Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с Echo Chamber .

360-градусное изображение акустической безэховой камеры
360-градусное изображение электромагнитной безэховой камеры

Безэховая камера ( безэховое значение «неотражающая, не повторяя, эхо-свободен») представляет собой номер , выполненный , чтобы полностью поглотить отражения либо звук или электромагнитных волн . Они также часто изолированы от волн, приходящих из их окружения. Эта комбинация означает, что человек или детектор слышит исключительно прямые звуки (без реверберации ), фактически имитируя пребывание внутри бесконечно большой комнаты.

Безэховые камеры - термин, придуманный американским экспертом по акустике Лео Беранеком , первоначально использовался исключительно для обозначения акустических безэховых камер. Недавно этот термин был расширен на безэховые радиочастотные камеры, которые устраняют отражение и внешний шум, вызванные электромагнитными волнами.

Безэховые камеры варьируются от небольших отсеков размером с бытовые микроволновые печи до таких больших, как авиационные ангары . Размер камеры зависит от размеров исследуемых объектов и частотных диапазонов.

Акустические безэховые камеры [ править ]

Минимизация отражения звуковых волн стенками безэховой камеры
Тестирование наушников в безэховой камере Consumer Reports

Требование к тому, что впоследствии было названо безэховой камерой, возникло, чтобы позволить испытания громкоговорителей, которые генерируют такие интенсивные уровни звука, что их нельзя было испытать на открытом воздухе в жилых районах. [1]

Безэховые камеры обычно используются в акустике для проведения экспериментов в условиях номинального « свободного поля », т.е. в свободном поле, что означает отсутствие отраженных сигналов. Вся звуковая энергия будет уходить от источника без отражения назад. Общие эксперименты безэховые камеры включают в себя измерение передаточной функции в виде громкоговорителя или направленности шумового излучения от промышленного оборудования. В целом внутри безэховой камеры очень тихо, с типичным уровнем шума в диапазоне 10–20 дБА . В 2005 году лучшая безэховая камера измеряла уровень –9,4 дБА. [2] В 2015 году безэховая камера в кампусе Microsoft.побил мировой рекорд с показателем -20,6 дБА. [3] Человеческое ухо обычно может улавливать звуки выше 0 дБА, поэтому человек в такой камере будет воспринимать окружающую среду как лишенную звука. Как ни странно, некоторым людям может не нравиться такая тишина, и они могут дезориентироваться. [2]

Механизм, с помощью которого безэховые камеры минимизируют отражение звуковых волн, падающих на их стенки, выглядит следующим образом: на включенном рисунке падающая звуковая волна I вот-вот упадет на стену безэховой камеры. Эта стенка состоит из серии клиньев W высотой H. После столкновения падающая волна I отражается в виде серии волн R, которые, в свою очередь, "отскакивают вверх и вниз" в воздушном зазоре A (ограниченном пунктирными линиями) между клиньями W. Такое подпрыгивание может создать (по крайней мере временно) картину стоячих волн в A. Во время этого процесса акустическая энергия волн R рассеивается за счет молекулярной вязкости воздуха, в частности, около угла C. [4] Кроме того, при использовании вспененных материалов для изготовления клиньев возникает другой механизм рассеивания во время взаимодействия волны со стенкой. [5] В результате составляющая отраженных волн R вдоль направления I, которая выходит из зазоров A (и возвращается к источнику звука), обозначенная R ', заметно уменьшается. Хотя это объяснение является двумерным, оно является репрезентативным и применимо к реальным трехмерным клиновым конструкциям, используемым в безэховых камерах. [6]

Полубезэховые и полубезэховые камеры [ править ]

Полностью безэховые камеры предназначены для поглощения энергии во всех направлениях. Для этого все поверхности, включая пол, нужно покрыть звукопоглощающим материалом. Сетчатая решетка обычно устанавливается над полом, чтобы обеспечить поверхность, по которой можно ходить и размещать оборудование. Этот сетчатый пол обычно размещается на том же уровне пола, что и остальная часть здания, то есть сама камера простирается ниже уровня пола. Этот сетчатый пол амортизируется и плавает на впитывающих буферах, чтобы изолировать его от внешней вибрации или электромагнитных сигналов.

Напротив, полубезэховые или полубезэховые камеры имеют твердый пол, который действует как рабочая поверхность для поддержки тяжелых предметов, таких как автомобили, стиральные машины или промышленное оборудование, которые не могут поддерживаться сетчатой ​​решеткой в ​​полностью безэховой среде. камера. Студии звукозаписи часто полубезэхичны.

Различие между «полубезэховым» и «полубезэховым» неясно. В некоторых случаях они являются синонимами или используется только один термин. [7] Другие варианты использования различают один как имеющий идеально отражающий пол (создавая условия свободного поля с единственной отражающей поверхностью), а другой - как просто плоский необработанный пол. [8] [9] Есть и другие варианты использования, которые различают их по размеру и характеристикам: одно из них, вероятно, представляет собой существующее помещение, оборудованное акустической обработкой, а другое - специально построенное помещение, которое, вероятно, больше и имеет лучшие безэховые характеристики. [10]

Радиочастотные безэховые камеры [ править ]

Безэховая камера RF
Большая безэховая испытательная камера EMC RF. Обратите внимание на оранжевые предупреждающие конусы для справки по размеру.
F-16 Fighting Falcon в безэховой испытательной камере на базе ВВС Eglin

Внешний вид безэховой радиочастотной (RF) камеры иногда похож на внешний вид акустической безэховой камеры; однако внутренние поверхности безэховой камеры RF покрыты материалом, поглощающим излучение (RAM), а не материалом, поглощающим звук. Использование для РЧ безэховой камеры включает в себя тестирование антенны, радаров, и обычно используется для размещения антенн для выполнения измерений антенных диаграмм направленности , электромагнитных помех .

Ожидаемые характеристики (усиление, эффективность, характеристики диаграммы направленности и т. Д.) Представляют собой основные проблемы при проектировании автономных или встроенных антенн . Конструкции становятся все более сложными: в одном устройстве используются несколько технологий, таких как сотовая связь , Wi-Fi , Bluetooth , LTE , MIMO , RFID и GPS .

Радиационно-поглощающий материал [ править ]

Основная статья: радиационно-поглощающий материал

RAM спроектирован и имеет форму, позволяющую максимально эффективно поглощать падающее радиочастотное излучение (также известное как неионизирующее излучение ) с максимально возможного количества направлений. Чем эффективнее ОЗУ, тем ниже результирующий уровень отраженного радиочастотного излучения. Многие измерения электромагнитной совместимости (ЭМС) и диаграмм направленности антенны требуют, чтобы паразитные сигналы, возникающие от испытательной установки, включая отражения, были незначительными, чтобы избежать риска возникновения ошибок и неоднозначности измерений .

Эффективность важнее частоты [ править ]

Крупный план пирамидальной RAM

Волны более высоких частот имеют более короткие длины волн и более высокую энергию, в то время как волны более низких частот имеют более длинные длины волн и меньшую энергию, в соответствии с соотношением, где лямбда представляет длину волны, v - фазовая скорость волны и - частота. Чтобы экранировать определенную длину волны, конус должен быть подходящего размера, чтобы поглощать эту длину волны. Качество работы безэховой РЧ камеры определяется ее самой низкой испытательной частотой работы, при которой измеренные отражения от внутренних поверхностей будут наиболее значительными по сравнению с более высокими частотами. Пирамидальное RAM является наиболее поглощающим, когда падающая волна падает по нормали к внутренней поверхности камеры, а высота пирамиды приблизительно равна , где- длина волны в свободном пространстве . Соответственно, увеличение высоты пирамиды RAM для того же ( квадратного ) размера основания улучшает эффективность камеры на низких частотах, но приводит к увеличению стоимости и уменьшению свободного рабочего объема, доступного внутри камеры определенного размера.

Установка в закрытом помещении [ править ]

Безэховая камера RF обычно встраивается в экранированное помещение, спроектированное с использованием принципа клетки Фарадея . Это связано с тем, что для большинства радиочастотных испытаний, которые требуют наличия безэховой камеры для минимизации отражений от внутренних поверхностей, также требуются свойства экранированного помещения для ослабления нежелательных сигналов, проникающих внутрь и вызывающих помехи в испытываемом оборудовании, и предотвращения утечки в результате испытаний, проникающих снаружи. [ необходима цитата ]

Размер камеры и ввод в эксплуатацию [ править ]

На более низких излучаемых частотах для измерения дальнего поля может потребоваться большая и дорогая камера. Иногда, например, для измерений поперечного сечения радара, можно уменьшить масштаб тестируемого объекта и уменьшить размер камеры при условии, что длина волны тестовой частоты уменьшается прямо пропорционально путем тестирования на более высокой частоте. [ необходима цитата ]

Безэховые камеры RF обычно проектируются в соответствии с электрическими требованиями одного или нескольких аккредитованных стандартов . Например, авиационная промышленность может испытывать оборудование для самолетов в соответствии со спецификациями компании или военными спецификациями, такими как MIL-STD 461 E. После постройки приемочные испытания выполняются во время ввода в эксплуатацию, чтобы убедиться, что стандарты действительно соблюдаются. Если они есть, на этот счет будет выдан сертификат. Камеру нужно будет периодически проверять повторно.

Оперативное использование [ править ]

Конфигурации испытательного и вспомогательного оборудования, которые будут использоваться в безэховых камерах, должны открывать как можно меньше металлических (проводящих) поверхностей, поскольку они могут вызвать нежелательные отражения. Часто это достигается за счет использования непроводящих пластиковых или деревянных конструкций для поддержки испытываемого оборудования. Если металлические поверхности неизбежны, они могут быть покрыты частями RAM после настройки, чтобы минимизировать такое отражение, насколько это возможно.

Может потребоваться тщательная оценка того, следует ли размещать испытательное оборудование (в отличие от испытуемого оборудования) внутри или снаружи камеры. Обычно большая его часть находится в отдельном экранированном помещении, примыкающем к основной испытательной камере, чтобы защитить ее как от внешних помех, так и от излучения внутри камеры. Кабели питания и тестового сигнала в испытательной камере требуют высококачественной фильтрации .

Иногда для сигнальных кабелей используются оптоволоконные кабели, так как они невосприимчивы к обычным радиочастотным помехам, а также вызывают небольшое отражение внутри камеры.

Риски для здоровья и безопасности, связанные с безэховой камерой RF [ править ]

С безэховыми камерами RF связаны следующие риски для здоровья и безопасности :

  • Радиационная опасность
  • Пожароопасность
  • Ловушка персонала

Обычно персоналу не разрешается находиться в камере во время измерения, поскольку это не только может вызвать нежелательные отражения от человеческого тела, но также может представлять опасность излучения для соответствующего персонала, если испытания проводятся при высоких мощностях РЧ. Такие риски связаны с радиочастотным или неионизирующим излучением, а не с ионизирующим излучением более высокой энергии .

Поскольку RAM хорошо поглощает радиочастотное излучение, падающее излучение будет генерировать тепло внутри RAM. Если это не может быть рассеяно должным образом, существует риск развития горячих точек, и температура RAM может подняться до точки возгорания . Это может быть опасно, если передающая антенна случайно окажется слишком близко к ОЗУ. Даже для довольно скромных уровней мощности передачи антенны с высоким коэффициентом усиления могут концентрировать мощность в достаточной степени, чтобы вызвать высокий поток мощности вблизи их апертур . Хотя недавно произведенный RAM обычно обрабатывается огнезащитным составом.чтобы снизить такие риски, их сложно полностью исключить. Нормы безопасности обычно требуют установки системы газового пожаротушения, включая дымовые извещатели .

См. Также [ править ]

  • Звукоизоляция
  • Виброизоляция
  • Буфер (значения)
  • Затухающая волна
  • Коэффициент демпфирования
  • Демпфер (значения)
  • Электромагнитная реверберационная камера
  • Комната реверберации
  • Сенсорная депривация
  • Ячейка GTEM

Ссылки [ править ]

  1. ^ Riding The Waves, Лео Беранк 2008, ISBN  978 0 262 02629 1 стр.65
  2. ^ a b Мортон, Элла (5 мая 2014 г.). «Как долго вы сможете выдержать самое тихое место в мире?» . Шифер . Дата обращения 5 мая 2014 .
  3. ^ NOVET, Иордания (1 октября 2015). «Загляните внутрь безэховой камеры Microsoft, которая официально считается самым тихим местом на Земле» . VentureBeat . Проверено 1 октября 2015 года .
  4. ^ Beranek, Лев (10 августа 2009). «Интервью устной истории с Львом Беранеком» . Библиотека и архив Нильса Бора. Американский институт физики (интервью). Беседовал Ричард Лайон . Проверено 8 декабря 2014 .
  5. ^ "Представляем акустическую пену" . намнак.
  6. Перейти ↑ Randall, RH (2005). Введение в акустику . Dover Publications.
  7. ^ «ISO 26101: 2017 (en) Акустика - Методы испытаний для аттестации сред со свободным полем» . Дата обращения 7 мая 2020 .
  8. ^ «Акустическое тестирование - часто задаваемые вопросы» . Дата обращения 7 мая 2020 .
  9. ↑ Камилло, Джим (1 марта 2016 г.). «Испытательная камера - хорошее решение для водоворота» . Дата обращения 7 мая 2020 .
  10. ^ MB Schøyen Nielsen. «Безэховые и полубезэховые комнаты» (PDF) . Дата обращения 7 мая 2020 .

Внешние ссылки [ править ]

  • 360-градусное видео безэховой камеры
  • Фотографии и описание акустической безэховой камеры
  • Безэховые камеры, прошлое и настоящее
  • Как работают безэховые камеры RF
  • Видеотур по испытательному центру EMC / RF. Включая самую большую безэховую испытательную камеру в южном полушарии
  • Некоторые примеры
    • Тестирование антенны для безэховой камеры
    • Безэховая камера для радио / MM Wave компании Millimeter Wave Inc.
    • Безэховая камера Мюррея Хилла Bell Labs
    • Безэховая камера для конструкций миллиметрового диапазона
    • «Акустическая безэховая камера» . Национальная измерительная лаборатория Великобритании . Национальная физическая лаборатория. Архивировано 29 сентября 2007 года . Проверено 22 февраля 2011 года .CS1 maint: unfit URL (link)
    • Безэховые камеры в кампусе Apple Inc., используемые для тестирования продуктов для мобильных устройств с помощью WaybackMachine
    • Фотографии со строительства безэховой камеры в CTU, Прага
  • Звуковые примеры
    • Звук одежды внутри безэховой камеры
    • Галлюцинации в безэховых камерах: наука, лежащая в основе утверждения
    • Послушайте, как взорвался приглушенный воздушный шар в безэховой камере.