Kandidaatintyö: Kaiuton huone kaiutinmittauksissa
Kandidaatintyöni aiheena Lappeenrannan teknillisen yliopiston opinnoissa oli LUT:n kaiuttoman huoneen käyttö kaiutinmittauksissa.
Kandityön aihe
Työssä käsittelin yliopiston kaiuttoman huoneen soveltuvuutta kaiutinmittauksiin ja erityisesti kaiuttimen vapaakenttävasteen mittaamiseen. Kun kaiuttimen vaste mitataan sellaisessa tilassa, jossa heijastuksia ei pääse syntymään tai ne eivät saavu mittauspaikalle, on mitattu vapaakenttävaste.
Sisältö
Työssä tarkastellaan kaiutinmittauksia ja ääntä seuraavin aihepiirein:
Mittauskokoonpano
Mittauskokoonpanoon voi kuulua esimerkiksi mittausmikrofoni, esivahvistin ja audioanalysaattori sekä pulssigeneraattori, sen vahvistin ja mitattava kaiutin.
Mittausmikrofoni
Mittausmikrofoni voi olla tyypiltään vapaakenttämikrofoni, diffuusin äänikentän mikrofoni tai painemikrofoni.
Kaiutinmittauksen testisignaali
Kaiutinmittauksissa käytettäviä testisignaaleja ovat esimerkiksi eri tyyppiset kohinat, sinipyyhkäisy tai impulssisignaali.
Kaiuttimen suuntautuvuus
Suuri kaiutin suuntaa lyhyttä aallonpituutta eli korkeaa taajuutta tehokkaasti osoitettuun suuntaan. Matala taajuus sen sijaan säteilee kaiuttimesta jokaiseen suuntaan.
Vapaakenttä- ja tehovaste
Tehovaste sisältää suoran kaiuttimen äänen lisäksi huoneen pinnoilta mittauspaikalle heijastuneet ääniaallot. Tehovasteesta voidaan tarkastella huoneen vaikutusta ääneen.
Kaiuttimen kauko- ja lähikenttä
Kaiuttimen kaukokenttä on vähintään kolme kertaa kaiutinelementin kalvon halkaisijan mitan etäisyydellä kaiuttimesta.
Kaiuttimen akustinen keskipiste
Kaiutin voidaan mieltää pistemäiseksi äänilähteeksi, kun sitä tulkitaan sen akustisesta keskipisteestä. Yleensä kaiuttimen akustinen keskipiste sijaitsee vaakatasossa keskellä kaiutinta ja pystytasossa kaiutinelementtien välissä.
Äänen vaimentuminen
Matalan taajuuden vaimentaminen vaatii enemmän vaimennusmateriaalia kuin korkean taajuuden vaimentaminen. Vaimennuksen tehokkuus määritellään absorptiokertoimella.
Seisovat aallot
Seisova aalto muodostuu, kun ääniaallon puolikas vastaa seinien välistä etäisyyttä toisistaan. Seisovat aallot vahvistavat toisiaan, jolloin tuloksena on kasvanut äänenpaine.
Lisäksi pohdin kaiutinmittauksien valmistelua IEC:n (International Electrotechnical Commission) standardin 60268-5 näkökulmasta. Standardissa määritellään, miten ja millaisissa olosuhteissa kaiutinmittaukset tulisi tehdä.
Kaiuttoman huoneen alarajataajuus
Teoreettisesti tulkittuna yliopiston kaiuttoman huoneen vaimennusmateriaali rajoittaa alarajataajuuden arvoon 900 Hz. Alemmalla kuin 900 Hz taajuudella, huone ei ole enää kaiuton.
Kaiuttomassa huoneessa tehdyn kaiutinmittauksen tuloksen perusteella huone ei kuitenkaan heijastanut ääntä taajuusalueella 400 – 20 000 Hz.
Kaiuttoman huoneen ylärajataajuus
Ylärajataajuuden määrittävät huoneessa olevat kiinteät kalusteet, kuten valot, pistorasiat ja lattiaritilä. Myös käytettävä mittausmikrofoni voi vaikuttaa ylärajataajuuteen.
Seisovat aallot
Yliopiston kaiuttomassa huoneessa syntyy seisovia aaltoja taajuusalueella 43 – 270 Hz. Kriittinen taajuus kertoo mille taajuudelle asti seisovat aallot ovat merkitseviä.
Mittaussignaali
Impulssisignaalin avulla voidaan mitata taajuuksia, jolloin huone ei ole enää kaiuton. Oikein tulkittuna voidaan impulssivasteesta erottaa suora kaiuttimen ääni heijastuksista.
Johtopäätökset
Olennaisena asiana työssä on alarajataajuus, jonka määrittäminen teoreettisesti oli hankalaa, sillä huoneessa käytetystä vaimennusmateriaalista oli enää hyvin vähän tietoa saatavilla.
Jatkotutkimusta työhön saisi erityisesti absorptiokertoimen selvittämisestä. Kertoimen avulla voitaisiin ylä- ja alarajataajuudet määrittää tarkemmin.
Mikäli haluat lukea koko kandidaatintutkielman, löytyy se alta: