Октавные и долеоктавные фильтры
Устройства, используемые для измерений в области акустики, позволяют точно анализировать и оценивать раздражающие и вредные шумы за счёт использования встроенных электронных фильтров. Для получения подробных характеристик сложных акустических сигналов, частотную область принято подразделять на ряд смежных частотных полос определённой ширины (в основмом октава или третьоктава). В России ряды предпочтительных частот для акустических измерений регламентированы стандартом ГОСТ 12090.
Полосовые пропускающие фильтры позволяют выделять составляющие сигнала с частотами внутри определённой частотной полосы, и перекрывать составляющие с частотами вне этой полосы. На данный момент общие технические требования и методы испытаний элетронных фильтров изложены в двух стандартах: ГОСТ 17168-82 «Фильтры электронные октавные и третьоктавные» и ГОСТ Р 8.714-2010 «Фильтры полосовые октавные и на доли октавы».
Последний из приведённых стандартов разработан на основе перевода на русский язык международного стандарта МЭК 61260:1995 «Электроакустика. Фильтры октавные и на доли октавы» (IEC 61260:1995 «Electroacoustics — Octave-band and fractional-octave-band filters» и по отношению к стандарту ГОСТ 17168 определяет более жёсткие требования к классам и соответствующим им пределам относительного затухания.
Для наглядного сравнения приведём выдержки из стандартов с таблицами пределов относительного затухания для третьоктавных фильтров.
Выдержка из ГОСТ 17168-82
| Относительная частота f/fm | Затухание, дБ, ттретьоктавных фильтров классов точности | ||
| 1-го | 2-го | 3-го | |
| 0,125 | — | от +60,0 до ∞ | от +60,0 до ∞ |
| 0,2 | от +75,0 до ∞ | — | от +49,5 до ∞ |
| 0,25 | от +68,0 до ∞ | от +50,0 до ∞ | от +45,0 до ∞ |
| 0,5 | от +45,0 до ∞ | от +28,0 до ∞ | от +26,0 до ∞ |
| 0,7937 | от +14,0 до ∞ | от +13,0 до ∞ | от +10,0 до ∞ |
| 0,8909 | от -0,5 до +6,0 | от -0,5 до +6,0 | от -1,0 до +6,0 |
| 0,9439 | от -0,5 до +1,0 | от -0,5 до +1,0 | от -1,0 до +1,0 |
| 1,0000 | от -0,5 до +0,5 | от -0,5 до +1,0 | от -0,5 до +1,0 |
| 1,0595 | от -0,5 до +1,0 | от -0,5 до +1,0 | от -1,0 до +1,0 |
| 1,1225 | от -0,5 до +6,0 | от -0,5 до +6,0 | от -1,0 до +6,0 |
| 1,2599 | от +14,0 до ∞ | от +13,0 до ∞ | от +10,0 до ∞ |
| 2 | от +45,0 до ∞ | от +28,0 до ∞ | от +26,0 до ∞ |
| 4 | от +68,0 до ∞ | от +50,0 до ∞ | от +45,0 до ∞ |
| 5 | от +75,0 до ∞ | — | от +49,5 до ∞ |
| ≥ 8 | — | от +60,0 до ∞ | от +60,0 до ∞ |
Выдержка из ГОСТ Р 8.714-2010
| Относительная частота f/fm для Ωh и ΩL | Минимальный; максимальный предел относительного затухания, дБ | ||
| Класс фильтра | |||
| Основание 10 | 0 | 1 | 2 |
| 1,0000 | -0,15; +0,15 | -0,3; +0,3 | -0,5; +0,5 |
| 1,02667 | -0,15; +0,2 | -0,3; +0,4 | -0,5; +0,6 |
| 0,97402 | |||
| 1,05575 | -0,15; +0,4 | -0,3; +0,6 | -0,5; +0,8 |
| 0,94719 | |||
| 1,08746 | -0,15; +1,1 | -0,3; +1,3 | -0,5; +1,6 |
| 0,91958 | |||
| < 1,12202 | -0,15; +4,5* | -0,3; +5,0* | -0,5; +5,5* |
| > 0,89125 | |||
| > 1,12202 | +2,3; +4,5* | +2,0; +5,0* | +1,6; +5,5* |
| < 0,89125 | |||
| 1,29437 | +18,0; +∞ | +17,5; +∞ | +16,5; +∞ |
| 0,77257 | |||
| 1,88173 | +42,5; +∞ | +42; +∞ | +41; +∞ |
| 0,53143 | |||
| 3,05365 | +62; +∞ | +61; +∞ | +55; +∞ |
| 0,32748 | |||
| 5,39195 | +75; +∞ | +70; +∞ | +60; +∞ |
| 0,18546 | |||
*На частотах менее нижней граничной частоты полосы и более верхней граничной частоты полосы максимальный предел относительного затухания равен +∞
Несмотря на более жетские требования по классам точности, ГОСТ Р 8.714 не даёт однозначного порядка действий при проектировании и испытании полосовых фильтров. В связи с этим появляется неоднозначность толкования требований, а соответственно и невозможность чёткого сравнения и выбора устройств с набором тех или инных фильтров. Что нельзя сказать о ГОСТ 17168, где чётко и однозначно прописаны все требования, приведены способы расчёта и регламентированы методы контроля.
В утройствах для спектрального анализа ZETLAB реализован функциональный контроль измерительных каналов в таких режимах как «Октавный анализ» и «1/3-октавный анализ» в соотвтетсвии с государственными стандартами.
За данный функционал отвечают программы Долеоктавный спектральный анализ и Фильтрация сигналов.
Долеоктавный спектральный анализ
Программа Долеоктавный спектральный анализ позволяет измерять уровень сигналов в октавных, 1/3-, 1/12-, 1/24-октавных спектральных полосах. Количество полос — 17, 51, 204, 406 соответственно. Октавные и 1/3-октавные фильтры соответствуют 1му классу точности по ГОСТ 17168-82 «Фильтры электронные октавные и третьоктавные. Общие технические требования и методы испытаний» и по ГОСТ Р 8.714-2010 «Фильтры полосовые октавные и на доли октавы. Технические требования и методы испытаний».
Октавный и 1/3-октавный анализ широко используются при проведении измерений уровней шума и вибрации. Предельные уровни шума и вибрации задаются в санитарных, эксплуатационных и сдаточных нормах в интегральных, 1/3-октавных и октавных полосах частот. Программа используется для измерения виброакустических характеристик.
Программа «Долеоктавный спектральный анализ»
Фильтрация сигналов
Долеоктавная фильтрация
Программа Фильтрация сигналов позволяет производить обработку сигнаов сигналов, поступающих на входные каналы измерительных устройств (либо сигналов с виртуальных каналов, созданных программами, входящимо в состав ПО ZETLAB) в октавных и 1/3-октавных спектральных полосах. Октавные и 1/3-октавные фильтры, реализованные в данной программе соответствуют 1му классу точности по ГОСТ Р 8.714-2010 «Фильтры полосовые октавные и на доли октавы. Технические требования и методы испытаний».
В программе заложены пределы относительного затухания фильтров соответсвующие 1му классу точности, что визуально отображается в нижней части главного окна программы в поле АЧХ фильтра.
Программа «Фильтрация сигналов. Долеоктавная фильтрация»
Программы входят в состав пакета программного обеспечения ZETLAB ANALIZ, которое поставляется вместе с анализаторами спектра в качестве базовой комплектации.
