Испытательная лаборатория. Немного подробнее и конкретнее(Часть 2)

Автор: Кондратьев А.В.

Теперь, после экскурсов в область электрических или электромагнитных сигналов, перейдём «на почву» классической механики и рассмотрим область контроля защищённости речи. В самой изначальной её форма существования – механических колебаний в воздушной (акустика) или твёрдой (вибрации) средах.

Как обычно, не вдаваясь в подробности, изложенные в соответствующей методике контроля, определимся с измеряемыми при этом физическими величинами. Таковыми являются:

• звуковое давление (для воздушной среды);
• виброускорение (для колебаний в твёрдом теле)

Вообще-то об этом уже говорилось в той или иной мере, например здесь:

http://daily.sec.ru/publication.cfm?pid=36041

Тем не менее, немного об основах…

Для измерения звукового давления весь мир применяет первичные преобразователи, именуемые микрофонами. Точнее, «микрофоны воздушной проводимости». Все они превращают падающую на них звуковую волну в пропорциональный электрический сигнал. Естественно, той же частоты. Хороший измерительный микрофон делает это с одним и тем же коэффициентом передачи во всём рабочем диапазоне частот. То есть его АЧХ – «плоская» (в пределах допускаемой погрешности). Микрофонов (измерительных, с гарантированным коэффициентом передачи между звуковым давлением «на входе» в «Па» и напряжением «на выходе» в «В») великое множество моделей. Выбор конкретного определяется чувствительностью (в В/Па), габаритами, рабочим диапазоном частот и рядом дополнительных параметров. Для наших целей достаточно важны минимальные габариты (чтобы просунуть в почти любую щёлку), возможность подключения на тонком и гибком кабеле достаточной длины (из тех же соображений) и низкое выходное сопротивление (чтобы кабель был как можно более устойчив к воздействию помех).

«Классические» микрофонные капсюли конденсаторной (самой распространённой) системы могут устанавливаться только непосредственно на соответствующий предусилитель. Чаще всего сам предусилитель столь же жёстко устанавливается на корпус шумомера. То есть получается довольно габаритная система, которая для своего размещения требует заметного места. Поэтому приходится искать иные решения.

Практически полностью вышеперечисленным требованиям удовлетворяют микрофоны ICP (преобразователи со встроенной электроникой - Integrated Circuit Piezoelectric) стандарта. Такой микрофон имеет и небольшие габариты, и получает питание по тому же сигнальному кабелю, и выходной сопротивление где-то порядка 10 Ом. Чувствительность тоже достаточная, порядка 50мВ/Па.

Те же соображения обуславливают выбор акселерометра (тоже из огромного числа существующих моделей).

Именно поэтому все изготовители САИС в этой области применяют одни и те же (или весьма близкие) первичные преобразователи. Но надо отметить, что мы были первыми. Да, первой в стране САИС в области АВАК стала наша САИС «Шёпот», которую мы и рассмотрим дальше.

Сегодня эта система базируется на шумомере американской фирмы Larson & Davis тип 824, микрофоне фирмы PCB Piezotronics TSM130Е20 и отечественном акселерометре AP98-100. Собственно, почти такой же она была и в неблизком уже 2003 году, когда была осуществлена поставка её первых промышленных образцов. Столько лет в практически неизменном виде – гарантия удачных технических решений.

Давайте рассмотрим подробнее.

Опять же, не вдаваясь в подробности, отметим, что действующая методика требует измерения в двух, пространственно (для виброускорения ещё и качественно) разнесённых точках:

• с одной стороны оцениваемой строительной конструкции, вблизи колонки, излучающей тестовый акустический сигнал;
• с другой стороны оцениваемой строительной конструкции или на самой конструкции.

Причём во втором случае это выполняется ещё и другим измерительным преобразователем (акселерометром). То есть измерение явным образом двухканальное. Так вот в едином цикле измерения, без переноса вручную микрофона, до настоящего времени это выполняет именно и только САИС «Шёпот». В её составе есть входной коммутатор, который и делает её двухканальной. В процессе измерения (выполнения измерения в автоматическом режиме) система сама подключает первый канал (соответствующий измерительный преобразователь), проводит измерение, переключается на второй канал и вновь выполняет необходимые измерения. Весь цикл осуществляется без вмешательства оператора. В его задачу входит только размещение элементов системы (микрофоны, колонку), занесение описания контрольной точки и … нажать кнопку «Выполнить». Система сделает всё остальное (правда включить/выключить САЗ, при её наличии и оценке эффективности тоже придётся вручную).

Сама САИС состоит из рабочей и транспортной укладок, в которых размещается всё. Колонка с усилителем мощности, блоки аккумуляторов для автономного электропитания, штативы, блоки измерительных радиоканалов с их антеннами, длинные кабели для микрофона и акселерометра и т.д. Увы, всё это довольно габаритное и совсем нелёгкое. Что делать, физику обмануть невозможно. Весьма значительное звуковое давление тест-сигнала – это и габариты колонки с усилителем. А уж комплект аккумуляторов для питания 30-и ватного УНЧ сами понимаете…

Да и сами укладки не очень лёгкие. Зато за все годы ни разу не слышали, чтобы хоть что-то повредилось во время транспортировки!

Выше только что были упомянуты радиоканалы. Что это и зачем? А вот зачем. Частенько приходится оценивать межэтажные перекрытия или стены, когда невозможно кабель от микрофона (или акселерометра), размещённых «с той стороны» дотянуть до рабочей укладки. Вот тогда и приходит на помощь радиоканал. Блок приёмника подключается вместо микрофона, а сам микрофон – к блоку передатчика. Система этого «не замечает», для неё по-прежнему «на входе» микрофон. Как не замечает и перекрытия в 2-3 этажа (железобетон!). Реально оценить удобство этой опции можно только при практической работе!

Как и все наши САИС «Шёпот» управляется с хост-ПЭВМ. Основное рабочее окно с рядом вкладок наглядно и ориентироваться в нём несложно.

Из этого окна можно изменить конфигурацию системы, указать, где создавать базу данных измерений, выстроить иерархию этой базы («Объект» - «Помещение» - «Контрольная точка»), указать время измерения каждого режима («тест-сигнал», «сигнал», «фоновый шум», «сигнал САЗ») и т.д. Отсюда же устанавливаются все исходные параметры, запускается режим измерений, визуализируются их результаты и результаты расчёта защищённости.

Здесь же в базу данных можно и нужно занести все многочисленные характеристики стен, потолка, окон, дверей помещения и всего того, что впоследствии обязательно понадобится при составлении грамотного Протокола по результатам измерений. Вот, вроде бы, немудрящая функция – ведение базы данных. А сколько раз за прошедшие годы она выручала и автора этих строк и его коллег! Сколько раз возможность посмотреть, как именно вела себя некая перегородка в «две тысячи лохматом году» оказывалась неоценимой. А учитывая, что база в САИС «Шёпот» ведётся в формате MS Access, то их (базы) можно сливать, строит запросы, конструировать формы и вообще неограниченно обрабатывать, формировать статистику и выборки по десяткам объектов и многим параметрам… Автору и сегодня не так уж редко приходится просматривать результаты измерений эдак года с 2003. Очень выручает :)

Кроме всего уже перечисленного есть и отдельная версия ПО «Шёпот», которая позволяет выполнять измерения не в 5-и, а в 7-и октавах. И, дополнительно, осуществлять расчёт параметров в соответствии с другим НМД.

Всё это позволяет применять систему для решения весьма широкого круга задач.

Ранее уже упоминалось, что при акустических измерениях обязательна калибровка измерительного канала. А при вибрационных? По ГОСТ-ам – тоже. Но вот метод расчёта, предусмотренный НМД, «нечувствителен» к этой процедуре (если все измерения выполнялись одним и тем же акселерометром). Тем не менее, порою такая необходимость у пользователей системы возникает (измерения истинных, абсолютных значений виброускорения). А сам шумомер одноканальный, его можно откалибровать либо с микрофоном, либо с акселерометром. Но не с обоими преобразователями одновременно. Система предусматривает и это, она позволяет занести калибровочные данные обоих первичных преобразователей и при измерениях автоматически вычисляет и учитывает необходимые поправки в результаты измерений.

В приведённой в начале публикации ссылке достаточно подробно рассмотрен вопрос о возможных источниках погрешностей при акустических измерениях вообще и оценке помещений в соответствии с действующим НМД в частности. Есть ещё один немаловажный аспект проблемы и, соответственно, САИС в этой области.

В процедуре измерений предусмотрено измерение уровня «фоновых» шумов. Именно эта операция зачастую вызывает весьма неоднозначные оценки и мнения. Если буквально прочитать единственное «писаное» указание в НМД, то предписывается измерять «минимальные шумы» (если ближе к тексту, то «при минимальной зашумлённости»).

Конечно, столь нечёткую формулировку можно трактовать разно. Мы восприняли её как указание измерять именно минимальное значение за период измерения. И при многочисленных, последовавших в 2005-7 годах обсуждениях у регулятора, это было признано правильным толкованием. Именно поэтому наша система за заданный промежуток времени выполняет множество индивидуальных измерений (мгновенных значений), а потом из этого массива выбирает минимальное значение. Весьма «жёсткая» оценка, тем не менее, признанная правильной. Таким образом, в отличии от измерений, выполненных другими САИС, система «Шёпот» нечувствительна к стукам, хлопаньям дверей, перегазовке транспорта перед окнами, стуку каблучков этажом выше и т.д. Достаточно выставить время измерения несколько больше (обычно от 2 до 5 минут) и уж за это время наверняка найдётся временной отрезок порядка 125 мс с действительно минимальным уровнем шумов. Вот его-то система и измерит. Практики наверняка оценят важность именно этого свойства системы.

Как и другие наши системы ПО адаптировано и протестировано под несколькими версиями «виндов», включая W7_64 (скрины сделаны именно в этой версии ОС). Разница только в драйверах управления коммутатора и драйвере ключа защиты. Кстати конфигурация параметров COM порта отнюдь не означает подключения хост-ПЭВМ именно по этому, ныне практически уже не встречающемуся, порту. Это виртуальный COM, а управление и передача данных осуществляется вполне современно, по классическому USB.

Собственно, на этом описание САИС «Шёпот» и её особенностей вполне можно закончить. Как обычно, на форуме компании МАСКОМ выложено подробнейшее «Руководство пользователя», как и другая документация на систему (включая сертификационную). Хотя не устану повторять, для того, чтобы сравнить нечто этим «нечто» надо бы хорошо научиться владеть, пользоваться, применять. Автор искренне считает, что система этого стоит :)

Хотя и не собирается скрывать тот факт, что как-никак это «первенец», да, самая первая наша автоматизированная система измерений. А к первенцу всегда отношение особое ;)

Продолжение следует.