Apstrakt
—Usmerenost zračenja zvučnih izvora predstavlja
jednu od njihovih najznačajnijih karakteristika. Izvori koji se
koriste za određena akustička merenja, kao što je verifikacija
anehoične komore, treba da budu neusmereni. Međutim, u
praksi je teško dobiti neusmereno zračanje u širokom
frekvencijskom opsegu. Za namenu verifikovanja male
anehoične komore i kasnijeg korišćenja u njoj, realizovana su tri
zvučna izvora malih dimenzija: izvor u obliku kocke sa 6 malih
zvučnika, i dva izvora koja se sastoje od dva identična zvučnika
okrenutih jedan prema drugom. Rad ovih izvora je analiziran
razmatranjem dve značajne karakteristike: stabilnosti zračenja I
usmerenosti. Posebna pažnja je posvećena uticaju rastojanja
između zvučnika kod zvučnika okrenutih jedan prema drugom.
Ključne
reči
—Zvučni
izvor;
neusmereno
zračenje;
karakteristika usmerenosti; stabilnost zračenja zvučne energije.
I.
U
VOD
DOK se za neke od primena zvučnih izvora ne postavljaju
strogi zahtevi koje oni treba da ispune, u drugima se striktno
definiše kakve karakteristike izvori treba da imaju [1].
Akustička merenja koja spadaju u grupu primena izvora gde
se specificiraju strogi zahtevi su merenja za verifikaciju,
odnosno kvalifikaciju anehoičnih komora [2-4]. Ove komore
predstavljaju prostorije ili zatvorene prostore u kojima postoji
slobodno zvučno polje [5]. Ovakve prostorije su prilično
skupe i komplikovane za izgradnju, tako da samo određene
institucije mogu da dođu do njih. Alternativno, u nekim
situacijama se mogu koristiti male anehoične komore ili
modeli komora [6]. Jedna takva komora unutrašnjih dimenzija
0.4 m
0.8 m
1.2 m, odnosno zapremine 0.384 m
3
je
nedavno izgrađena na Elektronskom fakultetu u Nišu.
Jedna od najznačajnijih karakteristika anehoične komore
koju je potrebno verifikovati je karakteristika apsorpcije [7].
Ovom karakteristikom se opisuje odstupanje zvučnog polja u
komori od idealnog slobodnog zvučnog polja. Za tu namenu
se koristi tačkasti (neusmereni) zvučni izvor koji emituje
sferne talase ravnomernom u svim pravcima [7]. Pošto realni
zvučni izvori imaju konačne dimenzije, u praksi je teško
koristiti tačkasti zvučni izvor [3,4,8].
Radi verifikacije male anehoične komore realizovano je
Dejan Ćirić – Elektronski fakultet, Univerzitet u Nišu, Aleksandra
Medvedeva 14, 18000 Niš, Srbija (e-mail: dejan.ciric@ elfak.ni.ac.rs).
Marko Janković – (student doktorskih studija) Elektronski fakultet,
Univerzitet u Nišu, Aleksandra Medvedeva 14, 18000 Niš, Srbija (e-mail:
[email protected]).
Aleksandar Pantić – Knauf Insulation d.o.o. Beograd, Industrijski naselje
Belo
Polje
bb,
17530
Surdulica,
Srbija
(e-mail:
[email protected]).
nekoliko zvučnih izvora malih dimenzija koji su prezentovani
u ovom radu. Prva vrsta izvora je izvor u obliku kocke koji
sadrži 6 malih zvučnika, dok drugu vrstu izvora čini
konfiguracija dva mala zvučnika na malom međusobnom
rastojanju koja su okrenuta jedan prema drugom (face-to-
face). Dva ovakva izvora su realizovana, pri čemu je moguće
podešavati rastojanje između zvučnika. Kod jednog od njih,
rastojanje može biti podešavano od 0 mm (zvučnici su
neposredno jedan uz drugog) do 60 mm, dok kod drugog
izvora rastojanje može da bude u opsegu od 32 do 60 mm.
Karakteristike usmerenosti ovih izvora su izmerene u
horizontalnoj ravni. Pored toga, analizirana je i stabilnost
zračenja i ponovljivost frekvencijskog odziva.
II.
R
AZVIJENI ZVUČNI IZVORI MALIH DIMENZIJA
A.
Zvučni izvori korišćeni u drugim istraživanjima
Zahtevi koje zvučni izvor primenjen za verifikaciju
anehoične komore treba da ispuni su definisani u standardu
ISO 3745 [7]. Tako, zvučni izvor treba da aproksimira
tačkasti izvor i da generiše dovoljnu zvučnu snagu u
frekvencijskom opsegu od interesa (nivo zvučne snage ne
treba da varira za više od ±0.5 dB u bilo kom tercnom
opsegu). Pored toga, on treba da bude neusmeren sa
odstupanjima koja su definisana Tabelom I. Specificirano je
da se za pobudu može koristiti jedan ili više izvora, pri čemu
svaki od njih pokriva određeni frekvencijski opseg.
TABELA
I
D
OZVOLJENA ODSTUPANJA USMERENOSTI IZVORA KOJI SE KORISTI ZA
VERIFIKOVANJE ANEHOIČNE KOMORE
[7]
Frekvencija tercnog
opsega (Hz)
Dozvoljeno odstupanje
usmerenosti (dB)
630
1.5
800 do 5000
2.0
6300 to 10000
2.5
> 10000
5.0
Konstrukcije izvora koji se mogu primeniti za verifikovanje
anehoičnih komora su specificirane u standardu ISO 3745 [7].
Na niskim frekvencijama (ispod 800 Hz) se može koristiti
elektrodinamički zvučnik (u zatvorenoj kutiji) dimenzija
manjih od desetine talasne dužine emitovanog zvuka. Na
visokim frekvencijama (iznad 10 kHz) pogodan zvučni izvor
može biti akustički oklopljen kompresioni zvučnik koji
emituje zvuk preko spojenog cilindričnog zvukovoda (cevi)
dužine 1.5 m i prečnika na izlazu 6 mm.
Realizacija i karakteristike neusmerenih zvučnih
izvora malih dimenzija
Dejan Ćirić, Marko Janković i Aleksandar Pantić
Zbornik 57. konferencije ETRAN, Zlatibor, 3-6. juna 2013, str. AK2.4.1-6
Proceedings of 57th ETRAN Conference, Zlatibor, Serbia, June 3-6, 2013, pp. AK2.4.1-6
U praksi su do sada primenjivani pomenuti izvori, ali i
izvori drugačije konstrukcije. Tako, na niskim frekvencijama
(do 200 Hz ili 300 Hz) izvor uglavnom predstavlja zvučnik
ugrađen u zatvorenu kutiju. Neki od primera su: zvučnik
prečnika 200 mm ugrađen u zatvorenu kutiju koji se koristi u
opsegu od 60 Hz do 250 Hz [2], zvučnik prečnika 200 mm
ugrađen u kutiju zapremine 11 dm
3
primenjen u opsegu od 40
Hz do 200 Hz [4], elektro-dinamički zvučnik prečnika 100
mm ugrađen u kutiju zapremine 2 dm
3
primenjen u opsegu od
80 Hz do 250 Hz [8], itd.
Na srednjim frekvencijama i u širem frekvencijskom
opsegu (od oko 200 Hz do gotovo 6.3 kHz) često se koristi
zvučni izvor koji se sastoji od dva zvučnika okrenuta jedan
prema drugom koji su na određenom međusobnom rastojanju
(ili neposredno jedan uz drugog). Primeri ovakve konstrukcije
su: zvučnici prečnika 200 mm [2], zatim zvučnici prečnika
125 mm na međusobnom rastojanju od 55 mm primenjeni za
opseg od 200 Hz do 1.6 kHz [4] i dva elektro-dinamička
zvučnika prečnika oko 130 mm električno povezana tako da
se dobije izvor nultog reda u opsegu od 315 Hz do 6.3 kHz
[8]. U ovom frekvencijskom opsegu su kao neusmereni izvori
korišćeni i elektro-dinamički mikrofon modifikovan da
simulira klip prečnika 30 mm (u opsegu od 2 kHz do 4 kHz)
[3] i konusni zvučnik prečnika 100 mm (u opsegu od 100 Hz
do 1.25 kHz) [9].
Generisanje neusmerenog zračenja je još veći problem na
višim frekvencijama. Konstrukcija izvora kojoj se daje
prednost u ovom opsegu je zvukovod (cev) malog prečnika
(npr. 20 mm ili manjeg) koji je povezan sa zatvorenom
kutijom u koju je ugrađen određeni zvučnik [4]. I neki drugi
izvori su korišćeni u oblasti visokih frekvencija, kao što je
sferni keramički izvor u opsegu iznad 5 kHz [3] ili dva
elektro-dinamička mikrofona okrenuta jedan prema drugom
na rastojanju od 20 mm u opsegu do oko 15 kHz [4].
Pomenuti izvori su korišćeni kao neusmereni, iako njihove
karakteristike zračenja odstupaju od neusmerene u većoj ili
manjoj meri. Detaljnu analizu je teško izvršiti jer u većini
slučajeva ove karakteristike i odstupanja nisu ni prikazana.
B.
Realizovani zvučni izvori malih dimenzija
Kako bi se postigli uslovi akustičkog slobodnog zvučnog
polja, unutrašnjost realizovane male anehoične komore je
obložena specijalnim formama projektovanim da apsorbuju
zvučne talase koji dolaze do površina. Iako se za ovu namenu
mogu koristiti različite oblici i materijali, ovde su primenjeni
anehoični moduli u obliku klina. Ipak, ne potpuno tipično je
da su ovi moduli izrađeni od kamene vune i obmotani
akustički transpretnim platnom, videti Sl. 1. Dimenzije
komore i modula utiču na donju graničnu frekvenciju komore.
Procenjeno je da je ova frekvencija nešto iznad 400 Hz.
U standardu ISO 3745 [7], kao jedan od zahteva koji zvučni
izvori za verifikovanje anehoičnih komora moraju da ispune
se definiše njihova zapremina koja treba da bude bar 200 puta
manja od zapremine komore. U našem slučaju to znači da
zapremina izvora treba da bude 1.92
10
6
mm
3
ili manja,
odnosno za izvor u obliku sfere njen prečnik treba da bude
oko 150 mm ili manji.
Sl. 1. Unutrašnjost realizovane male anehoične komore.
Prvi zvučni izvor koji je realizovan za verifikovanje
pomenute anehoične komore, ali i za kasnije korišćenje u njoj,
je izvor u obliku kocke koji ima šest identičnih zvučnika (Sal
YD78, prečnika oko 75 mm), sa svake strane po jedan, kao što
je prikazano na Sl. 2(a). Izvor istog oblika je već korišćen u
istraživanjima kontrole usmerenosti zračenja [10], ali i za
namenu verifikovanja anehoične prostorije [11]. Kocka je
napravljena od medijapana debljine 18 mm. Na ovaj način se
dobija dovoljno čvrsto i stabilno kućište kako bi se smanjile
interne vibracije. Unutrašnjost je ispunjena apsorpcionim
materijalom radi sprečavanja pojave stojećih talasa.
(a)
(b)
(c)
Sl. 2. Realizovani zvučni izvori: (a) izvor u obliku kocke, (b) konstrukcija
dva Blaupunkt GTX 352 zvučnika okrenutih jedan prema drugom na
rastojanju od 6 cm, i (c) konstrukcija dva Sal YD78 zvučnika okrenutih jeda n
prema drugom na rastojanju od 6 cm.
Druga razvijena konfiguracija predstavlja konstrukciju dva
