Устройство для определения времени затухания сигнала

 

Изобретение относится к области акустических измерений. Техническим результатом использования изобретения является повышение точности измерений. Результат достигается тем, что устройство для оценивания времени затухания сигнала содержит управляемый генератор испытательного сигнала, выходной усилитель, громкоговоритель, акустический тракт, микрофон, управляемый входной усилитель, резонансный фильтр, компаратор, управляемый таймер, первый регистр, вычитатель, второй регистр, управляемый ключ, блок управления, блок отображения, индикатор уровня. Проводится оценка временного отклика резонансного фильтра на входной испытательный сигнал. В качестве испытательного сигнала используется последовательность линейно-частотномодулированных сигналов фиксированного уровня. Наличие реверберационных искажений помещений приводит к увеличению времени затухания сигнала, и следовательно - к росту временных интервалов, измеряемых управляемым таймером по сравнению с эталонными значениями. Для исключения погрешностей из-за расстройки резонансного фильтра предусмотрены средства для компенсации этой систематической ошибки. 2 ил.

Изобретение относится к области архитектурной акустики, и в частности к средствам для акустических измерений, и может использоваться для автоматического определения количественной меры уровня реверберационных искажений помещений.

В ряде прикладных задач архитектурной акустики требуется обеспечить быстрое и надежное оценивание времени затухания (ВЗ) акустического сигнала закрытых помещений. Продолжительность временного интервала, за который происходит затухание сигнала, является одной из важнейших характеристик, определяющих звуковое восприятие человеком акустической информации. В зависимости от величины ВЗ может существенно изменяться разборчивости речи, качество звучания музыкальных произведений и т.д. Поэтому важное значение имеет создание простого и портативного измерителя ВЗ, который в то же время обеспечивал бы необходимую точность получаемых оценок.

Известно устройство для измерения времени реверберации, которое содержит генератор шума, третьоктавный фильтр, выходной усилитель, громкоговоритель, микрофон, входной усилитель, линейный детектор, интегрирующее звено, компаратор, блок измерения временных интервалов и индикатор [1] Измерение времени реверберации в данном устройстве осуществляется на основе оценивания времени спадания продетектированного усредненного уровня принимаемого сигнала до фиксированной величины. Однако точность работы данного устройства весьма невысока, что объясняется значительной погрешностью определения правой границы временного интервала, определяющего продолжительность временного отклика на передаваемое акустическое воздействие.

Известно также устройство для измерения времени реверберации помещения, содержащее генератор испытательного сигнала, выходной усилитель, громкоговоритель, измерительный микрофон, микрофонный усилитель, измеритель уровня, два реле, блок временной задержки, пусковой блок, индикатор и два ключа [2] Работа данного устройства основана на измерении уровня сигнала перед выключением источника звука и через определенное время после его выключения.

Недостатком этого устройства является невысокая точность получаемых результатов. Это связано с необходимостью фиксировать малые уровни затухающего сигнала, что неизбежно приводит к существенным ошибкам при наличии в измеряемом помещении акустических шумов.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Для достижения поставленной цели в устройство для оценивания времени затухания сигнала, содержащее генератор испытательного сигнала, выходной усилитель, громкоговоритель, акустический тракт, микрофон, управляемый входной усилитель, управляемый ключ и блок отображения, согласно изобретению дополнительно введены резонансный фильтр, компаратор, управляемый таймер, первый регистр, вычитатель, второй регистр, блок управления, индикатор уровня, причем выход генератора испытательного сигнала через последовательно соединенные выходной усилитель и громкоговоритель подключен к входу акустического тракта, выход которого через последовательно соединенные микрофон и управляемый входной усилитель подключен к индикатору уровня и входу резонансного фильтра, выход резонансного фильтра соединен с входом компаратора, а выход компаратора через управляемый таймер связан с управляемым ключом, первый выход которого соединен через первый регистр с вторым входом вычитателя, а второй выход управляемого ключа непосредственно связан с первым входом вычитателя, выход вычитателя через второй регистр соединен с блоком отображения, блок управления связан с управляющими входами управляемого ключа и первого и второго регистров.

Устройство для оценивания времени затухания сигнала (фиг. 1) содержит управляемый генератор 1 испытательного сигнала, выходной усилитель 2, громкоговоритель 3, акустический тракт 4, микрофон 5, управляемый входной усилитель 6, резонансный фильтр 7, компаратор 8, управляемый таймер 9, первый регистр 10, вычитатель 11, второй регистр 12, управляемый ключ 13, блок управления 14, блок отображения 15, индикатор уровня 16.

На фиг. 2 приведены временные диаграммы, поясняющие принцип работы заявляемого устройства.

На фиг. 2а изображена временная зависимость частоты испытательного сигнала на выходе генератора 1 испытательного сигнала.

На фиг. 2б приведен эпюр напряжений на выходе резонансного фильтра 7 при малых значениях времени затухания сигнала.

На фиг. 2в показан эпюр напряжений на выходе резонансного фильтра 7 при заметной величине времени затухания сигнала.

На фиг. 2г показаны временные интервалы, оцениваемые управляемым таймером 9 для случая заметного времени затухания сигнала.

Принцип работы заявляемого устройства основан на оценивании изменения временного отклика резонансного фильтра 7 на эталонный входной испытательный сигнал. Здесь в качестве испытательного сигнала используется линейно-частотномодулированный сигнал фиксированного уровня. Наличие реверберационных искажений помещений приводит к увеличению времени затухания сигнала, что влечет за собой рост временных интервалов, измеряемых управляемым таймером 9, по сравнению с эталонными значениями. Для исключения возможных погрешностей, связанных с растройкой резонансного фильтра 7, в устройстве предусмотрены средства для компенсации этой систематической ошибки.

Генератор 1 испытательного сигнала формирует периодический измерительный сигнал с частотой, изменяющейся по линейному закону. Центральную частоту этого пилообразного сигнала следует выбирать в средней части звукового диапазона частот, а время нарастания частоты (период развертки по частоте) в несколько раз (желательно на порядок) больше ожидаемого времени реверберации помещения. Путем изменения периода развертки можно менять диапазон измерения времени затухания сигнала.

Процедура измерения времени запаздывания сигнала с помощью данного устройства состоит из двух этапов. На первом этапе (подготовительном) осуществляется настройка устройства. С помощью блока управления 14 осуществляется обнуление первого и второго регистров 10, 12, после чего производится измерение времени отклика резонансного фильтра для неискаженного реверберацией сигнала. Для этого громкоговоритель 3 и микрофон 5 размещаются в непосредственной близости и с помощью блока управления 14 управляемый ключ 13 переводится в положение, при котором сигнал с выхода управляющего таймера 9 коммутируется на первый регистр 10, где происходит запоминание результата. По окончании измерения эталонного отклика управляемый ключ 13 переводится в положение, при котором сигнал с выхода управляемого таймера коммутируется на вычитатель 11. Затем приемную и передающую части устройства размещают в обмеряемом помещении и проводят регулировку уровня входного сигнала, которая осуществляется подстройкой усиления управляемого входного усилителя 6 на основе показания индикатора уровня 16.

По окончанию настройки устройства начинается непосредственно процедура измерения.

Сигнал с выхода генератора 1 испытательного сигнала через выходной усилитель 2 и громкоговоритель 3 поступает в оцениваемый акустический тракт 4. На выходе акустического тракта 4 сигнал воспринимается микрофоном 5, усиливается управляемым входным усилителем 6 и поступает в резонансный фильтр 7, настроенный на среднюю частоту испытательного сигнала.

В случае малого времени затухания сигнал на выходе резонансного фильтра 7 будет иметь форму, приведенную на фигуре 2б. Очевидно, что в этом случае длительность временного отклика резонансного фильтра 7 при фиксированном периоде развертки генератора 1 испытательного сигнала будет определяться лишь добротностью фильтра, и следовательно может быть сделана весьма малой величиной.

В том случае, когда акустический тракт имеет существенные реверберационные искажения, импульсы на выходе резонансного фильтра 7 расширяются. Качественно форма сигнала на выходе резонансного фильтра 7 для данного случая иллюстрируется на фигуре 2в.

В качестве меры времени запаздывания сигнала здесь используется изменение длительности отклика резонансного фильтра 7, которое определяется с помощью порогового элемента компаратора 8 и используется для запуска и остановки управляющего таймера 9. Далее в вычитателе 11 осуществляется компенсация постоянной составляющей отклика. Постоянная составляющая времени отклика соответствует условиям, при которых реверберационные искажения помещения в акустическом тракте отсутствуют, а ее величина оценивается и фиксируется описанным выше способом в режиме настройки устройства. Полученной на выходе вычитателя 11 значение считывается во второй регистр 12 и запоминается в нем до следующего измерения. Индикация результата измерения происходит в блоке отображения 15.

Описанное выше устройство может быть весьма просто реализовано в виде компактного прибора на базе аналого-цифровой техники. При этом данное устройство обеспечит возможность оперативно проводить необходимые измерения и гарантирует надежность получаемых результатов.

Источники информации 1. Building acoustics analyzez, type 4418, Bruel Kjxr, DK 2850, NaERum, DENMARK.

2. Справочник по акустике /Иофе В.К. Корольков В.Г. Сапожков М.А. М. Связь, 1979, стр. 296 297.

Формула изобретения

Устройство для определения времени затухания сигнала, содержащее последовательно соединенные генератор испытательного сигнала, выходной усилитель и громкоговоритель, акустически связанный с входом акустического тракта, управляемый входной усилитель, управляемый ключ и блок отображения, отличающееся тем, что оно снабжено соединенными последовательно резонансным фильтром, компаратором и управляемым таймером, первым регистром, вычитателем, вторым регистром, блоком управления и индикатором уровня, выход управляемого входного усилителя подключен к индикатору уровня и входу резонансного фильтра, выход управляемого таймера связан с входом управляемого ключа, первый выход которого соединен через первый регистр с вторым входом вычитателя, а второй выход управляемого ключа связан с первым входом вычитателя, выход вычитателя через второй регистр соединен с блоком отображения, блок управления связан с управляющими входами управляемого ключа и первого и второго регистров.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2