УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ НЕРАВНОМЕРНОСТИ ЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ МИКРОФОНА Российский патент 1994 года по МПК H04R29/00 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при контроле микрофонов или микрофонных трактов в аппаратуре звуковоспроизведения.

Известно устройство, обеспечивающее контроль частотной характеристики микрофона по точкам на синусоидальном сигнале и содержащее генератор сигналов, излучатель, измерительный усилитель, на вход которого подключен контролируемый микрофон, вольтметр (ГОСТ 16123-88 "Микрофоны", с. 17, 18).

Недостатком этого устройства является то, что в нем нет средств сравнения контролируемых значений чувствительности в процессе контроля.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство [1] .

Известное устройство содержит генератор фиксированных частот, опорный генератор, объединенные выходы которых подключены к излучателю, два цифроаналоговых преобразователя (ЦАП), последовательно соединенные элемент 2И и блок визуализации, элемент задержки и блок управления, выходы которого подключены к входам генератора фиксированных частот, опорного генератора, элемента задержки и управляющему входу первого ЦАП.

Недостатком данного устройства является низкая точность измерений.

Целью изобретения является повышение точности.

С этой целью в устройство, содержащее излучатель, генератор фиксированных частот, выход которого объединен с выходом опорного генератора и соединен с излучателем, контролируемый микрофон, подключенный через преобразователь напряжения к входу первого аналого-цифрового (А-Ц) преобразователя, второй А-Ц преобразователь, элемент задержки, блок визуализации и блок управления, имеющий связи с входом генератора фиксированных частот, с управляющим входом первого А-Ц-преобразователя, с блоком визуализации и с входом опорного генератора в отличие от прототипа, введены управляемый аттенюатор, первый и второй регистры памяти, первый и второй компараторы, элемент 2И, при этом вход первого А-Ц-преобразователя через аттенюатор подключен к входу второго А-Ц-преобразователя, а управляющий вход первого А-Ц-преобразователя объединен с управляющим входом второго А-Ц-преобразователя, выход А-Ц-преобразователя одновременно подключены к соответствующим первым входам первого компаратора и к информационным входам первого регистра памяти, а выходы второго А-Ц-преобразователя одновременно подключены к соответствующим первым входам второго компаратора и к информационным входам второго регистра памяти, выходы первого регистра памяти соединены с соответствующими вторыми входами второго компаратора, а выходы второго регистра памяти соединены с соответствующими вторым входами первого компаратора, управляющие входы регистров памяти объединены и подключены к выходу элемента задержки, вход которого соединен с входом опорного генератора, выходы компараторов через элемент 2И подключен к входу блока визуализации, блок управления имеет связи с управляющими входами аттенюатора.

Связи блока управления с управляющими входами аттенюатора - известный технический прием, поэтому этот признак является отличительным только по отношению к прототипу.

Введение блоков указанных в отличительной части формулы, а также связей обусловленных этим введением, позволят добиться поставленной цели, в связи с чем они являются существенными.

Устройств, с признаками отличающими предлагаемое от известных, не обнаружено.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма работы устройства; на фиг. 3 - частотная характеристика контролируемого микрофона; на фиг. 4 и 5 - функциональная схема блока управления; на фиг. 6 - функциональная схема управляемого аттенюатора; на фиг. 7 - функциональная схема АЦП.

Устройство содержит излучатель 1, генератор 2 фиксированных частот, выход которого объединен с выходом опорного генератора 3 и соединен с излучателем 1, контролируемый микрофон 4, подключенный через преобразователь 5 напряжения к входу первого аналого-цифрового А-Ц-преобразователя 6, второй А-Ц-преобразователь 7, элемент 8 задержки, блок 9 визуализации, выходы 911

₀ . . . 9n1₀ которого имеют связь с блоком 10 управления, который имеет связь с блоком 10 управления, который имеет связи 1012 . . . 10m2 с входом генератора 2 фиксированных частот, 10₆ с управляющим входом А-Ц-преобразователя 6, 10₃ - с входом опорного генератора 3, с тактовым входом блока 9 (связь "1" на фиг. 1), управляемый аттенюатор 11, первый и второй регистры 12, 13 памяти, первый и второй компараторы 14, 15, элемент 2И, 16, при этом вход А-Ц-преобразователя 6 через аттенюатор 11 подключен к входу А-Ц-преобразователя 7, а управляющий вход А-Ц-преобразователя 6 объединен с управляющим входом А-Ц-преобразователя 7, выходы А-Ц-преобразователя 6 одновременно подключены к соответствующим первым (А) входам компаратора 14 и к информационным входам регистра 12, а выходы А-Ц-преобразователя 7 одновременно подключены к соответствующим первым (А) входам компаратора 15 и к информационным входам регистра 13, выходы регистра 12 соединены с соответствующими вторыми (Б) входами компаратора 15, а выходы регистра 13 соединены с соответствующими вторыми (Б) входами компаратора 14, управляющие входы регистров 12, 13 объединены и подключены к выходу элемента 8 задержки, вход которого соединен с входом опорного генератора 3, выходы А > Б компараторов 14, 15 через элемент 2И 16 подключены к входу блока 9 визуализации, блок 10 управления имеет связи 1011₁ . . . 10к1₁ с управляющими входами аттенюатора 11, излучатель 1 и контролируемый микрофон 4 помещены в заглушенную звукомерную камеру 17.

Рассмотрим алгоритм работы устройства, который заключается в следующем.

При измерении чувствительности в нескольких точках, в частности микрофонов (на нескольких тестовых частотах относительно опорной), обычно используют следующий алгоритм действий (фиг. 3):
измеряют чувствительность на опорной частоте (f₀) в дБ (0 дБ);
умножают полученную величину (0) на коэффициент Δ α_i, вычисляя тем самым верхнюю границу;
делят величину (0) на коэффициент Δ β_i , получая нижнюю границу;
измеряют чувствительность на соответствующей i-й тестовой частоте;
определяют сравнением, находится ли величина чувствительности на тестовой частоте в пределах установленных границах (внутри).

В предлагаемом устройстве операция умножения величины чувствительности на опорной частоте на коэффициент Δ α_i замена операцией деления чувствительности на соответствующей i-й тестовой частоты на этот же коэффициент ( Δ α_i).

При выполнении операций деления и умножения аналоговым образом операции деления проще операции умножения.

Действительно, для умножения, как минимум требуется усилительный каскад, т. е. набор активных и пассивных элементов, причем, чем выше точность вычисления, тем больше должно быть элементов (транзисторов, резисторов и так далее). Операцию деления с высокой точность можно реализовать на двух резисторах.

В предлагаемом устройстве алгоритм вычислений ведется следующим образом (фиг. 3):
измеряют чувствительность на опорной частоте (0 дБ) и принимают ее за верхнюю границу (В);
делят величину (В) на β_i, получая нижнюю границу В;
измеряют чувствительность на i-й тестовой частоте, получая первую сравниваемую величину (В_i);
делят величину В_i на коэффициент Δ α_i, получая вторую сравниваемую величину (Н_i);
сравнивают величины, при этом, если В_i > Н, а H_i < B, то это значит, что отношение между чувствительностью на опорной частоте и чувствительностью на i-й тестовой частоте не выходит за рамки границ.

Генератор 2 фиксированных частот, как и опорный генератор 3, может быть выполнен в виде отдельных синусоидальных генераторов с мостом Вина-Робинсона (Полупроводниковая схемотехника, У. Имице, К. Шнек. - М: Мир, 1982, с. 304, рис. 18, 22), выходы которых через мультиплексор соединены с выходом генератора, при этом адресные входы мультиплексора являются входом генераторов 2.3.

Преобразователь 5 напряжения может быть выполнен в виде прецизионного двух полупериодного выпрямителя с усилителем на входе, преобразующим входное переменное напряжения в пропорциональное - постоянное (Полупроводниковая схемотехника. У. Титце, К. Шенк, с. 471, рис. 25.10).

АЦП 6 и 7 могут представлять из себя АЦП последовательного действия счетчикового типа, выполненные известным способом (фиг. 7).

Элемент 8 задержки может быть выполнен известным способом на цифровых микросхемах, например, на серии 155, реализующим задержку переднего фронта входного импульсного напряжения. Блок 9 визуализации может представлять из себя дешифратор и блок "Д" триггеров по количеству фиксированных частот генератора 2, к первым выходам которых подключены светодиоды, а вторые выходы соединены связями 9₁₀¹. . . 9₁₀ⁿ с блоком 10. Тактовые входы триггеров объединены и поключены к выходу "T" блока 10, а "Д" входы объединены и являются входом блока 9. "Р" входы триггеров подключены к соответствующим выходам дешифратора, входы которого соединены связями 109¹. . . 109^m с блоком 10.

Соответствующий триггер блока 9 выбирается посредством кода на выходах 109¹. . . 109 для записи в него результата контроля имрульсом с выхода "T" блока 10.

Блок 10 управления представляет из себя программно-временной блок, реализующий организацию временной диаграммы, приведенной на фиг. 2, и может быть выполнен, например, на микросхемах 155-серии.

Управляемый аттенюатор 11 (см. фиг. 6) может быть выполнен на резистивных делителях, включенных по схеме потенциометра, выходы которых через мультиплексор (одно- или многоступенчатый) соединены с выходом аттенюатора, а входы делителей объединены и являются входом аттенюатора, адресные входы мультиплексора являются управляющими входами аттенюатора.

Компараторы 14, 15 могут быть выполнены на микросхемах 134СП1, причем выходы А > Б микросхем являются выходами компараторов, где А - числа на первых входах компараторов;
Б - числа на вторых входах компараторов.

Рассмотрим работу отдельных блоков устройства.

Аналого-цифровой преобразователь (фиг. 7) работает следующим образом.

По импульсу на управляющем входе 10₆ (фиг. 7) триггер Т устанавливается в единицу, а счетчик СТ2 обнуляется. В результате этого на выходе цифроаналогового преобразователя ДАС устанавливается напряжение, равное нулю, а импульсы с генератора через элемент 2И начинают поступать на счетный вход СТ2. Число на выходе СТ2 увеличивается, соответственно напряжение на выходе ДАС достигнет величины напряжения на входе, срабатывает компаратор. Триггер Т устанавливается в нуль, запрещая дальнейшее прохождение импульсов с генератора G на счетчик СТ2. На этом цикл преобразования заканчивается, при этом на выходе счетчика сформировано число, пропорциональное величине входного напряжения.

Блок 10 управления (фиг. 4 и 5) работает следующим образом.

По импульсу от одновибратора G 1 "Запись" управляемого кнопкой "Пуск", триггер Т "1" устанавливается в "1". В результате этого по фронту первого же тактового импульса с генератора G 1 с выхода Т "1" записывается в первый разряд сдвигового регистра РG. По этому же фронту устанавливается в "0" триггер Т "1" (сбоя в записи "1" в первый разряд регистра РG не происходит из-за наличия задержки в переключении триггера Т1 равной обычно нескольким десяткам наносекунд). Записанная единица сдвигается в регистре РG с помощью тактовых импульсов с генератора G и поступает на выходы 10₆ и "Т" блока 10 через схемы ИЛИ, а также последовательно включает и выключает триггеры Т. На выходах триггеров Т формируется определенная временная последовательность импульсов. Импульсы с выходов нечетных триггеров Т через схему ИЛИ "1" поступают на выход 10₃ блока 10, и далее через схему ИЛИ "2" на счетные входы счетчиков, а импульсы с выходов четных триггеров через схему ИЛИ "3" и далее через схему ИЛИ "2" также на счетные входы двоичных счетчиков. Выходы счетчика "1" являются выходами 10₂¹. . . 10₂^m и 10₉¹. . . 10₉^m блока 10, счетчика "2" - выходами 10₁₁¹. . . 10₁₁^к блока 10. В целом на выходах блока 10 формируется временная последовательность импульсов, представленная на фиг. 2. Когда устройство работает в режиме "До первого брака" (переключатель "До 1-го брака" замкнут), тогда в случае первого брака на одном из входов 9₁₀¹. . . 9₁₀ⁿ появляется соответствующий уровень напряжения, который через схему ИЛИ "Запрет" и элемент 2И блокирует поступление тактовых импульсов с генератора G на тактовый вход регистра РG, а также запускает одновибратор G1 "Сброс", с помощью которого обнуляются регистр РG и все триггеры блока 10. Функциональная схема блока 10 на фиг. 4 и 5 (количество адресов на схеме) выполнена для устройства ведущего контроль на семи тестовых частотах относительно опорной частоты.

Устройство на фиг. 1 работает следующим образом.

Блок управления 10 формирует
- сигнал запуска (выход 10₃) опорного генератора;
- коды выбора тестовых частот генератора 2 (выходы 10₂¹. . . 10₂^m);
- коды выбора коэффициентов деления Δ α_i и Δ β_i 10₁₁. . . 10₁₁^к;
- сигнал считывания результатов контроля (выход 10₆);
- коды выбора элемента индикации для осуществления режима работы устройства до первого брака (выходы 10₉¹. . . 10₉^m);
- сигнал считывания результата (выход "Т").

В начальный момент времени t₀ (фиг. 2) сигнал запуска, сформированный на выходе 10 блока 10 управления запускает генератор 3 и подается на вход линии задержки 8. В результате напряжение опорной частоты f₀ с выхода генератора 3 поступает на излучатель 1. Одновременно с выходом 10₁₁. . . 10₁₁^к блока 10 управления на вход аттенюатора 11 поступает код, соответствующий значению Δ β_i на частоте f_i и на аттенюаторе с помощью резистивных делителей устанавливается значение Δ β_i - допуск на отклонение чувствительности от номинального значения на частоте t_i в сторону уменьшения.

Звуковое давление, создаваемое излучателем 1 в заглушенной камере 17, воспринимается контролируемым микрофоном 4, который преобразует его в напряжение, пропорциональное его чувствительности. Это напряжение преобразуется преобразователем 5 в постоянное напряжение, которое поступает на вход АЦП 6 непосредственно. Это же напряжение с преобразователя 5 ослабляется (делится) в Δ β_i раз на аттенюаторе 11 и поступает в АЦП 7. По сигналу считывания результата контроля с блока 11 управления (выход 10₆) (фиг. 2д), соответствующему моменту времени t_i, начинается подсчет величин напряжений на входах АЦП 6 и 7 (фиг. 2). К моментам времени t₂ и t₃ (фиг. 2е) подсчет входных величине заканчивается. Время определяется как сумма из времени отклика излучателя 1 + время распространения волны от излучателя 1 до контролируемого микрофона 4 + время преобразования преобразователя 5, при этом суммарное время t₁ < интервала времени t₀ - t₁. Величины t₂ и t₃ соответствуют времени преобразования входных сигналов на АЦП 6 и 7. По сигналу запуска, задержанном на элементе задержки 8 на время t₄, поступающему на управляющие входы регистров 12 и 13, информация с выходов АЦП 6 и 7 переписывается в регистры 12 и 13, и далее поступает на входы компараторов 15, 14 (входы А). В момент времени t₅ по окончании действия сигнала запуска времен измерение чувствительности на частоте f₀микрофона 4 заканчивается. Значения, полученные при измерении чувствительности микрофона 4 на опорной частоте используют в дальнейшем как уставки при измерении чувствительности на частоте f₁.

Следующий цикл - измерение чувствительности на частоте t₁ (фиг. 3). На вход генератора 2 фиксированных частот подается код, соответствующий частоте, например t₁ с блока 10 управления. В результате напряжение с частотой f₁ напряжение с частотой f₁ подается на излучатель 1, одновременно в аттенюаторе 11 в соответствии с кодом блока 10 управления задается коэффициент Δ α_i ( Δ α₁) - допуск на отклонение чувствительности от номинального значения в сторону увеличения на частоте f_i (f₁), что соответствует верхней границе допуска. Действительно, если значение чувствительности на частоте f₁, будучи ослабленной на величину допуска, будет меньше, чем неослабленная величина чувствительности микрофона 4 на опорной частоте, то это означает, что чувствительность на частоте f₁ не выше установленной границы. Аналогичным образом по команде с блока 10 управления АЦП 6 и 7 начинают подсчет величин напряжения с преобразователя 5 и ослабленного в Δ α_i ( Δ α₁) раз с аттенюатора 11 (момент времени t₇ фиг. 2в, г), пропорционального чувствительности микрофона 4 на частоте f₁. В момент времени t₇, t₈ преобразование напряжений в АЦП 6 и 7 заканчивается и информация с выходов АЦП поступает на входы компараторов 14, 15 (входы Б). При этом, если чувствительность микрофона на частоте f₁, находится в пределах допуска (фиг. 3 частота f₁), то на выходах компараторов 14, 15 А > Б будет присутствовать высокий уровень напряжения, который через элемент 2И 16 поступит на вход блока визуализации. Если разность сравниваемых величин не превышает предельно допустимой, то в блок 9 подается сигнал отображения, который по команде с блока 10 управления зафиксирует результат контроля (в данном случае "Годен" f₁). Далее устройство переходит к измерению чувствительности микрофона 4 на частоте f₂. Для этого производят снова измерение чувствительности микрофона на опорной частоте f₀ (момент времени t₁₂) для последующего сравнения ее с чувствительностью на частоте f₂. Измерение чувствительности на опорной частоте аналогично выше описанному, при этом коэффициент деления аттенюатора выбирается равным Δ β₂ (фиг. 3). В момент времени t₁₄второе измерение чувствительности на частоте f₀ заканчивается и начинается измерение чувствительности микрофона 4 на частоте f₂ (время t₁₅) аналогично измерению на частоте f₁. Для этого на вход генератора 2 подается код с блока 10 управления соответствующей частоте f₂. Одновременно с блока 10 управления задается коэффициент деления аттенюатора равным величине Δ α₂ (фиг. 3). Пусть чувствительность микрофона 4 на частоте f₂ выше допустимого значения, тогда на выходе компаратора 14 А > Б - высокий уровень напряжения, а на выходе компаратора 15 А > Б - низкий уровень напряжения. На выходе элемента 2И 16 также будет низкий уровень напряжения (фиг. 2л) и в блок визуализации 9 подается сигнал на отображение несоответствия значения чувствительности. Одновроеменно блок 10 управления по сигналу с блока 9 может остановить устройство контроля, если оно работает в режиме "До 1-го брака".

Контроль чувствительности на последующих частотах (f₃. . . f_n) аналогичен описанному выше. Причем при измерении чувствительности микрофона 4 на опорной частоте задаются коэффициенты деления аттенюатора 11, равные Δ β₃ . . . Δ β_n соответственно, а при измерении чувствительности на частотах f₃. . . f_n -Δ α₃ . . . Δ α_n соответственно.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет упростить известное устройство путем исключения из него таких функций, как:
- определение знака частного;
- сдвиг числа влево;
- вычитание;
- хранение промежуточного результата вычитаний;
- подсчет и анализ количество сдвигов, а также в несколько раз сократить количество действий, необходимых для проведения контроля.

Для реализации процесса контроля предлагаемое устройство должно выполнить следующие действия:
а) подать на излучатель сигнал опорной частоты;
б) одновременно преобразовать непосредственную и поделенную величины чувствительности микрофона на опорной частоте в коды;
в) запомнить величины, вычисленные по п. б для использования их в качестве уставок;
г) подать на излучатель сигнал первой тестовой частоты;
д) одновременно преобразовать непосредственную и поделенную величины чувствительности микрофона на первой тестовой частоте в коды;
е) запомнить величины, полученные по п. д для последующего сравнения их с установками;
ж) сравнить результаты вычислений между собой, как описано в заявке;
з) зафиксировать результат контроля (переход к п. а).

Итак. Для реализации контроля чувствительности микрофона на восьми частотах (одна из которых опорная) предлагаемое устройство должно выполнить N действий.

N = XY = 7 x 8 = 56, где Х - количество тестовых частот;
Y - количество действий в предлагаемом устройстве при контроле чувствительности микрофона на одной тестовой частоте ("в двух точках"). Таким образом, количество действий в предлагаемом устройстве более, чем в четыре раза меньше, чем в известном.

Сущность изобретения: устройство содержит 1 излучатель (1), 1 генератор фиксированных частот (2), 1 опорный генератор (3), 1 контролируемый микрофон (4), 1 преобразователь напряжения (5), 2 аналого-цифровых преобразователя (6,7), 1 элемент задержки (8), 1 блок визуализации (9), 1 блок управления (10), 1 управляемый аттенюатор (11), 2 регистра памяти (12; 13), 2 компаратора (14,15), 1 элемент 2И (16). 10-11-6-12-15-16-9-10-7-13-14-16, 10-6-14, 4-5-11, 10-2-1, 10-3-1, 10-8-12, 8-13, 5-6, 7-15, 10-9. 7 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ НЕРАВНОМЕРНОСТИ ЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ МИКРОФОНА, содержащее генератор фиксированных частот и опорный генератор, объединенные выходы которых подключены к излучателю, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, последовательно соединенные элемент 2И и блок визуализации, элемент задержки и блок управления, выходы которого подключены к входам генератора фиксированных частот, опорного генератора, элемента задержки и управляющему входу первого аналого-цифрового преобразователя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены первый и второй компараторы, первый и второй регистры памяти, управляемый аттенюатор и преобразователь напряжения выполненный с возможностью подключения к контролируемому микрофону, при этом выход преобразователя напряжения соединен с входами первого аналого-цифрового преобразователя и управляемого аттенюатора, выход которого подключен к входу второго аналого-цифрового преобразователя, выходы которого и выходы первого аналого-цифрового преобразователя соединены с информационными входами соответственно второго и первого регистров памяти и первыми входами соответственно второго и первого компараторов, выходы которых подключены к входам элемента 2И, при этом вторые входы первого и второго компараторов соединены с выходами соответственно второго и первого регистров памяти, к управляющим входам которых подключен выход элемента задержки, причем выходы блока управления соединены также с управляющим входом второго аналого-цифрового преобразователя, управляющим входам управляемого аттенюатора и входам блока визуализаций, выходы которого подключены к входам блока управления.