Перетворення одного виду енергії в іншій, зокрема електричною в акустичну, практично не відбувається без спотворень. Основними видами спотворень є: амплітудно-частотні (АЧС), фазовий-частотні (ФЧС), перехідні (ПС), які можуть бути визначені через перших два, нелінійних (НС).

Зміст АЧС полягає в тому, що перетворювач відтворює електричні сигнали різної частоти неоднаково. Наприклад, при підведенні напруги 1 В на частоті 100 Гц до даного перетворювача він розвиватиме на відстані 1 м по його осі звуковий тиск 0.1 Па, а при підведенні напруги 1 В, але на частоті 1000 Гц він розвиватиме звукове тиску 0,2 Па. Амплітудно-частотні спотворення легко визначаються по амплітудно-частотній (АЧХ) або частіше скорочено званою частотою характеристиці, де по осі абсцис відкладається (як правило, в логарифмічних масштабі) частота, а по осі ординат також в логарифмічному масштабі (а децибелах) звуковий тиск, що розвивається, в певній точці простору при заданому режимі підведення напруги до перетворювача, наприклад при незмінній напрузі на всіх частотах.

Рис. 3.1 - Частотна характеристика акустичної системи 35АС-1,

зображена на стандартному бланку АЧХ

Бланки АЧХ стандартизовані ГОСТ 16122—78 (рис. 3.1) і стандартом МЕК (рис. 3.2). Мірою АЧХ є її нерівномірність. Так, представлена на рис. 3.1 осьова АЧХ має нерівномірність 15 Дб в діапазоні 40—20 000 Гц. Причинами АЧС є частотні залежності опору випромінювання і механічних опорів елементів перетворювача і їх комбінацій, а також залежність від частоти електричного вхідного опору перетворювача.

Рис. 3.2 - Бланк АЧХ, стандартизовані МЕК

Вимоги до спрямованості зазвичай полягають в тому, що частотні характеристики, зняті під визначених кутом до осі АС і суміщені з частотною характеристикою, знятою на осі, не відхилялися б від останньої у всьому діапазоні більш, ніж на задане число децибел.

Рис. 3.3 - Поля допусків частотної характеристики звукового тиску АС:

а – вищої (0) групи складності; б – 1, 2 і 3 груп складності

Вхідний електричний опір АС також нормується.

Норми на все вказані параметри АС в даний час стандартизовані вітчизняними ГОСТ 23262—83 і стандартом МЕК. Ці норми приведені, в табл. 1. До таблиці можуть бути зроблені наступні зауваження. Частотні характеристики АС повинні укладатися в поле допусків, зображене на рис. 3.3, а 3.3, 6. Рисунок 3.3, а справедливий для АС вищої (0) групи складності. Для цих АС допустиме відхилення частотної характеристики від рівня СЗД не повинне перевищувати ±4 Дб, на частотах 50 Гц і F₂ допускається спад частотної характеристики від рівня СЗД до 8 Дб. У діапазоні частот F₁ — 50 Гц спад частотної характеристики встановлюється в ТУ на АС.

Рисунок 3.3, 6 справедливий для АС 1, 2 і 3 груп складності. Допустиме відхилення частотної характеристики від рівня середнього СЗД (N) не повинне перевищувати ±4 Дб для 1 групи складності і ±6 дб для 2 і 3 груп складності. Частота f₁ вибирається рівною 100 Гц для 1 і 2 груп складності і 200 Гц — для 3 групи. Частота f₂ вибирається рівною 8000 Гц для 1 і 2 груп складності і 4000 Гц — для 3 групи (F₁ і F₂ — граничні частоти діапазону відтворних частот, на яких рівень звукового тиску АС на 8 Дб нижче за рівень СЗД в діапазоні f₁, – f₂).

Номінальну електричну потужність АС слід вибирати з ряду: 3, 6, 10, 15, 25, 35, 50, 75, 100 Вт. Частотні характеристики АС, зняті під кутами ± (20°-30°) до осі в горизонтальній площині і ± (5°—10°) у вертикальній, не повинні відрізнятися від частотної характеристики, знятої на осі більше, ніж на ±4 дб. При Q = 1 ця характеристика має найбільш рівномірний хід. При Q >1 на ній з'являється пік тим більше високий, чим більше добротність.

Рис. 3.4 - Частотні характеристики електродинамічної головки з двостороннім випромінюванням

Рис. 3.5 - Різниці рівнів піку і провалу і відношення їх частот до резонансної частоти залежно від добротності

Найчастіше в літературі рекомендується Q = 0,707 на резонансній частоті при цьому має місце спад 3 Дб, при Q = 0,5 спад рівний 6 Дб. При Q  1 коливальна система стає аперіодичною, тобто нездібною до вільних коливань при її збудженні.

Рис. 3.6 - Частотні характеристики закритою АС з різною добротністю

Рис. 3.7 - Частотні характеристики модуля повного електричного

опору електродинамічної головки

Разом з амплітудно-частотною характеристикою АЧХ для оцінки лінійних спотворень в АС використовується фазочастотна характеристика ФЧХ, тобто залежність фази звукового тиску від частоти, вимірювання якої широко використовуються в практиці проектування АС. Проте методика вимірювань ФЧХ до теперішнього часу не стандартизована.

Для оцінки просторового розподілу звукового поля використовуються характеристики, пов'язані із спрямованістю АС: діаграма спрямованості, показник спрямованості і ін. Діаграма спрямованості може бути представлена в полярних координатах у вигляді залежності рівня звукового тиску від кута при фіксованих частотах або у вигляді сімейства АЧХ, зміряних під різними кутами між робочою віссю і напрямом на вимірювальний мікрофон (рис. 3.8).

Рис. 3.8 - Характеристика спрямованості АС:

АЧХ, зміряна на осі (l) і при зсуві мікрофону під кутами ±15° (2, 3)

Для оцінки нелінійних спотворень в АС використовують різні види випробувальних сигналів: тональні, шумові, музичні і ін. Проте найчастіше вимірюються нелінійні спотворення на синусоїдальних сигналах. Зазвичай нормується повний і характеристичний коефіцієнт гармонійних спотворень на заданій частоті:

.

де  — повний коефіцієнт гармонійних спотворень;

 — тиск, що розвивається гучномовцем на частоті f_i, Па;

 — середній звуковий тиск в заданому діапазоні частот, Па.

Повний коефіцієнт гармонійних спотворень:

.

де  — звуковий тиск на частотах nf, f. Вимірювання проводять в звукомірних заглушених камерах. Схема вимірювань приведена на рис. 1.7, а.

Нерідко в технічній літературі наводяться результати безперервного запису частотних характеристик коефіцієнтів гармонійних спотворень другого і третього порядків  і . Вимірювання проводяться по схемі, показаній на рис. 1.7, 6. Сигнал від генератора 1, що входить в автоматичну установку запису, через підсилювач потужності 2 і електронний вольтметр 3 подається на акустичну систему 4. Через мікрофон 5 і мікрофонний підсилювач 6 сигнал подається на стежачий аналізатор спектру 7 і реєструючий пристрій 8, що входить в ту ж УАЗЧХ.

Для узгодження АС з підсилювачем потужності принципове значення має характер повного вхідного електричного опору. Електричний опір реальних АС має складний комплексний частотно-залежний характер, тому зазвичай проводяться вимірювання частотної характеристики модуля повного електричного опору.

Вимоги до електроакустичних параметрів АС, методам їх вимірювань і методам оцінки їх якості звучання викладені у вітчизняних стандартах і міжнародних рекомендаціях: ГОСТ 16122—87 [5], ГОСТ 23262—88 [6] ГОСТ 4.202.003—84 [12], МЕК 268—5 [16], МЕК 581—7 [21], МЕК 268—13 [18].

Техніка електроакустичних вимірювань, приведена в цих документах, детально тут не розглядається. Основна увага приділяється тільки тим параметрам і методам їх вимірювань, які згадуються в даному довіднику. Про решту параметрів, використовуваних в сучасній практиці проектування АС [1], але ще не введених в стандарти і міжнародні рекомендації, даються тільки короткі відомості.

При відтворенні музичних і мовних програм через акустичні системи виникають різні типи спотворень, які можуть бути розділені на лінійних і нелінійних. Основним критерієм оцінки лінійних спотворень в АС є форма амплітудно-частотної характеристики звукового тиску АЧХ і визначувані з неї параметри. За визначенням ГОСТ 16122—87 під АЧХ звукового тиску розуміється «графічна або числова залежність від частоти рівня звукового тиску, що розвивається гучномовцем АС в певній точці вільного поля, що знаходиться на певній відстані від робочого центру, при постійному значенні напруги синусоїдального сигналу або смугового шуму на виводах гучномовців АС» [5]. Під рівнем звукового тиску розуміється відношення зміряного значення модуля звукового тиску до величини 2∙10^-5 Па, виражене в децибелах.

Зазвичай АЧХ вимірюють в звукомірних заглушених камерах, що реалізовують умови вільного поля. Під вільним полем розуміється «область звукового поля, в якій вплив відзеркалювальних поверхонь незначний». Акустична система розміщується на спеціальному поворотному столі, на робочій осі АС встановлюється мікрофон на відстані 1 м (можна проводити вимірювання і на інших відстанях, але результати необхідно перераховувати до відстані 1 м).

Структурна схема вимірювань АЧХ показана на рис. 3.9. Синусоїдальний сигнал від генератора, що входить в установку автоматичного запису частотної характеристики УАЗЧХ 1, через підсилювач потужності 2 подається на випробовувану АС 4, встановлену в заглушеній камері 5. Контроль напруги, що подається, здійснюється вольтметром 3. Створюване АС звуковий тиск вимірюється мікрофоном 6, потім сигнал, пропорційний звуковому тиску, поступає на вхід мікрофонного підсилювача 7 і реєструючий пристрій 1 у складі УАЗЧХ.

Рис. 3.9 - Схема вимірювань АЧХ

Зазвичай АЧХ представляють у вигляді кривої, що зображає залежності рівня звукового тиску від частоти в логарифмічному масштабі (рис. 3.10). Запис проводиться в режимі постійності напруги. Як вимірювальний сигнал може використовуватися також смуговий вузькополосний (рекомендується третьохоктавний) або широкосмуговий шум. Крім того, для деяких АС спеціального використання (наприклад, поличного типу) допускається проводити вимірювання в умовах напівпростору, тобто за наявності в звукомірной камері площини екрану, що відображає.

Рис. 3.10 - Амплітудно-частотна характеристика АС

За останні роки розвинулися методи вимірювань АС за допомогою імпульсних сигналів, що допускають проведення вимірювань і в незаглушених приміщеннях [1]. У методі реалізується дискретне перетворення Фурье від імпульсної реакції АС. Як збудливий сигнал використовується послідовність імпульсів тривалістю 10...20 мкс з частотою проходження не більше 4 Гц. Сигнали з мікрофону вводяться в ЕВМ, де розрахунковим шляхом визначається амплітудно-частотна і фазова характеристики. Вимоги до розмірів незаглушеного приміщення для вимірювань визначаються з наступної умови: час приходу до мікрофону перших віддзеркалень  повинен бути більше часу приходу самого імпульсу і його тривалості , тобто:

.

По записаній вказаними методами АЧХ можна розрахувати ряд параметрів:

· нерівномірність частотної характеристики звукового тиску — різниця максимального і мінімального рівнів звукового тиску в заданому діапазоні частот, виражене в децибелах, списи і провали вже однієї дев'ятої октави не враховуються, в деяких випадках використовується відношення максимального до середнього рівня звукового тиску;

· ефективний робочий діапазон частот — діапазон, усередині якого частотна характеристика звукового тиску не виходить за межі заданого поля допусків або володіє нерівномірністю, що не перевищує заданого значення;

· характеристична чутливість — середній звуковий тиск, що розвивається гучномовцем в заданому діапазоні частот на робочій осі, приведене до відстані 1 м від робочого центру і електричної потужності, що підводиться, 1 Вт. Зазвичай в технічній документації використовується рівень