Безэховая камера своими руками

Как построить камеру для измерения динамиков: инструкция от Hill Acoustics

У Джеффа Хилла, технического директора Hill Acoustics, с началом пандемии пропал доступ к безэховой камере — а желание делать акустику осталось. Поэтому он построил у себя дома тетраэдральную камеру для измерений характеристик динамиков и опубликовал инструкцию по ее созданию в AudioExpress.

Особенность базовой тетраэдральной камеры в том, что она достаточно компактна и построить ее можно сравнительно легко и недорого — при этом она обеспечивает точность и повторяемость измерений. Концепция такой камеры была предложена Хиллом на конференции в AES в Хельсинки, ее презентовали также на Audio Engineering Society в Нью-Йорке, а по прошествии времени такой тип камеры для измерений внедрили в международные стандарты.

По сравнению с полноразмерной тетраэдральной камерой домашняя версия будет несколько ограничена — в первую очередь в структурной жесткости. Также ее будет труднее откалибровать, стабильность и точность измерений несколько пострадает, но она все равно лучше отсутствующей безэховой камеры.

Плюсом к динамику, параметры которого необходимо измерить, понадобятся также фанера (лист толщиной 18 мм), доступный микрофон для измерений вроде Behringer ECM800 или mini-DSP UMIK-1, компьютер с подходящим ПО и звуковой картой, усилитель, разъемы и кабели. Боковые стенки и дно представляют собой каркас из деревянных реек и поглощающего материала. Также понадобится небольшой лист алюминия толщиной 0,8–1 мм.

Процесс изготовления камеры достаточно прост. Нужно вырезать все грани камеры из листа дерева, в косой грани вырезать отверстие под измеряемый динамик, в вершине пересечения боковых ребер и ребер дня вырезать отверстие под микрофон. Микрофон крепится на микрофонный блок — куб, вырезанный из пяти сложенных друг на друга листов фанеры. Остается добавить алюминиевое кольцо, которое не даст динамику провалиться внутрь, и доску — камера готова.

Измерений нужно сделать несколько: АЧХ динамика в очень ближнем поле с помощью микрофона, вынесенного наружу камеры, и АЧХ динамика внутри камеры. На их основе получить кривые разности для создания кривой корректировки низких частот — и применить ее к измерению в свободном поле.

Источник

Строим то, где можно сойти с ума — о безэховых камерах не понаслышке

Число используемых в повседневной жизни электронных устройств неуклонно возрастает. Вместе с тем увеличивается и количество непосредственных источников, создающих электромагнитные излучения. Они воздействуют на людей и различные технические средства.

В идеале любое техническое средство должно работать не создавая помех другим электронным устройствам. Такую способность принято называть электромагнитной совместимостью (ЭМС). Эталоны испытаний на ЭМС были заложены еще в СССР.

Камеры для испытаний на ЭМС

Чтобы точно измерить параметры электромагнитных волн, а также сформировать равномерное распределение звуковых колебаний, необходимы специальные помещения для испытаний на ЭМС, моделирующие открытое пространство, — полубезэховые и безэховые камеры (БЭК).

БЭК или безэховая экранированная камера представляет собой комнату, изнутри полностью обустроенную радиопоглощающим материалом, не пропускающим электромагнитные волны. В качестве составных элементов используют специализированные поглотители.

Поэтому в безэховой камере нет никаких звуков и каких-либо внешних сигналов — говорят, работать в таком помещении человеку можно не более часа — слишком высока психоэмоциональная нагрузка.

Различают два вида безэховых помещений:

— Радиочастотные безэховые камеры (включая экранированные камеры). В них радиоволны не отражаются от внутренней поверхности. Крайне важна изоляция всех конструкций камеры от внешних сигналов;
— Акустические камеры для испытаний предусматривают отсутствие отражения звука от внутренней поверхности. Безэховая акустическая камера являет собой замкнутое пространство, внутри которого объект исследования — звуковая волна.

С целью полной защиты от электромагнитных помех, конструкции первого вида оборудуют в экранированных помещениях. Таким образом, внутренняя электромагнитная обстановка надежно отделена от внешних воздействий. Излучения от технического средства, оставаясь внутри экранированной камеры, ничем не ослабляются.

Второй вид, безэховая акустическая камера, имеет свои особенности. Скорость звуковой волны зависит от температуры и влажности окружающей среды. Эти факторы всегда учитывают при строительстве звуковой камеры, устанавливающейся на виброразвязном основании. Такой монтаж исключает влияние шума окружающей среды на проводимые внутри измерения.

— Диагностирование излучаемых и кондуктивных (распространяющихся по проводникам) помех. Их уровень не должен превышать определенный показатель;
— Проверка оборудования на устойчивость к вышеуказанным помехам.

Для проведения объективного исследования и оценки влияния помех в ЭМС камерах применяется специализированная измерительная аппаратура.

Востребованность испытательных камер

1. Осуществление контроля соответствия определенным нормам – тестирование электронных приборов на устойчивость к воздействию помех, излучение помех и на ЭМС. В частности, ЭМС испытание бортового оборудования самолетов, вертолетов.
2. Широкое применение в аэрокосмической промышленности.
3. В науке. Проведение различных научно-исследовательских работ.
4. Промышленное производство. Пусконаладочные операции, тестовые испытания при производстве серийной продукции. Широкий спектр конструкторских работ.
5. Выполнение задач информационной безопасности гражданских, а также военных объектов — в частности, обработка и хранение в экранированных камерах конфиденциальной информации.

Безэховые экранированные камеры востребованы компаниями, занимающимися производством и тестированием различной электроники:
— Электрооборудования;
— Радиотехнических средств, РЭА;
— Антенных устройств.

Устройство и особенности безэховых камер

Безэховая камера представляет собой замкнутое пространство из модульных радиопоглощающих элементов определенного типа и конфигурации. Следует отметить, что конструкции ЭМС камер способны поглощать радиоволны диапазона от 9 кГц до 110 гГц. В качестве идеального поглощающего материала используется марион, получаемый из природного камня шунгита. У нас этот камень добывают в Карелии.

Помимо этого, используют ферритовые, пирамидальные, гибридные поглотители. Внутри пространство конструкции разделяется на две части:
1. Область для размещения передающих устройств;
2. Сектор тишины. Измерения в безэховой камере проводятся именно здесь.

Помимо поглощающих элементов предусмотрен целый комплекс контрольно-измерительных приборов и механизмов для работы с тестируемым техническим объектом.

Размер конструкции зависит от типа требуемых измерений. Габариты радиочастотных безэховых камер не ограничены, конструируются с учетом технического задания заказчика. Уровень безэховости камеры может достигать до минус 50 ДБ.

С учетом вида измеряемых волн, экранированные камеры разделяют на полубезэховые, безэховые и, как отдельный случай, реверберационные. Последние представляют собой помещение в виде неправильной геометрической формы. Причем эта форма может изменяться за счет специальных поворотных устройств. Это делают для того, чтобы сфокусировать энергию электромагнитного поля в необходимой точке.

Если внутри безэхового помещения колебания различного вида поглощаются, то в реверберационной радиочастотной камере — поглощение отсутствует. В свою очередь, реверберационная акустическая камера также отражает волны, но звуковые. Таким образом, образуется жесткая среда воздействия.

Изготовление безэховых камер

Основные этапы проектирования и строительства безэховой камеры в Москве:

• Техническое задание и проект с учетом требований заказчика;
• Монтажные работы;
• Предварительные испытания и аттестация изделия.

При строительстве важно учитывать качество радиопоглощающего материала, размеры и форму изделия.

Безэховую камеру купить можно по приемлемой цене. При этом заказчик получает уникальное изделие с метрологическими сертификатами и регистрацией в реестре безэховых камер федерального значения.

Компания 2TEST создает безэховые камеры «под ключ» в соответствии с задачами заказчика: от разработки качественного ТЗ и проектирования испытательной камеры до комплексного создания помещения и наполнения специальной измерительной аппаратурой.

По техническим характеристикам готовая испытательная камера от компании 2TEST удовлетворяет всем требованиям ГОСТ и отраслевым стандартам для проведения испытаний на электромагнитную совместимость высокой точности.

Источник

Как создать безэховый экранированный бокс своими руками

Проведение испытаний и оценка качества работы радиоустройств — то ещё веселье. Для таких лабораторных исследований порой требуется специфическое оснащение, которое стоит больших денег. В том числе — безэховые экранированные боксы.

Меня зовут Андрей, я работаю в команде разработки аппаратных решений Яндекса. Сегодня я поделюсь личным опытом и расскажу, как собрать экранированный бокс в несколько раз дешевле аналогов.

Многие современные высокотехнологичные устройства уже давно оснащаются средствами беспроводной связи. Чтобы обеспечить нормальное функционирование радиочасти таких устройств, нужно детально исследовать все радиопараметры и провести качественно-количественную оценку характеристик. Особенно в ситуации, когда радио является основным связующим звеном устройства с внешним миром.

В профильных комьюнити ходит выражение, которое показывает, что точность измерения любых качественных или количественных характеристик зависит от огромного количества условий: в любых испытаниях, связанных с ВЧ и радио, всё зависит от всего. Чтобы провести хоть сколько-нибудь вменяемые и репрезентативные исследования радиоустройства, важно снизить влияние внешних факторов по максимуму.

При всех прочих обстоятельствах можно выделить три основных врага любого инженера, который проводит испытания и измерения параметров радиоустройств:

1. Помехи от других источников электромагнитных сигналов.
2. Отражённые радиоволны самого источника.
3. Кондуктивные (распространяющиеся по проводникам) помехи.

Обычно для решения этих проблем используются специализированные помещения, которые называются безэховыми экранированными камерами.

Такие камеры обладают свойствами экранирования для отделения внешней электромагнитной обстановки от внутренней. Это также подразумевает защиту от электромагнитных помех и излучений различной природы. Помимо общего контура экранирования, внутри камер размещается специализированное радиопоглощающее покрытие, которое забирает часть мощности электромагнитных волн в заданном диапазоне частот, чтобы снизить степень отражения собственного излучения.

Часто такие помещения занимают значительную площадь и стоят очень больших денег. Поэтому в качестве альтернативы большим безэховым камерам могут применяться настольные боксы.

Принцип действия в них примерно такой же, как и в их больших вариантах: он основывается на фундаментальных механизмах взаимодействия электромагнитного поля и вещества. Вокруг тестируемого устройства организуют полностью замкнутый электромагнитный экран с нужным коэффициентом экранирования, а по внутреннему периметру экрана размещают радиопоглощающее покрытие, которое позволяет снизить отражение собственных излучений устройства.

Если оборудование для таких исследований требуется срочно (а время поставки экранированных боксов часто исчисляется неделями и месяцами) и с минимумом затрат, на помощь приходят прямота рук, теоретическая база и самое главное — опыт, накопленный в ходе работы.

За время, пока профессиональный набор для подобных исследований дойдёт от поставщика, можно успеть сделать боксы своими руками! Это мне и довелось проделать, поэтому сегодня я поделюсь опытом с вами.

Итак, мы должны сделать экранированный безэховый бокс, который бы изолировал тестируемое устройство от внешних электромагнитных сигналов и ослабил их приблизительно на 40–50 дБ в диапазоне от 2 до 6 ГГц. Кроме этого, важно, чтобы отражённый сигнал самого устройства ослаблялся в специальном материале и не влиял на результаты тестирования.

Зная общие принципы построения экранированных безэховых камер и боксов, мы можем прикинуть, что нам понадобится для его изготовления. Получается примерно следующий список:

1. Телекоммуникационный ящик, который будет использоваться в качестве основы нашего бокса.
2. Экранирующая ткань — материал для создания внешнего контура экранирования.
3. Радиопоглощающий материал для наклейки на внутренние плоскости ящика.
4. Клей для механического закрепления экрана и радиопоглотителя.
5. Токопроводящий клей для электрического соединения фрагментов обоев, наклеенных на ящик.
6. Инструменты: кисточки для нанесения клея, ножницы для резки поглотителя и экранирующих обоев, отвёртка для снятия дверок.

Смотрим, какие материалы есть на рынке, анализируем их характеристики и получаем такую картину:

Телекоммуникационный ящик. Он должен подходить по габаритам и иметь достаточно плотные стыки между дверцей и корпусом. Я взял телекоммуникационный настенный антивандальный шкаф EC-WS-075240-GY 19” от компании Netlan.

Экранирующая ткань. Для экрана нашлись обои Aaronia X-Dream, производитель которых заявляет очень высокую эффективность экранирования: до 90 дБ в диапазоне от 2 до 6 ГГц.

Радиопоглощающий материал. В качестве радиопоглотителя я выбрал МОХ-П-70, который обеспечивает коэффициент отражения в диапазоне от −40 до −60 дБ.

Токопроводящий клей. Оптимальным вариантом оказался токопроводящий клей на графите «Контактол-Радио».

Клей для механического крепления всех компонентов. У меня клей РОГНЕДА Metall 88 в банках по 750 мл.

Количество материалов я рассчитывал для двух боксов: в одном из них находится тестируемое устройство, в другом — источник сигнала. Общая стоимость вышла такой:

Компонент	Кол-во	Цена/шт (руб.)	Всего (руб.)
Телекоммуникационный ящик	2 шт.	4162	8324
Экранирующие обои	5 кв. м	5042	25 210
Радиопоглощающий материал	3 кв. м	10 190	30 570
Токопроводящий клей	16 шт.	200	3200
Клей для механического соединения	3 банки	338	1014
Итого:	68 318

Получается, что на один экранированный бокс мы тратим 34 159 рублей. Предложения российских, западных и китайских поставщиков на ящики с таким же объёмом камеры и степенью экранирования начинаются от 1500 $ без учёта стоимости доставки.

После закупки всех материалов можно приступать к созданию наших безэховых боксов.

Первым делом снимаем дверцы и демонтируем с них замки и приваренное крепление, чтобы беспроблемно наклеить экран и поглотитель.

Затем отмеряем и нарезаем обои. Приклеиваем их по контуру ящика, полностью соединяя все стыки между частями.

После этого прикручиваем дверцу и проверяем наличие электрического контакта между составными частями ящика и частями обоев. Сопротивление должно быть меньше 1 Ом.

Далее отмеряем и нарезаем радиопоглотитель и приклеиваем его на все внутренние плоскости ящика.

Все работы настоятельно рекомендую проводить в перчатках: поглотитель производится на основе графита и оставляет следы, как от грифеля простого карандаша.

Итого на создание двух ящиков мне потребовалось около 6 часов с учётом времени на демонтаж замка, все необходимые замеры, расчёты и нарезку материала.

После того, как ящик собран, его нужно проветрить и дождаться полного высыхания клея. Клей сохнет достаточно быстро, и на следующий день ящиками уже можно пользоваться по их прямому назначению. Для экспресс-проверки кладём внутрь сотовый телефон, закрываем ящик, подключаем заземление и пытаемся дозвониться.

Как и ожидалось — звонок не проходит, связь с Bluetooth-гарнитурой разрывается, телефон отключается от Wi-Fi роутера. На основании этого можно предположить, что с поставленной задачей мы в какой-то степени справились.

Было бы здорово провести факультативное сравнение профессиональных ящиков с известными параметрами и тех, что получились у меня, в специализированной лаборатории — чтобы получить конкретные цифры и показатели по степени экранирования в рабочем частотном диапазоне и коэффициенту отражения. Но пока из-за ситуации с коронавирусом сделать это не выйдет. Как только появится возможность, проведу исследование и напишу о результатах в новой статье — надеюсь, это будет интересно читателям!

Источник