Методика измерения SPL (звукового давления)

[Admin]

Соревнования по неограниченному звуковому давлению, некогда бывшие как бы придатком соревнований по качеству звучания, сегодня обрели статус самостоятельных состязаний и, несмотря на столь малый возраст, уже имеют множество поклонников. Вместе с тем, этот относительно молодой вид спорта (возьмем на себя смелость назвать его так) уже давно окутала аура таинственности, что объясняется незнанием многими соревнующимися методики измерения звукового давления в автомобиле. В рамках данной статьи мы постараемся рассказать нашим читателям, а также поклонникам dB Drag о том, как производятся замеры звукового давления на соревнованиях во всем мире, чтобы снять все вопросы и доказать, что здесь, как и в любом виде спорта, победить способен только сильнейший.

Все имеет свои причины

Обозревая мировую практику соревнований по неограниченному звуковому давлению, можно заметить, что оборудование, применяемое для измерений SPL, немногочисленно, а наибольшее распространение получили только два измерительных комплекса. Первый хорошо знаком нашим соотечественникам и применяется на всех соревнованиях, проводимых по правилам IASCA. Он состоит из приборов и сопутствующих элементов, производимых авторитетнейшим разработчиком и изготовителем профессиональной измерительной техники, американской компанией "AudioControl". Второй комплекс менее известен, хотя и является неотъемлемым участником всех соревнований под эгидой dB Drag Racing. Он построен на базе персонального компьютера и называется "TermLab".

"AudioControl" с подключенным фильтром низких частот и пломбирующей заглушкой

Программное обеспечение измерительного комплекса "TermLab"

Оба комплекса одинаково популярны, но надо признать, что измерения, проведенные приборами "AudioControl", отличаются большей достоверностью, а техникой "TermLab" - зрелищностью. Последнее объясняется просто: измерительный комплекс "TermLab" позволяет единовременно проводить измерение звукового давления сразу в двух автомобилях, а это существенно повышает накал страстей, причем не только у самих соревнующихся, но и у зрителей. Одним словом, он наиболее удачно подходит американскому менталитету, свойственному, как и любому другому американцу, родоначальнику dB Drag Racing - Уэйну Харрису (Wayne Harris).

Однако не только в силу указанных выше причин приборы "AudioControl" применяются на соревнованиях IASCA, а "TermLab" - на dB Drag Racing. Оба измерительных комплекса неразрывно связаны с президентами организаций IASCA и dB Drag Racing. Так, например, Том Уокер (Tom Walker), президент IASCA - далеко не последний человек в компании "AudioControl", а Уэйн Харрис - основатель dB Drag Racing - совладелец одноименной компании "Wayne Harris Enterprises" (www.termpro.com), которая, как многие уже догадались, занимается разработкой и производством измерительных комплексов "TermLab".

На этом наиболее очевидные различия в методике измерения звукового давления на соревнованиях IASCA и dB Drag Racing исчерпываются, и в дальнейшем процедура замеров стандартна.

Доверяй, но проверяй

Первым делом, на соревнованиях, имеющих официальный национальный или международный статус, производится поверка измерительной техники, будь то "AudioControl" или "TermLab". Особенно ответственно к процедуре поверки подходят на тех этапах соревнований, где один или несколько участников имеют реальные шансы побить действующий рекорд в том или ином классе. И если замер SPL выявляет реального претендента на рекорд, то судьи обычно проводят повторную поверку оборудования.

Процедура поверки сводится к калибровке SPL-ного микрофона, которым впоследствии и производятся все замеры. Оценивают погрешность, вносимую микрофоном в результат измерения, что позволяет в итоге получить достоверное и точное значение уровня звукового давления. Здесь необходимо дать важное пояснение. Доподлинно известно, что все микрофоны, выходящие с заводов "AudioControl", изначально калибруются в "нули" и предназначены для работы исключительно со "своим" прибором. Это является гарантом высокой точности измерений, и вряд ли найдется хоть один критик, способный опровергнуть сказанное. Однако с течением времени и под воздействием окружающей среды заводские настройки немного "уплывают" и требуется коррекция. Поэтому, учитывая упомянутый факт, на соревнованиях высокого ранга таких микрофонов в запасниках судей обычно несколько, а свой выбор на том или ином микрофоне они останавливают по результатам поверки.

На практике, для калибровки измерительного микрофона используют эталон звукового давления. Это прибор, который создает оговоренный в паспорте уровень звукового давления вне зависимости от условий окружающей среды, причем с точностью до одной десятой децибела. К специальному гнезду эталона звукового давления подсоединяется поверяемый микрофон, а затем по показаниям измерительного прибора, например, "AudioControl", сверяется эталонное значение звукового давления с измеренным. Если разница отсутствует, то такой микрофон пригоден для измерений SPL. Если же имеется отклонение, его убирают регулировочным потенциометром, расположенным на приборе. В принципе, и сам микрофон оснащен регулировочным винтом - это позволяет оперативно калибровать измерительный комплекс прямо на площадке. Но во время замера все подстроечные регуляторы на измерителе звукового давления пломбируются, так что на результат способна повлиять только аудиосистема участника.

Следующий факт, который также может повлиять на результат, а потому учитывается еще до начала замеров, - это атмосферное давление и высота над уровнем моря того места, где проводятся замеры, Не секрет, что атмосферное давление редко составляет 760 мм ртутного столба (нормированный уровень), поэтому даже небольшое отклонение от этого уровня может серьезно повлиять на итоговый результат. Кроме того, атмосферное давление может сильно меняться в зависимости от высоты места замера относительного уровня моря. Очевидно, что чем выше находится измерительная площадка, тем ниже уровень атмосферного давления. Чтобы учесть эти важные факторы и свести погрешность измерений к минимуму, используют ртутный барометр. По его показаниям определяют атмосферное давление на текущий момент и вводят соответствующую поправку.

После того как процедура поверки окончена и все необходимые поправки сделаны, наступает пора замеров. На этом этапе в измерительный тракт включается еще один участник действа - фильтр НЧ с частотой среза 100 Гц (в dB Drag Racing - 80 Гц). Его присутствие обусловлено правилами (но не логикой), а его характеристики должны отвечать следующим требованиям: крутизна спада АЧХ в полосе задерживания - не менее 18 дБ/окт, а неравномерность в полосе пропускания не должна превышать 0,05 дБ. Фильтр включается в тракт между микрофоном и измерителем звукового давления.

Естественно, при проведении измерений все соревнующиеся должны находиться в равных условиях. Именно по этой причине положение SPL-ного микрофона в автомобилях участников стандартизовано. Уже много лет подряд на соревнованиях, проводимых под эгидой различных ассоциаций, при установке микрофона судьи придерживаются следующих требований. Расстояние от мембраны микрофона до передней стойки со стороны пассажира должно равняться 30 см, до верхней части приборной панели - 10 см, до лобового стекла - 2,5 см. Безусловно, в некоторых автомобилях максимальный уровень звукового давления может быть показан и в другом месте салона. Но это отнюдь не является основанием для того, чтобы вопреки многолетним традициям изменять расположение микрофона.

Как только судьи установят микрофон, участнику отводится короткий промежуток времени на подготовку автомобиля и установку нужного фрагмента судейского диска ("IASCA competition" - на соревнованиях IASCA, "dB Jams Volume 4" - на dB Drag Racing). Необходимо помнить, что если замер звукового давления производится при заведенном автомобиле, то число оборотов двигателя ограничивается двумя тысячами в минуту, а кроме того, во время замера все окна, двери и прочие открывающиеся элементы конструкции автомобиля должны быть закрыты.

Когда участник заканчивает подготовку автомобиля, он извещает об этом судей, после чего последние включают измеритель звукового давления. Аудиосистема может быть включена как из салона автомобиля, так и извне - с ПДУ или при помощи вынесенного головного устройства. Правда, в первом случае необходимо учесть, что замер звукового давления начнется только через три секунды после того как закроется дверь автомобиля. Введение такого временного интервала обусловлено тем, что необходимо свести к минимуму влияние на результат волны воздуха от закрывающейся двери и всплеска звукового давления от ее хлопка.

На первый взгляд, ошибиться негде, но, как правило, именно на этом этапе чаще всего возникает множество недоразумений, особенно у тех участников, головные устройства или чейнджеры которых установлены внутри автомобиля. Проблема здесь в том, что из-за волнения многим соревнующимся не всегда удается правильно выставить нужный трек или фрагмент судейского компакт-диска, а то и вообще включить аудиосистему. Злую шутку со многими участниками могут сыграть также ПДУ, которые зачастую неспособны передать управляющий сигнал через толщу стекол, особенно тонированных.

Если на этапе включения аудиосистемы затруднений не возникает, то каждому участнику для демонстрации своих возможностей отводится тридцать секунд. За это время, измерительный прибор фиксирует и удерживает максимальное среднеквадратическое значение звукового давления, достигнутое за любые три секунды интервала усреднения.

Как видно из всего вышесказанного, соревновательная методика измерения SPL на деле очень проста, и при соблюдении всех требований позволяет свести на нет практически любые субъективные факторы (а значит, и возможные недочеты). Это означает, что все участники соревнований находятся в равных условиях, а победа придет к сильнейшему, как и должно быть.

Журнал "Car&Music" 2001 #6