jansch skrev:Pressure Field....
Nu har du kommit in på riktigt avancerad mätmikrofonteknik! Det här inlägget blir långt då jag vill beskriva från grunden även om jag gjort det tidigare i dina trådar!
Tänkte först skriva detta som ett personligt meddelande men det kanske finns några som inte har studerad mätmikrofoner på djupet och tycker det är kul att veta, därför blir det ett inlägg i din tråd.
Det finns ju som bekant 3 olika grundläggande mätfall. Lite kort om varje:
- Free Field, en mikrofon befinner sig i ett ljudfält med, för mikrofonen, plan vågfront. Ljudet går fritt i mikrofonens riktning utan störande reflexer. En miljö som är ganska ovanlig och svår att uppnå, typ frifältsrum (s.k. ekofritt rum) eller ute i naturen långt från reflekterande ytor.
Själva mikrofonen "stör" dock ljudfältet då den inte är en matematisk punkt utan har fysiska dimensioner. Med god mätnoggranhet börjar den störa när mikrofonens dimensioner är ca 1/10del av våglängden. Frontytan på mikrofonen är det dominerande problemet.
Resultatet blir en tryckökning = en höjning i diskantområdet.
En Free Field mikrofon är kalibrerad på nollaxeln och det är egentligen helt ointressant att veta mikrofonens rundtagande egenskaper så länge miljön är Free Field.
- Diffuse Field. en mikrofon befinner sig i ett ljudfält där både direkt ljud och reflekterat ljud finns. Ljudet faller in mot mikrofonen mer eller mindre slumpartat (beroende på mätmiljö) från olika riktningar med olika fasläge. Typiskt är omvärldsljud, ute i trafiken eller i bullriga lokaler eller varför inte - ett lyssningsrum. Definitionen av diffusljud är lite vag då omvärldsljud alltid är olika avseende på andel reflekterat ljud, riktning mm.
Man kan tycka att sådana mätmikrofoner borde vara helt rundtagande men i praktiken är dom till viss del lite riktade i diskanten. En bra kompromiss då vår hörsel inte är helt rundtagande. Man kan dock konstatera att det inte finns en absolut "fysikalisk formel" för diffusljud.
- Pressure Field uppstår i små slutna kaviter där våglängden är väsentligt kortare än hålrummets dimensioner. D v s ljudhastigheten räcker inte till för att skapa ett ojämt tryck i kaviteten. Då gäller Allmänna gaslagen = det dynamiska trycket är jämnt fördelat i hela kaviteten.Egentligen kan man säga att det är fel att inga reflektioner uppstår, på molekylnivå kommer en repellerande kraft att uppstå när luftmolekylerna pressas ut mot avgränsningsytorna innan dom finner sitt jämviktsläge. Men, som sagt tryckutjämning sker så fort att man kan anse att trycket är jämnt fördelat i kaviteten.
Ljudtrycket blir helt enkelt då relationen mellan kavitetens volym och den volym som t.ex högtalarmembranet lyckas pressa ihop. Extremt höga ljudtryck kan därmed uppnås med liten effekt - en klar fördel i många sammanhang.
En pistonfon, som ofta används för att kalibrera känsligheten på mikrofoner, består av en ytterst liten kavitet med små kolvar som skapar det dynamiska trycket, kolvarna förändrar alltså kavitetens volym och därmed det dynamiska trycket. En pistonfon från Bruel&Kjaer (4220 eller 4228) har 2 kolvar som har ca 2,5mm i diameter och en slaglängd på uppskattningsvis 1mm. Den ger 124dB vid 250Hz! Konstruktionen är genuint enkel, kolvarna drivs av en kamaxel på en elmotor och 6st AA batterier. Styrelektronik ser till att hastigheten blir rätt, att frekvensen blir 251,2Hz om man skall hålla sig till definitionerna.
Pressure Field är alltså väldigt bra om man vill mäta rätt och vid höga ljudvolymer där inget stör. Varken brus från mikrofon, mätutrustning eller omvärld är problematiskt, dessutom är ju inmatad ljudeffekt en bagatell.
Det finns dock som alltid ett problem med Pressure Field – EN MÄTMIKROFON MÄTER OLIKA i Pressure field jämför med Free field som man vill uppnå vid bl.a. högtalarmätningar och ”mikrofon kalibrering” för högtalarmätningar.
Så vad är då problemet?
Förutsättningarna som gäller vid Freefield, att mikrofonens fysiska mått påverkar vid högre frekvenser gäller ju inte vid Pressure field. I Pressurefield är ju dynamiska trycket lika överallt.
Detta är en lite förenklad bild, verkligheten är mer komplicerad än så men det är huvudproblemet.
Free field mikrofoner är ju också kompenserade (förhoppningsvis) för vad de fysiska måtten ställer till med vilket gör att Pressurefield mätningen inte stämmer i diskanten.
Det räcker alltså inte att minska mätlådans mått så att inte reflektion uppstår.
Hur vet man då när Pressurefield och Freefield är olika? En bra tumregel är att när kurvan blir lite ”orolig” i Freefield, gissningsvis för din mikrofons storlek 4-5 kHz börja felaktigheterna uppstå.
Postar några bilder senare som visar på ”problemet” – om jag kan konvertera bilder från mobilkamera till faktiskt.io format.
TACK!
Det här är intressant på flera plan!
När jag läste om Pressurefield och att metoden inte kan skapa reflexer hakade jag upp mig en lite stund på det. Jag tänkte att luftens molekyler kan ju kollidera men det kanske påverkar så lite att det inte betyder något. Kul nu när du nämner det!
Jag funderade också på om inte trycket nära väggar är lite högre än i mitten. Jag vet inte men min logik säger mig att det kan vara så.
Det du skriver om att mikrofonens frontarea skapar höjningen högre upp i frekvens är en tankeöppnare för mig. Jag visste inte att det var därför.
Det du skriver om pressurefield för diskantelement (benämner det så) stämmer naturligtvis men nu kan jag bekräfta att det stämmer för jag byggde en högst tillfällig kavitet framför diskantmembranet som hade måtten en max sjättedel av 15mm. Tyvärr är membranet 21mm i diameter och det måttet kunde jag av naturliga skäl inte minska på. När jag mätte detta var min tanke att jag skulle få ett jämnt tryck ända upp till 22kHz. Så här blev det i verkligheten:
- 2022-09-12 Minimalistisk kammare (max 1,5mm alla mått) på diskantelement med 1,5mm hål att mäta igenom.png (25.26 KiB) Visad 2105 gånger
Kammaren tappar trycket efter 4kHz. Om jag kunde göra kammaren smalare än 21mm skulle jag kanske nå upp till 5kHz. Du skrev mellan 4 och 5kHz, vilket stämmer mycket bra med mina mätningar.
