Безэховая камера

Дождевой лес Хох (США)

Тропический лес Хох, признанный одним из чудес штата Вашингтон, — часть Национального парка Олимпик, включенного в список Всемирного наследия ЮНЕСКО еще в 1981 году. Как сообщает Служба национальных парков США, абсолютную тишину в заповедном месте создают пышные хвойные и лиственные деревья, а также многочисленные папоротники и мхи, играющие роль шумоизоляторов. Но все могло бы быть иначе без вмешательства человека: 11 лет назад акустический эколог Гордон Хэмптон начал проект One Square Inch of Silence («один квадратный дюйм молчания»), чтобы сохранить тишину в дождевом лесу. Среди деревьев он установил небольшой красный камень и убедил три авиакомпании изменить свои маршруты, пустив их в обход «дюйма молчания», — все ради того, чтобы люди могли слушать природу, а не шум моторов.

Стандартные безэховые камеры для испытаний на электромагнитную совместимость

Основным элементом поставляемого комплексного решения для испытаний на ЭМС является безэховая камера.

Эта камера представляет собой экранированное помещение, внутренние поверхности которого покрыты радиопоглощающим материалом. Покрытие этим материалом преследует цель предотвратить отражения радиоволн от внутренних поверхностей камеры, т. к. интерференция излученного и отраженного электромагнитных полей может привести к образованию пиков и провалов напряженности результирующего электромагнитного поля.

В условиях необходимости оснащения испытательных центров и лабораторий разных предприятий промышленности, а также силовых структур и ведомств отечественными решениями, ГК МАСКОМ разработала свою технологию производства, сборки, монтажа безэховых камер для проведения испытаний на электромагнитную совместимость в соответствии со стандартами ГОСТ и ГОСТ РВ.

Для изготовления экранирующих панелей применяется оцинкованная сталь толщиной 2 мм. Панели соединяются между собой сваркой; после каждой технологической операции осуществляется контроль качества сварных швов, что обеспечивает прочность и надежность конструкции с необходимым коэффициентом экранирования, а также устойчивость к изменениям за счет механических и сейсмических воздействий (рис. 5).

Рис. 5. Проверка объекта

Акустические безэховые камеры [ править ]

Минимизация отражения звуковых волн стенками безэховой камеры

Тестирование наушников в безэховой камере Consumer Reports

Требование к тому, что впоследствии было названо безэховой камерой, возникло для того, чтобы разрешить тестирование громкоговорителей, которые генерируют такие интенсивные уровни звука, что их нельзя было тестировать на открытом воздухе в жилых районах.

Безэховые камеры обычно используются в акустике для проведения экспериментов в условиях номинального « свободного поля », т.е. в свободном поле, что означает отсутствие отраженных сигналов. Вся звуковая энергия будет уходить от источника без отражения назад. Общие эксперименты безэховые камеры включают в себя измерение передаточной функции в виде громкоговорителя или направленности шумового излучения от промышленного оборудования. В целом внутри безэховой камеры очень тихо, с типичным уровнем шума в диапазоне 10–20 дБА . В 2005 году лучшая безэховая камера измеряла уровень –9,4 дБА. В 2015 году безэховая камера в кампусе Microsoft.побил мировой рекорд с показателем -20,6 дБА. 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.

Механизм, с помощью которого безэховые камеры минимизируют отражение звуковых волн, падающих на их стенки, выглядит следующим образом: на включенном рисунке падающая звуковая волна I вот-вот упадет на стену безэховой камеры. Эта стенка состоит из серии клиньев W высотой H. После столкновения падающая волна I отражается в виде серии волн R, которые, в свою очередь, «отскакивают вверх и вниз» в воздушном зазоре A (ограниченном пунктирными линиями) между клиньями W. Такое подпрыгивание может создать (по крайней мере временно) картину стоячих волн в A. Во время этого процесса акустическая энергия волн R рассеивается за счет молекулярной вязкости воздуха, в частности, около угла C. Кроме того, при использовании вспененных материалов для изготовления клиньев возникает другой механизм рассеяния во время взаимодействия волны со стенкой. В результате составляющая отраженных волн R вдоль направления I, которая выходит из зазоров A (и возвращается к источнику звука), обозначенная R ‘, заметно уменьшается. Хотя это объяснение является двумерным, оно является репрезентативным и применимо к реальным трехмерным клиновым конструкциям, используемым в безэховых камерах.

Полубезэховые и полубезэховые камеры

Полностью безэховые камеры предназначены для поглощения энергии во всех направлениях. Для этого все поверхности, включая пол, нужно покрыть звукопоглощающим материалом. Сетчатая решетка обычно устанавливается над полом, чтобы обеспечить поверхность, по которой можно ходить и размещать оборудование. Этот сетчатый пол обычно размещается на том же уровне пола, что и остальная часть здания, то есть сама камера простирается ниже уровня пола. Этот сетчатый пол амортизируется и плавает на впитывающих буферах, чтобы изолировать его от внешней вибрации или электромагнитных сигналов.

Напротив, полубезэховые или полубезэховые камеры имеют твердый 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 безэховой среде. камера. Студии звукозаписи часто полубезэхичны.

Различие между «полубезэховым» и «полубезэховым» неясно. В некоторых случаях они являются синонимами или используется только один термин. Другие варианты использования различают один как имеющий идеально отражающий пол (создавая условия свободного поля с единственной отражающей поверхностью), а другой — как просто плоский необработанный пол. Есть и другие варианты использования, которые различают их по размеру и характеристикам: одно из них, вероятно, представляет собой существующее помещение, оборудованное акустической обработкой, а другое — специально построенное помещение, которое, вероятно, больше и имеет лучшие безэховые характеристики.

Кратер Халеакала (США)

На гавайском острове Мауи находится Национальный парк Халеакала, главная звезда которого — одноименный неактивный вулкан, возвышающийся на 3055 метров. Кратер щитового вулкана, который местные называют не иначе как «Дом солнца», популярен среди туристов. Отсюда любят наблюдать за восходом (что весьма символично), а заодно и за флорой-фауной, аналогов которым не найти во всем мире. Главное — что проделать все это можно в абсолютной тишине: по данным Службы национальных парков США, уровень шума внутри кратера составляет всего10 дБ (то есть примерно такой же, как и при ровном дыхании).

Акустические безэховые камеры: поглотители звука

В акустике безэховые камеры используются для имитации неограниченного пространства – эхо в них потеряно навсегда. К примеру, подобные камеры существуют на тульском заводе «Октава», где проводят испытания микрофонов. На предприятии существуют и совсем маленькие камеры для исследований миниатюрных электроакустических преобразователей и слуховых аппаратов. Например, для таких целей часто используется безэховая акустическая камера К-1 диаметром всего 70 см и высотой в один метр. Но чаще всего безэховая камера представляет собой целую комнату, все стены которой, включая пол и потолок, покрыты клиновидными шумоглушителями, или по-простому «пирамидками». Над шумоглушителями на полу натянута металлическая сетка, чтобы по ней можно было ходить.

Подобрать звукопоглощающий материал для акустической камеры – непростая задача. Чаще всего для этого используются пористые и волокнистые материалы, например, стекловолокно, шерсть, войлок, пена, минеральные ваты, пенополиэтилены и т.п. Для некоторых материалов, например, минеральных ват, большое значение имеет их высокая плотность от 120 кг/м³. Для других, например, вспененный полиэтилен – размер газовой ячейки. Длина и угол «пирамидки» вычисляются исходя из частоты исследуемого сигнала – чем ниже частота, тем она длиннее. Иногда высота «пирамидки» может достигать и нескольких метров. Безусловно, при такой геометрии теряется полезная площадь камеры, но точность испытаний повышается в разы. В советское время меломаны строили подобия акустических бехзэховых камер, оклеивая стены и потолок комнаты рельефными поддонами (лотками для яиц) из крафткартона. Пирамидальные выступы и впадины лотков позволяли достичь улучшения акустических характеристик помещения и небольшого снижения шума для соседей.

JoErNanO

Безэховые камеры по всему миру

Поскольку большинство безэховых камер являются частью лабораторий компаний / университетов, можно с уверенностью предположить, что они, как правило, не открыты для публики на регулярной основе. Тем не менее, также можно предположить, что эти объекты могут быть предоставлены в аренду другим компаниям / предприятиям / учреждениям.

Ниже приведен неполный список арендуемых безэховых камер по всему миру:

• На факультете мозговых наук в Калифорнийском университете в Лондоне есть безэховая камера, и на ее веб-сайте упоминается, что помещение можно арендовать для компаний и научных учреждений . На сайте также говорится, что вы можете попробовать связаться с Эндрю Кларком по адресу и попросить дополнительную информацию.

• На факультете гуманитарных наук и теологии в Лундском университете в Лунде, Швеция, есть безэховая камера, которую можно забронировать . Может ли он использоваться не членами университета Лунда, неясно с сайта. Тем не менее, вы можете связаться с их контент-менеджером: .

• Лаборатория акустики в Университете Солфорда, Манчестер, Великобритания, имеет безэховую камеру . Неясно, доступна ли камера для аренды, но вот список контактных лиц, с которыми вы можете связаться, чтобы спросить .

• В соответствии с статьей Би-би-си, датируемой 2012 годом , и ответом МаркМайо на связанный вопрос о TSE , безэховая камера в Орфилдской лаборатории в Миннеаполисе, штат Миннесота, США, организует несколько групповых туров в год. Би-би-си указывает диапазон цен 300-400 для тех компаний, которые арендуют безэховую камеру для тестирования продукта. На веб-сайте Orfield Lab упоминаются туры и цены (от 200 до 400 долларов). Любое бронирование должно быть сделано и оплачено за 2 недели. Кроме того, на сайте Orfield говорится:

• В центре межсвязи NTT (ICC) в Токио, Япония, в , 2005 и 2002 годах было проведено несколько экспозиций, на которых посетителям была предоставлена ​​установка безэховой камеры. Неясно, является ли безэховая камера открытой и доступной для посещения на сегодняшний день. Вы можете попробовать ICC по электронной почте на и спросить.

Если ничего не помогло, вы всегда можете совершить виртуальный тур по испытательному центру EMC RF Anechoic Test в Сиднее, Австралия .

Кроноцкий заповедник (Россия)

Один из старейших заповедников России раскинулся на Дальнем Востоке, занимая территорию более 1 га. Он состоит из тундры, гейзеров (тут есть своя «Долина смерти» с высокой концентрацией ядовитых газов), водопадов, термальных озер и 8 действующих вулканов. Заповедная зона практически недоступна для путешественников: туры организовываются лишь по запросам, а эксперты тщательно отслеживают воздействие незваных гостей на экосистему. В среднем побывать на девственных просторах в год удается 3000 человек. А потому это место считается одним из самых тихих на Земле: шум здесь издают лишь гейзеры и многочисленные обитатели вроде бурых медведей, вылавливающих лососевых рыб в потоках воды.

Дюны Келсо (США)

Северо-американская пустыня Мохаве не отличается габаритами, зато в ее сердце находятся дюны Келсо, высота которых местами достигает 200 метров. К ним запрещено подъезжать на автомобилях, над ними не летают самолеты, да и крики птиц редко разрывают тишину — в этом месте, наводившем страх на индейские племена, слышно пение песков. Дюны безостановочно перемещаются под воздействием ветра, меняя свои очертания и издавая низкочастотный гул, который сравнивают то с треском проводов, то с барабанной дробью. Уникальный акустический эффект создают частички песка, трущиеся друг о друга, но ученым так и не удалось установить, почему одни пустыни остаются «немыми», в то время как другие наделены голосами.

Описание патента на изобретение RU2606341C1

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к конструкциям безэховых камер (БЭК), предназначенных для измерения диаграмм эффективной площади рассеяния (ЭПР) радиолокационных целей.

Известна БЭК, которая выполнена в виде закрытого помещения, стены, пол и потолок которой имеют продольные гофры на боковых стенах и поперечные — на торцевых, которые облицованы радиопоглощающим материалом (РПМ) (М.Ю. Минцмахер, В.А. Торгованов. «Безэховые камеры СВЧ». М., «Радио и связь», 1982 г., стр. 40, рис. 2.5.). Гофры применены для уменьшения зеркальных отражений радиоволн от облученных радиоволнами стен БЭК.

Общим признаком аналога и изобретения является облицовка РПМ стен, пола и потолка БЭК.

У аналога зеркальное отражение радиоволн от торцевой стены БЭК зависит от значения коэффициента отражения РПМ, который имеет конечное значение, поэтому отражение радиоволн не может быть устранено.

Известна БЭК, принятая за прототип изобретения, которая выполнена в виде закрытого помещения, внутренние стены, пол и потолок которого плоские и облицованы РПМ (Патент РФ №2346365 на изобретение «Безэховая камера»). Поперечное сечение БЭК выполнено в форме параллелограмма, а продольное — в форме трапеции с горизонтальным основанием. БЭК вписана в прямоугольный параллелепипед.

Общими признаками прототипа и изобретения являются: облицовка РПМ стен, пола и потолка БЭК и наклон задней торцевой плоской стенки к продольной оси БЭК под углом.

У прототипа зеркальное отражение радиоволн от торцевой стены БЭК зависит от значения коэффициента отражения РПМ и параметров БЭК, поэтому не может быть устранено.

Технический результат изобретения — устранение зеркального отражения радиоволн от задней торцевой стены БЭК. Этот результат обеспечивается путем установления задней торцевой стены БЭК под углом β к ее продольной оси, равным (90°-θ), где θ угол Брюстера.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен осевой продольный разрез БЭК, где введены обозначения: 1 — задняя торцевая стена БЭК, облицованная РПМ; 2 — антенна для измерения ЭПР целей, установленная в окне передней торцевой стены БЭК; β — угол, под которым установлена задняя стена БЭК к ее продольной оси.

Предпосылки изобретения

Известно (А.Ф. Харвей. «Техника сверхвысоких частот». М., Советское радио, 1965 г., стр. 41-42), что на поверхности раздела между свободным пространством и диэлектриком имеет место как полное отражение, так и преломление. Если углы θ и φ соответствуют углам падения и преломления, то закон Снелля для волны, входящей в диэлектрик, записывается:

sinθ/sinφ=√ε,

где ε — относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика.

Отраженная волна распространяется всегда под углом — θ. Ее амплитуда для интересующего нас случая преломления в более плотной среде определяется коэффициентом Френеля, который равен:

ρ=(√ε⋅cosθ-cosφ)/(√ε⋅cosθ+cosφ)=tg(θ-φ)/tg(θ+φ),

когда электрическое поле волны параллельно плоскости падения. При (θ+φ)=90°, знаменатель в этом выражении становится бесконечно большим числом, а коэффициент отражения — равен нулю. Величина угла θ, при которой выполняется условие нулевого отражения, называется углом Брюстера, который равен arc tg√ε. Радиоволны, прошедшие через границу раздела воздух-диэлектрик, поглощаются РПМ.

Пример реализации изобретения

Например, для РПМ типа «Болото», выполненного из поролона, пропитанного сажей, ε=1,3, угол Брюстера θ равен 51°. Следовательно, задняя торцевая стена БЭК должна быть установлена под углом β=(90°-θ)=39° к продольной оси БЭК. В этом случае не будет отражения радиоволн от задней торцевой стены БЭК.

Радиочастотные безэховые камеры: поймать радиоволну

В радиочастотной безэховой камере все поверхности поглощают радиоволны. Такое помещение – одно из ключевых устройств, применяемых при определении электромагнитной совместимости технических средств. Если в быту последствия электромагнитной несовместимости чаще всего доставляют лишь досадные неудобства, когда включение того или иного электроприбора вызывает помехи в работе других, то в промышленном производстве электромагнитная несовместимость технических средств может обернуться настоящей катастрофой. С ужасом можно представить последствия отказа или сбоя электронной техники, к примеру, на атомной электростанции, химическом производстве или в электронных системах воздушного транспорта.

В основном, радиочастотные безэховые камеры используются для настроек антенной техники, при испытаниях радаров, систем радиоэлектронной борьбы. К примеру, в таких камерах на предприятиях КРЭТ испытывают новейшие самолетные радиолокационные станции с АФАР. Если измерять характеристики антенны в обычной комнате, то на результат будут влиять многочисленные переотражения от земли, стен, людей поблизости. Поэтому для проведения испытаний антенн используются радиочастотные безэховые камеры, где все поверхности покрыты радиопоглощающим материалом (РПМ), устраняющим этот эффект.

Бортовая радиолокационная станция с АФАР в безэховой камере на предприятии КРЭТ

Чтобы быть эффективным поглотителем, РПМ не должен быть ни хорошим проводником, ни электрическим изолятором. Материал должен быть чем-то средним, чтобы радиоволны проникали внутрь и затухали в нем. Типичная «пирамидка» в радиочастотной безэховой камере состоит из вспененного резиноподобного материала, содержащего точно подобранную смесь порошков графита и железа (на жаргоне радиоинженеров – «болото»).

В качестве РПМ в последнее время используются и плоские ферритовые плитки, покрывающие все внутренние поверхности камеры. Этот поглотитель занимает меньше места, чем «пирамидки», но более дорог и менее эффективен на высоких частотах.

Работа по созданию инновационных радиопоглощающих материалов для безэховых камер ведется на предприятиях Ростеха. Большое число камер, работающих на различных оборонных предприятиях, оснащены РПМ производства Центрального конструкторского бюро специальных радиоматериалов (ЦКБ РМ), которое входит в холдинг «Росэлектроника» Госкорпорации Ростех. ЦКБ РМ есть что предложить заказчикам. Кроме проверенных временем разработок, есть и новые, на которые относительно недавно получены патенты.

Еще одно предприятие «Росэлектроники» – Научно-исследовательский институт «Феррит-Домен» – на протяжении многих лет выполняет НИОКР по разработке покрытий и средств снижения заметности. Недавно при поддержке Минпромторга России Институт приступил к разработке первых отечественных инновационных радиопоглощающих материалов для безэховых камер. В рамках проекта будет разработано два типа высокотехнологичных радиопоглощающих покрытий – тонкопленочный материал и материал на основе феррита. Подобная продукция на сегодняшний день не производится в России.

Основное преимущество таких материалов – это, конечно, минимальные массогабаритные характеристики, толщина составляет всего несколько миллиметров. Тонкопленочный материал будет обладать поглощающими свойствами в диапазоне частот от 70 МГц до 45 ГГц, а материал на основе феррита обеспечит качественно новый уровень производства изделий для создания абсорбера в диапазоне от 30 МГц до 2 ГГц. Чтобы оценить, что это такое, можно привести пример: мобильный телефон работает на частотах, лежащих в диапазоне от 800 МГц до 2,5 ГГц, Wi-Fi имеет частоту около 2,4 ГГц. Новейшее оборудование работает на частотах 5 ГГц, а в связи с развитием сетей 5G есть потребность создавать антенны, работающие на частотах до 26 ГГц.

Как сообщили в НИИ «Феррит-Домен» серийное производство новых радиопоглощающих покрытий и поставка заказчикам намечена на январь 2025 года.

Марк Майо

Один журналист попытался исследовать это — и искусственные лаборатории, и природные пространства. Он подробно описывает это в своей книге « Ноль децибел», если вы хотите это прочитать.

Основные моменты в природе:

• Несколько лет назад Кампания по защите сельской Англии объявила место в Нортумберленде самым спокойным местом в стране (когда близлежащая военная база не проводит учений).

• В США существует 12 таких тихих мест, и больше таких можно найти по всему миру. Место в тропическом лесу Хо в Вашингтоне одно, как и места в Национальном парке Грасслендс в Канаде, в районе каноэ Границы Уотерс в Миннесоте и в Национальном парке Халеакала на Гавайях (см. Галерею). Другие, однако, он держит в тайне.

• С другой стороны, он определил тихое место в глубине эквадорского тропического леса ,

• он подозревает другие подобные места в Польше, Норвегии, Швеции и Финляндии

Недавно была создана карта США, чтобы показать тихие места в летний день. Так что это дает некоторое представление об уровне звука в США. Как и следовало ожидать — вдали от людей, городов и дикой природы, как правило, образуется тишина, хотя ветреные районы также влияют на это.

Помимо природы, он указывает на самые тихие места, построенные по индивидуальному заказу, такие как безэховая камера в лаборатории Орфилд в Миннесоте.

Туры в лабораторию :

ОБНОВИТЬ:

По состоянию на этот месяц Microsoft теперь официально держит мировой рекорд Гиннесса за самое тихое место на земле — внутри здания 87 в обширном кампусе Microsoft в Редмонде, штат Вашингтон .