Безэховая камера - Википедия - Anechoic chamber

Не путать с Эхо-камера.

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

An безэховая камера (безэховый означает «неотражающий, неотражающий, безэхо») - это комната, предназначенная для полного поглощения отражений звук или же электромагнитные волны. Они также часто изолированы от волн, приходящих из их окружения. Эта комбинация означает, что человек или детектор слышит исключительно прямые звуки (нет реверберационный звуки), по сути имитируя пребывание в бесконечно большой комнате.

Безэховые камеры - термин, придуманный американским экспертом по акустике Лев Беранек, изначально использовались исключительно для обозначения акустических безэховых камер. Недавно этот термин был расширен на безэховые радиочастотные камеры, которые устраняют отражение и внешний шум, вызванный электромагнитными волнами.

Безэховые камеры варьируются от небольших отсеков до размера домашнего хозяйства. микроволновые печи таким большим, как авиационные ангары. Размер камеры зависит от размеров исследуемых объектов и частотных диапазонов.

Акустические безэховые камеры

Минимизация отражения звуковых волн стенками безэховой камеры
Тестирование наушников в Потребительские отчеты безэховая камера

Безэховые камеры обычно используются в акустике для проведения экспериментов в номинальном "свободное поле в условиях свободного поля, что означает отсутствие отраженных сигналов. Вся звуковая энергия будет уходить от источника почти без отражения назад. Обычные эксперименты с безэховой камерой включают измерение функция передачи из громкоговоритель или направленность шумового излучения промышленного оборудования. В целом внутри безэховой камеры очень тихо, с типичным уровнем шума в 10–20 дБА классифицировать. В 2005 году лучшая безэховая камера измеряла уровень –9,4 дБА.[1] В 2015 году безэховая камера на территории кампуса Microsoft побил мировой рекорд с показателем -20,6 дБА.[2] 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.[1]

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 столкнется со стенкой 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. Такой отскок 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.[3] Кроме того, при использовании вспененных материалов для изготовления клиньев во время взаимодействия волны со стенкой возникает другой механизм рассеивания.[4] 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.[5]

Полубезэховые и полубезэховые камеры

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, что означает, что сама камера расширяется. ниже уровень пола. Этот сетчатый пол амортизируется и плавает на абсорбирующих 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 бывают полубезэховыми.

Различие между «полубезэховым» и «полубезэховым» неясно. В некоторых случаях они являются синонимами или используется только один термин.[6] Другие варианты использования различают один как имеющий идеально отражающий пол (создание условий свободного поля с единственной отражающей поверхностью), а другой - как просто плоский необработанный пол.[7][8] В других случаях их различают по размеру и характеристикам: одно из них, вероятно, представляет собой существующее помещение, оснащенное акустической обработкой, а другое - специально построенное помещение, которое, вероятно, больше и имеет лучшие безэховые характеристики.[9]

Радиочастотные безэховые камеры

Безэховая камера RF
Большая безэховая испытательная камера EMC RF. Обратите внимание на оранжевые предупреждающие конусы для справки по размеру.
An F-16 Боевой сокол в безэховой испытательной камере на База ВВС Эглин

Внутренний вид радиочастота (RF) безэховая камера иногда похожа на акустическую безэховую камеру; однако внутренние поверхности безэховой камеры RF покрыты радиационно-поглощающий материал (RAM) вместо звукопоглощающего материала. Безэховые камеры RF используются для тестирования антенн, радаров и обычно используются для размещения антенн для выполнения измерений антенна диаграммы направленности, электромагнитная интерференция.

Ожидаемые характеристики (выигрыш, эффективность, характеристики шаблона и т. Д.) Представляют собой основные проблемы при разработке автономных или встроенных антенны. Конструкции становятся все более сложными: в одном устройстве используются несколько технологий, таких как сотовый, Вай фай, Bluetooth, LTE, MIMO, RFID и GPS.

Радиационно-поглощающий материал

Основная статья: Радиационно-поглощающий материал

RAM разработана и имеет форму впитывать падающее радиочастотное излучение (также известное как неионизирующее излучение ) максимально эффективно с максимально возможного количества направлений инцидента. Чем эффективнее ОЗУ, тем ниже результирующий уровень отраженный Радиочастотное излучение. Многие измерения в электромагнитная совместимость (ЭМС) и диаграммы направленности антенны требуют, чтобы паразитные сигналы, возникающие от испытательной установки, включая отражения, были незначительными, чтобы избежать риска возникновения погрешности измерения и двусмысленность.

Эффективность выше частоты

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, согласно соотношению где лямбда представляет длину волны, v - фазовая скорость волны, а это частота. Чтобы экранировать определенную длину волны, конус должен иметь соответствующий размер, чтобы поглощать эту длину волны. Качество работы безэховой камеры RF определяется самой низкой испытательной частотой работы, при которой измеренные отражения от внутренних поверхностей будут наиболее значительными по сравнению с более высокими частотами. Пирамидальное ОЗУ наиболее поглощает, когда падающая волна нормальный падение на внутреннюю поверхность камеры и высота пирамиды примерно равна , куда это свободное место длина волны. Соответственно увеличивая высоту пирамиды ОЗУ на те же (квадрат ) базовый размер улучшает эффективность камеры на низких частотах, но приводит к увеличению стоимости и уменьшению свободного рабочего объема, доступного внутри камеры определенного размера.

Установка в экранированном помещении

Безэховая камера RF обычно встраивается в экранированное помещение, спроектированное с использованием Клетка Фарадея принцип. Это связано с тем, что для большинства радиочастотных испытаний, которые требуют наличия безэховой камеры для минимизации отражений от внутренних поверхностей, также необходимы свойства экранированного помещения для ослаблять нежелательные сигналы, проникающие внутрь и вызывающие помехи в тестируемом оборудовании, и предотвращающие утечку из-за проникновения тестов наружу.[нужна цитата ]

Размер камеры и ввод в эксплуатацию

На более низких частотах излучения для измерения дальнего поля может потребоваться большая и дорогая камера. Иногда, например, для измерения 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.[нужна цитата ]

Безэховые камеры RF обычно проектируются в соответствии с электрическими требованиями одного или нескольких аккредитованных стандарты. 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 необходимо будет периодически проверять повторно.

Оперативное использование

Конфигурации испытательного и вспомогательного оборудования, которые будут использоваться в безэховых камерах, должны открывать как можно меньше металлических (проводящих) поверхностей, так как они могут вызвать нежелательные отражения. Часто это достигается за счет использования непроводящих пластик или же деревянный конструкции для поддержки испытуемого 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 испытываемого оборудования) внутри или снаружи камеры. Обычно большая его часть находится в отдельном экранированном помещении, прикрепленном к основной испытательной камере, чтобы защитить ее как от внешних помех, так и от излучения внутри камеры. Подключение кабеля питания и тестового сигнала к испытательной камере требует высокого качества. фильтрация.

Оптоволокно Кабели иногда используются для разводки сигнальных кабелей, поскольку они невосприимчивы к обычным радиочастотным помехам, а также вызывают небольшое отражение внутри камеры.

Риски для здоровья и безопасности, связанные с безэховой камерой RF

Следующее здоровье и безопасность риски связаны с безэховыми камерами RF:

  • РЧ радиационная опасность
  • Пожароопасность
  • Ловушка персонала

Обычно персоналу не разрешается находиться в камере во время измерения, так как это не только может вызвать нежелательные отражения от камеры. тело человека но также может быть радиационная опасность заинтересованному персоналу, если испытания проводятся при высоких мощностях РЧ. Такие риски связаны с радиочастотным или неионизирующим излучением, а не с более высокой энергией. ионизирующего излучения.

Поскольку RAM очень поглощает радиочастотное излучение, падающее излучение будет генерировать высокая температура внутри ОЗУ. Если это не может быть рассеяно должным образом, существует риск развития горячих точек и ОЗУ температура может подняться до точки горение. Это может быть опасно, если передающая антенна непреднамеренно окажется слишком близко к ОЗУ. Даже для довольно скромных уровней мощности передачи высокие прирост антенны могут концентрировать мощность достаточно, чтобы вызвать высокую мощность поток рядом с их отверстия. Хотя недавно произведенная RAM обычно обрабатывается огнестойкий материал чтобы снизить такие риски, их сложно полностью устранить. Правила техники безопасности обычно требуют установки газовое пожаротушение система, включая детекторы дыма.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Мортон, Элла (5 мая 2014 г.). «Как долго вы сможете выдержать самое тихое место в мире?». Шифер. Получено 5 мая 2014.
  2. ^ Новет, Иордания (1 октября 2015 г.). «Загляните внутрь безэховой камеры Microsoft, которая официально считается самым тихим местом на Земле». VentureBeat. Получено 1 октября 2015.
  3. ^ Беранек, Лев (10 августа 2009 г.). «Устное историческое интервью с Львом Беранеком». Библиотека и архив Нильса Бора. Американский институт физики (Опрос). Беседовал Ричард Лайон. Получено 8 декабря 2014.
  4. ^ «Представляем акустическую пену». намнак.
  5. ^ Рэндалл, Р. Х. (2005). Введение в акустику. Dover Publications.
  6. ^ «ISO 26101: 2017 (en) Акустика - Методы испытаний для аттестации сред свободного поля». Получено 7 мая 2020.
  7. ^ «Акустическое тестирование - часто задаваемые вопросы». Получено 7 мая 2020.
  8. ^ Камилло, Джим (1 марта 2016 г.). «Испытательная камера доказывает правильное решение для Whirlpool». Получено 7 мая 2020.
  9. ^ М. Б. Шёйен Нильсен. «Безэховые и полубезэховые комнаты» (PDF). Получено 7 мая 2020.

внешняя ссылка