуги, дБ | Корегований рівень спектра, дБ |
| 1 | 63 | 50 | +8 | 58 |
| 2 | 125 | 50 | +4 | 54 |
| 3 | 250 | 53 | + 2 | 55 |
| 4 | 500 | 56 | + 1 | 57 |
 5 | 1000 | 59 | —1 | 58 |
| 6 | 2000 | 62 | +2 | 64 |
| 7 | 4000 | 40 | +4 | 44 |
| 8 | 8000 | 35 | +6 | 41 |
| Сумарний рівень | 65 | — | 68 | |
Виправлення Δ=68—65=3 дБ. Аналогічно може бути обчислене виправлення для випадку «білого» шуму, у якого спектральний рівень підвищується із частотою на 3 дБ на кожну октаву, а також «рожевого» шуму, з постійним спектральним рівнем в октавних смугах.
3.3. Помилки, пов'язані з чутливістю селективного вимірювального тракту
Селективний вимірювальний тракт може бути представлений у вигляді шумоміра з фільтрами; шумоміра та електричного аналізатора; вимірювальні мікрофони, мікрофонного підсилювача; електричного аналізатора й індикаторного приладу та ін. При градуюванні селективного тракту визначають виправлення до його показань у кожній частотній смузі звіренням тракту (включаючи мікрофон) зі зразковим вимірювальним трактом на білому шумі.
Якщо величина цих поправок не виходить із поля допуску, необхідного нормативними документами й гарантованого виробником, то на вимірювальний тракт видається свідоцтво про державну перевірку. У цьому випадку вимірювальний тракт використовується без внесення поправок на його чутливість.
Якщо величина поправок виходить за поля допуску, то для обліку систематичної похибки вносять виправлення для кожного смугового фільтра. Виправлення придатні для діапазону рівнів, при яких відхилення
амплітудної характеристики тракту (залежності показань індикатора від величини на вході тракту) від лінійної не перевищує 1—2 дБ. Ця величина також контролюється при державній перевірці.В експлуатаційних умовах можуть бути проконтрольовані характеристики як наскрізного тракту (включаючи мікрофон) звіренням на чистих тонах з показаннями зразкового мікрофона, так і окремих елементів тракту: атенюатора, підсилювача, фільтрів, індикаторного приладу шляхом подачі на електричний вхід тракту сигналу постійного рівня від генератора синусоїдальної напруги, що має досить точний дільник. Індикаторний прилад тракту контролюють при цьому, звіряючи його на чистих тонах зі зразковим вольтметром. Якщо при держперевірці вимірювального тракту виправлення до показань дільника та шкали виявляться вище норми, то, у вигляді виключення, на них дають таблиці поправок, внесених у показання приладу при вимірі шуму. Похибку визначення поправок на чутливість σ=1 дБ. Для градуювання селективних трактів по чутливості можуть бути використані також чисті тони, однак обчислити виправлення при цьому для широкосмугового шуму важко.
3.4. Помилки, пов’язані з направленістю мікрофона
Описані систематичні похибки відносяться до випадку застосування приладів у вільному полі та орієнтації мікрофона в напрямку до джерела звуку.
Виміри у відбитому полі вимагають визначення рівня чутливості приладу у відбитому полі Е2. Ця величина може бути визначена градуюванням мікрофона (шумоміра) у ревербераційній камері по методу звірення зі зразковим ненаправленим мікрофоном або вирахуванням (у децибелах) від відомого рівня чутливості у вільному полі Е1 індексу спрямованості мікрофона
Е2 = Е1 -(ІС).
Для селективних трактів можна врахувати відповідні виправлення для кожної середньої частоти фільтра, а для шумоміра — лише електричною корекцією частотної характеристики чутливості по частотній характеристиці індексу спрямованості мікрофона, застосованого в шумомірі.
Припустимі відхилення характеристики спрямованості вимірювального мікрофона від кругової в діапазоні кутів ±90° для шумоміра нормальної точності наведені в табл. 3.2При вимірі в проміжній області між вільним і відбитим.
Таблиця 3.2
Припустимі відхилення характеристики спрямованості вимірювального мікрофона від кругової в діапазоні кутів ±90° для шумоміра нормальної точності.
| Частотний діапазон, гц | Відхилення, дБ | |
| Мікрофон на корпусі шумоміра | Мікрофон на подовжувальному шланги | |
| Менш 500 | ±1,0 | ±1,0 |
| До 1000 | ±1.5 | + 1; —2,0 |
| До 2000 | ±4,0 | + 1; —6,0 |
| До 4000 | ±8,0 | + 1; —8,0 |
| До 8000 | ±15,0 | + 1; —15,0 |
3.5. Помилки, пов’язані з характеристикою детектора
У шумовимірюючій апаратурі рекомендується застосовувати квадратичний детектор, який допускає енергетичне додавання обмірюваних рівнів. Лінійне детектування у випадку нормального розподілу миттєвих значень сигналу дає похибку порядку 1 дБ у порівнянні з квадратичною. Піковий детектор дає показання при вимірі шуму, на декілька децибел, що відрізняються від показань квадратичного детектора, якщо вони однаково відградуюванні на чистому тоні.
Цим пояснюється, що сума спектральних рівнів, обчислена по записі спектра на деяких самописцях, відрізняється від сумарного рівня.
У шумомірах, допущених до застосування, характеристика детектора задовольняє необхідним вимогам. Це не ставиться до деяких типів самописів рівня (Н-110, 2304 і ін.), що мають детектор, близький до пікового. Отже, показання їх істотно залежать від пікфактора сигналу. Похибки цих самописців при абсолютних вимірах дозволяють вважати результати вимірів орієнтовними. Самописці з квазипіковим детектором можуть використовуватися для відносних вимірів при контролі продукції, але не для точного визначення шумових характеристик рівня звукової потужності й рівня звуку (А).
3.6. Помилки, пов’язані зі звуковим полем
Вільне звукове поле контролюють за допомогою допоміжного джерела (гучномовця) або, що менш бажано, за допомогою випробуваної машини.
Систематична похибку, зв'язана зі звуковим полем, у цьому випадку дорівнює різниці між рівнем сумарного звуку (прямий звук плюс відбитий звук) і рівнем прямого звуку в точці прийому. Виділити прямий звук із сумарного можна графічно шляхом побудови за даними вимірів кривої спаду рівня звукового тиску зі збільшенням відстані від джерела (рівень звукового тиску залежно від логарифма відстані). Різниця в децибелах між експериментальною кривою спаду та прямою з нахилом 6 дБ на відрізок, що відповідає подвоєнню відстані, представляє відхилення поля від «закону оберненої пропорційності», тобто систематичну похибку. Сполучити обидві криві можна в точці, що задовольняє цьому закону, наприклад, на відстані від випромінювача, рівній його подвоєному діаметру. Для наближеного контролю поля стандарт рекомендує не знімати всю криву спаду рівня, а визначати різницю рівнів у точці на половинній відстані від машини й у вимірювальній точці. Різниця повинна бути не менш 5 дБ. Можна також визначати різницю рівнів у вимірювальній точці і на подвоєній відстані. У цьому випадку різниця повинна бути не менш 4 дБ. Різні значення допуску пов'язані зі збільшенням впливу відбитого поля на подвоєній відстані. Систематична похибку, пов'язана з відхиленням від вільного поля, допускається рівною 1,5—2 дБ для I і II класів. Стандарт допускає виміру за методикою вільного поля і при трохи більшій систематичній похибці. Це повинно бути зазначено в протоколі вимірів, і виміри в цьому випадку відносять до III класу.