Безэховая камера

Безэховая камера ( безэховое означает «неотражающий» или «без эха») — это помещение, предназначенное для подавления или эха звуковых или отражений электромагнитных волн . Они также часто изолированы от энергии, поступающей из их окружения. Эта комбинация означает, что человек или детектор слышит исключительно прямые звуки (без отраженных звуков), фактически имитируя пребывание на улице в свободном поле.

Безэховые камеры — термин, придуманный американским экспертом по акустике Лео Беранеком , первоначально использовался исключительно для обозначения акустических безэховых камер. Недавно этот термин был распространен на другие радиочастотные (РЧ) и гидроакустические безэховые камеры, которые устраняют отражение и внешний шум, вызванный электромагнитными волнами.

Безэховые камеры варьируются от небольших отсеков размером с бытовую микроволновую печь до таких больших, как авиационные ангары . Размер камеры зависит от размеров тестируемых объектов и диапазонов частот.

Акустические безэховые камеры

Требование к тому, что впоследствии было названо безэховой камерой, возникло для того, чтобы обеспечить возможность тестирования громкоговорителей, генерирующих настолько интенсивные уровни звука, что их нельзя было протестировать на открытом воздухе в жилых помещениях. ^{[ 1 ]}

Безэховые камеры обычно используются в акустике для проведения экспериментов в номинально условиях « свободного поля », где свободное поле означает отсутствие отраженных сигналов. Вся звуковая энергия будет уходить от источника, почти не отражаясь назад. Обычные эксперименты с безэховой камерой включают измерение передаточной функции или громкоговорителя направленности шумового излучения промышленного оборудования. В целом внутри безэховой камеры может быть очень тихо, с типичным уровнем шума в диапазоне 10–20 дБА . В 2005 году лучшая безэховая камера имела уровень -9,4 дБА. ^{[ 2 ]} В 2015 году безэховая камера в кампусе Microsoft побила 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 стены, заключается в следующем: на прилагаемом рисунке падающая звуковая волна I вот-вот столкнется со стенкой безэховой камеры. Эта стенка состоит из серии клиньев W высотой H. После удара падающая волна I отражается в виде серии волн R, которые, в свою очередь, «отскакивают вверх и вниз» в воздушном зазоре A (ограниченном пунктирные линии) между клиньями W. Такое подпрыгивание может привести (по крайней мере временно) к образованию стоячей волны в A. Во время этого процесса акустическая энергия волн R рассеивается за счет молекулярной вязкости воздуха, особенно вблизи угла C. ^{[ 4 ]} Кроме того, при использовании вспененных материалов для изготовления клиньев при взаимодействии волны со стенкой реализуется другой механизм диссипации. ^{[ 5 ]} В результате заметно уменьшается составляющая отраженных волн R по направлению I, выходящая из зазоров А (и идущая обратно к источнику звука), обозначаемая R'. Несмотря на то, что это объяснение является двумерным, оно репрезентативно и применимо к реальным трехмерным клиновидным структурам, используемым в безэховых камерах. ^{[ 6 ]}

Полубезэховые и полубезэховые камеры.

Полностью безэховые камеры предназначены для поглощения энергии во всех направлениях. Для этого все поверхности, включая пол, нужно покрыть клиньями правильной формы. Сетчатая решетка обычно устанавливается над полом, чтобы обеспечить поверхность для ходьбы и размещения оборудования. Этот сетчатый пол обычно размещается на том же уровне, что и остальная часть здания, то есть сама камера располагается ниже уровня пола. Этот сетчатый пол демпфируется и плавает на абсорбирующих буферах, чтобы изолировать его от внешней вибрации или электромагнитных сигналов.

Напротив, полубезэховые или полубезэховые камеры имеют сплошной 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 безэховом режиме. камера. Студии звукозаписи часто полубезэховые.

Различие между «полубезэховым» и «полубезэховым» неясно. В некоторых случаях они являются синонимами или используется только один термин. ^{[ 7 ]} Другие области применения различают одно из них как идеально отражающий пол (создание условий свободного поля с единственной отражающей поверхностью), а другое как просто плоский необработанный пол. ^{[ 8 ]}^{[ 9 ]} Тем не менее, другие области применения различают их по размеру и характеристикам: один из них, вероятно, представляет собой существующее помещение, модернизированное с использованием акустической обработки, а другой - специально построенное помещение, которое, вероятно, больше по размеру и имеет лучшие безэховые характеристики. ^{[ 10 ]}

Радиочастотные безэховые камеры

Внутренний вид радиочастотной ( РЧ) безэховой камеры иногда похож на внешний вид акустической безэховой камеры; однако внутренние поверхности радиочастотной безэховой камеры покрыты поглощающим излучение материалом (RAM) вместо акустически поглощающего материала. Радиочастотные безэховые камеры используются для тестирования антенн и радаров, и они обычно используются для размещения антенн для выполнения измерений антенн диаграмм направленности и электромагнитных помех .

Ожидаемые характеристики (усиление, эффективность, характеристики диаграммы направленности и т. д.) представляют собой основные проблемы при разработке автономных или встроенных антенн . Конструкции становятся все более сложными: одно устройство включает в себя множество технологий, таких как сотовая связь , Wi-Fi , Bluetooth , LTE , MIMO , RFID и GPS .

Радиационно-поглощающий материал

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

Эффективность выше частоты

Волны более высоких частот имеют более короткие длины волн и более высокую энергию, а волны более низких частот имеют более длинные волны и меньшую энергию, согласно соотношению $\lambda =v/f$ где лямбда представляет собой длину волны, v — фазовая скорость волны, а $f$ это частота. Чтобы экранировать определенную длину волны, конус должен быть соответствующего размера, чтобы поглощать эту длину волны. Качество работы радиочастотной безэховой камеры определяется ее самой низкой испытательной частотой работы, при которой измеренные отражения от внутренних поверхностей будут наиболее значительными по сравнению с более высокими частотами. Пирамидальная RAM имеет наибольшую поглощающую способность, когда падающая волна перпендикулярна внутренней поверхности камеры и высота пирамиды примерно равна $\lambda /4$ , где $\lambda$ — в свободном пространстве длина волны . Соответственно, увеличение высоты пирамиды оперативной памяти при том же ( квадратном ) базовом размере повышает эффективность камеры на низких частотах, но приводит к увеличению стоимости и уменьшению беспрепятственного рабочего объема, доступного внутри камеры определенного размера.

Установка в экранированном помещении

Радиочастотная безэховая камера обычно встраивается в экранированное помещение, построенное по принципу клетки Фарадея . Это связано с тем, что для большинства радиочастотных испытаний, для которых требуется безэховая камера для минимизации отражений от внутренних поверхностей, также требуются свойства экранированного помещения для ослабления нежелательных сигналов, проникающих внутрь и вызывающих помехи для испытуемого оборудования, а также предотвращения утечки в результате испытаний, проникающих наружу. Пирамидальный поглотитель RAM также может быть построен с помощью аддитивного производства, что позволяет исследовать внутренние структуры для улучшения эффектов поглощения. ^{[ 11 ]}

Размер камеры и ввод в эксплуатацию

На более низких излучаемых частотах для измерения в дальней зоне может потребоваться большая и дорогая камера. Иногда, например, при измерении поперечного сечения радара, можно уменьшить масштаб испытуемого объекта и уменьшить размер камеры при условии, что длина волны испытательной частоты уменьшается прямо пропорционально за счет испытаний на более высокой частоте. ^{[ нужна ссылка ]}

Безэховые радиочастотные камеры обычно проектируются с учетом электрических требований одного или нескольких аккредитованных стандартов . Например, авиационная промышленность может тестировать оборудование для самолетов в соответствии со спецификациями компании или военными спецификациями, такими как MIL-STD 461 E. После сборки во время ввода в эксплуатацию проводятся приемочные испытания , чтобы убедиться, что стандарты действительно соблюдаются. При их наличии будет выдано соответствующее свидетельство. Камеру необходимо будет периодически проверять повторно.

Оперативное использование

Конфигурации испытательного и вспомогательного оборудования, которые будут использоваться в безэховых камерах, должны подвергаться как можно меньшему количеству металлических (проводящих) поверхностей, поскольку они могут вызвать нежелательные отражения. Часто это достигается за счет использования непроводящих пластиковых или деревянных конструкций для поддержки испытуемого оборудования. Там, где металлические поверхности неизбежны, после установки они могут быть покрыты кусочками оперативной памяти, 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 часть оборудования располагается в отдельной экранированной комнате, прикрепленной к основной испытательной камере, чтобы защитить ее как от внешних помех, так и от излучения внутри камеры. Кабели сетевого питания и тестового сигнала в испытательную камеру требуют высококачественной фильтрации .

В качестве сигнальных кабелей иногда используются оптоволоконные кабели, поскольку они невосприимчивы к обычным радиочастотным помехам, а также вызывают небольшое отражение внутри камеры.

Риски для здоровья и безопасности, связанные с радиочастотной безэховой камерой

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

Опасность радиочастотного излучения
Опасность пожара
Попавший в ловушку персонал

Персоналу обычно не разрешается находиться внутри камеры во время измерения, поскольку это не только может вызвать нежелательные отражения от человеческого тела , но также может представлять радиационную опасность для соответствующего персонала, если испытания проводятся при высоких радиочастотных мощностях. Такие риски связаны с радиочастотным или неионизирующим излучением, а не с ионизирующим излучением более высокой энергии .

Поскольку ОЗУ хорошо поглощает радиочастотное излучение, падающее излучение будет выделять тепло внутри ОЗУ. Если его не удастся должным образом рассеять, существует риск возникновения горячих точек и повышения температуры оперативной памяти до точки возгорания . Это может быть риском, если передающая антенна случайно окажется слишком близко к ОЗУ. Даже при весьма скромных уровнях мощности передачи антенны с высоким коэффициентом усиления могут концентрировать мощность в достаточной степени, чтобы создать большой поток мощности вблизи их апертур . Хотя недавно изготовленные ОЗУ обычно обрабатываются антипиренами для снижения таких рисков, их трудно устранить.

См. также

Ссылки

^ Оседлав волны, Лео Беранек, 2008, ISBN 978 0 262 02629 1 стр.65
^ Перейти обратно: ^а ^б Мортон, Элла (5 мая 2014 г.). «Как долго вы сможете терпеть самое тихое место в мире?» . Сланец . Проверено 5 мая 2014 г.
^ Новет, Иордания (1 октября 2015 г.). «Загляните внутрь безэховой камеры Microsoft, официально признанной самым тихим местом на Земле» . ВенчурБит . Проверено 1 октября 2015 г.
^ Беранек, Лео (10 августа 2009 г.). «Интервью по устной истории с Лео Беранеком» . Библиотека и архивы Нильса Бора. Американский институт физики (интервью). Беседовал Ричард Лайон . Проверено 8 декабря 2014 г.
^ «Знакомство с акустической пеной» . намнак.
^ Рэндалл, Р.Х. (2005). Введение в акустику . Дуврские публикации.
^ «ISO 26101:2017(ru) Акустика. Методы испытаний для аттестации сред в свободном пространстве» . Проверено 7 мая 2020 г.
^ «Акустические испытания – часто задаваемые вопросы» . Проверено 7 мая 2020 г.
^ Камилло, Джим (1 марта 2016 г.). «Испытательная камера — надежное решение для Whirlpool» . Проверено 7 мая 2020 г.
^ МБ Шойен Нильсен. «Безэховые и полубезэховые помещения» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 25 января 2021 года . Проверено 7 мая 2020 г.
^ де Оливейра Нето, AM; Беккаро, В.; де Оливейра, AM; Хусто, JF (2023). «Исследование внутренних закономерностей при проектировании сверхширокополосных поглотителей микроволнового излучения». Антенны IEEE и письма о распространении беспроводной связи . 22 (9): 2290–2294. дои : 10.1109/LAWP.2023.3284650 .

Внешние ссылки

360-градусное видео безэховой камеры
Фотографии и описание акустической безэховой камеры. Архивировано 4 марта 2019 г. на Wayback Machine.
Безэховые камеры, прошлое и настоящее
Как работают радиочастотные безэховые камеры. Архивировано 17 апреля 2012 г. в Wayback Machine.
Видеотур по испытательному центру ЭМС/РЧ. В том числе самая большая безэховая испытательная камера в южном полушарии.
Некоторые примеры
- Тестирование антенны в безэховой камере
- Безэховая камера Radio/MM Wave компании Millimeter Wave Inc. Архивировано 21 декабря 2012 г. в Wayback Machine.
- Безэховая камера Мюррея Хилла компании Bell Labs
- Безэховая камера для миллиметровых волн. Архивировано 22 июня 2018 г. в Wayback Machine.
- «Акустическая безэховая камера» . Национальная измерительная лаборатория Великобритании . Национальная физическая лаборатория. Архивировано из оригинала 29 сентября 2007 года . Проверено 22 февраля 2011 г. {{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
- Безэховые камеры в кампусе Apple Inc., используемые для тестирования продуктов мобильных устройств, через WaybackMachine
- Фотографии со строительства безэховой камеры в ЧТУ, Прага
Звуковые примеры

[1] Оседлав волны, Лео Беранек, 2008, ISBN 978 0 262 02629 1 стр.65

[slate-2] Перейти обратно: ^а ^б Мортон, Элла (5 мая 2014 г.). «Как долго вы сможете терпеть самое тихое место в мире?» . Сланец . Проверено 5 мая 2014 г.

[msft-3] Новет, Иордания (1 октября 2015 г.). «Загляните внутрь безэховой камеры Microsoft, официально признанной самым тихим местом на Земле» . ВенчурБит . Проверено 1 октября 2015 г.

[beranek-interview-4] Беранек, Лео (10 августа 2009 г.). «Интервью по устной истории с Лео Беранеком» . Библиотека и архивы Нильса Бора. Американский институт физики (интервью). Беседовал Ричард Лайон . Проверено 8 декабря 2014 г.

[5] «Знакомство с акустической пеной» . намнак.

[6] Рэндалл, Р.Х. (2005). Введение в акустику . Дуврские публикации.

[7] «ISO 26101:2017(ru) Акустика. Методы испытаний для аттестации сред в свободном пространстве» . Проверено 7 мая 2020 г.

[8] «Акустические испытания – часто задаваемые вопросы» . Проверено 7 мая 2020 г.

[9] Камилло, Джим (1 марта 2016 г.). «Испытательная камера — надежное решение для Whirlpool» . Проверено 7 мая 2020 г.

[10] МБ Шойен Нильсен. «Безэховые и полубезэховые помещения» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 25 января 2021 года . Проверено 7 мая 2020 г.

[11] де Оливейра Нето, AM; Беккаро, В.; де Оливейра, AM; Хусто, JF (2023). «Исследование внутренних закономерностей при проектировании сверхширокополосных поглотителей микроволнового излучения». Антенны IEEE и письма о распространении беспроводной связи . 22 (9): 2290–2294. дои : 10.1109/LAWP.2023.3284650 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]