ГОСТ Р 8.714-2010 Государственная система обеспечения единства измерений. Фильтры полосовые октавные и на доли октавы. Технические требования и методы испытаний

ГОСТ Р 8.714-2010
(МЭК 61260:1995)

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственная система обеспечения единства измерений

ФИЛЬТРЫ ПОЛОСОВЫЕ ОКТАВНЫЕ И НА ДОЛИ ОКТАВЫ

Технические требования и методы испытаний

State system for ensuring the uniformity of measurements. Octave-band and fractional-octave-band filters. Technical requirements and test methods

ОКС 17.220.20

Дата введения 2012-07-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" (ФГУП "ВНИИФТРИ") Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 206 "Эталоны и поверочные схемы"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 30 ноября 2010 г. N 771-ст

4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту МЭК 61260:1995* "Электроакустика. Фильтры полосовые октавные и на доли октавы" (IEC 61260:1995 "Electroacoustics - Octave-band and fractional-octave-band filters", MOD с дополнением Amendment 1:2001-09) путем внесения технических отклонений, объяснение которых представлено во введении к настоящему стандарту.

________________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - .

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).

Сведения о соответствии ссылочных национальных и межгосударственных стандартов международным стандартам, использованных в качестве ссылочных в примененном международном стандарте, приведены в дополнительном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Декабрь 2019 г.

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации"**. Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет ()

Введение

Настоящий стандарт имеет следующие отличия от примененного в нем международного стандарта МЭК 61260:1995 с учетом дополнений и изменений, изложенных в Дополнении 1:2001 к МЭК 61260:1995:

- в соответствии с требованиями ГОСТ Р 1.5-2004 и в связи с непринятием разработанного Международной организацией законодательной метрологии (МОЗМ) документа "Международный словарь по основным и общим терминам в метрологии" в качестве национального стандарта Российской Федерации этот документ перенесен из раздела нормативных ссылок в структурный элемент "Библиография". Международный стандарт МЭК 60050(801):1994 также перенесен из раздела нормативных ссылок в структурный элемент "Библиография". Международные стандарты ИСО 266:1975, МЭК 61672-1:2002, МЭК 61000-4-2:1995, МЭК 61000-4-3:1998, МЭК 61000-6-1:1997, МЭК 61000-6-2:2005, МЭК 61000-6-3:2006, СИСПР 16-1-1:2006, СИСПР 22:1997 заменены соответственно на модифицированные по отношению к ним ГОСТ 12090-80, ГОСТ Р 53188.1-2008, ГОСТ Р 51317.4.2-99, ГОСТ Р 51317.4.3-99, ГОСТ Р 51317.6.1-99, ГОСТ Р 51317.6.2-2007, ГОСТ Р 51317.6.3-2009, ГОСТ Р 51318.16.1.1-2007, ГОСТ Р 51318.22-2006;

- добавлен пункт 1.5, ограничивающий область распространения стандарта;

- в соответствии с требованиями ГОСТ Р 1.5-2004 обозначения величин приведены за наименованием термина в терминологической статье;

- ограничено применение октавного отношения частот с двоичным основанием для учета особенностей национальной экономики Российской Федерации;

- изменено определение термина 3.12 в связи с отсутствием аналога понятия в русском языке;

- из текста стандарта исключено примечание к пункту 3.12, не согласующееся с изменениями в определении термина 3.12;

- из текста стандарта (пункт 8.1.2) исключено положение, относящееся к приборам, выпущенным в обращение до введения в действие настоящего стандарта;

- из текста стандарта исключен пункт 8.1.3 как имеющий поясняющий характер;

- дополнения к международному стандарту МЭК 61260:1995 выделены двойной вертикальной линией, расположенной слева от текста;

- в рамку из одиночных линий заключено положение другого национального стандарта в соответствии с ГОСТ Р 1.5-2004;

- кроме того, изменены отдельные слова и добавлены фразы, более точно раскрывающие смысл некоторых положений настоящего стандарта. Указанные изменения выделены в тексте курсивом*.

_______________

* В оригинале обозначения и номера стандартов и нормативных документов в разделах "Предисловие", "Введение", 6 "Маркировка комплекта фильтров", сносках в разделе 2 "Нормативные ссылки" и приложении ДА приводятся обычным шрифтом, отмеченные в разделе "Предисловие" знаком "**" и остальные по тексту документа выделены курсивом. - .

1 Область применения

1.1 Настоящий стандарт распространяется на аналоговые, дискретные и цифровые полосовые фильтры, которые входят в состав комплекта фильтров или анализатора спектра [далее - (полосовые) фильтры], и устанавливает технические требования к полосовым фильтрам и методы их испытаний. Для всех фильтров с заданной полосой пропускания ширина полосы пропускания постоянна в процентном отношении к центральной частоте этой полосы (фильтры с постоянной относительной полосой пропускания). Комплект фильтров (прибор), удовлетворяющий требованиям настоящего стандарта, может содержать любое число полосовых фильтров, перекрывающих заданный частотный диапазон.

1.2 Технические требования настоящего стандарта распространяются на полосовые фильтры трех классов, обозначаемых как класс 0, класс 1 и класс 2. С увеличением номера класса предельные отклонения возрастают.

1.3 Полосовые фильтры, удовлетворяющие техническим требованиям настоящего стандарта, могут быть частью различных измерительных систем или неотъемлемой частью некоторого прибора и должны работать в режиме реального времени. Технические требования распространяются на любой выбранный изготовителем метод реализации фильтров.

1.4 Приборы, удовлетворяющие требованиям настоящего стандарта, способны выдавать отфильтрованную в частотных полосах спектральную информацию о самых разнообразных сигналах, например меняющихся во времени, пульсирующих и стационарных, широкополосных и тональных, большой и малой длительности. При измерениях нестационарных сигналов различные реализации фильтров, удовлетворяющих требованиям настоящего стандарта, могут давать различные результаты.

1.5 Стандарт не распространяется на корректирующие фильтры.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 53188.1 (МЭК 61672-1:2013) Шумомеры. Часть 1. Технические требования

ГОСТ 12090-80 Частоты для акустических измерений. Предпочтительные ряды

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты", за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 51317.4.2, ГОСТ Р 51317.4.3, ГОСТ Р 51317.6.1, ГОСТ Р 51317.6.2, ГОСТ Р 51317.6.3, а также следующие термины с соответствующими определениями:

Примечание - Определения дополнительных терминов, использованных в стандарте, даны в международных документах [1] и [2].

3.1 полосовой фильтр (bandpass filter): Фильтр с единственной полосой пропускания (или полосой пропускания с малым относительным затуханием), которая простирается от нижней граничной частоты, большей нуля, до конечной верхней граничной частоты.

3.2 октавное отношение; (octave ratio): Номинальное отношение частот 2:1.

Примечания

1 Настоящий стандарт допускает два варианта определения точного октавного отношения частот: с десятичным или двоичным основанием.

2 Для системы с десятичным основанием

. (1)

3 Для системы с двоичным основанием

. (2)

4 Для измерений следует использовать систему с десятичным основанием.

3.3 показатель ширины полосы; 1/b (bandwidth designator): Величина, обратная положительному целому числу, большему 1, используемая для обозначения доли октавной полосы.

Примечание - Для обозначения октавной полосы используется число b=1.

3.4 опорная частота; (reference frequency), Гц: Частота, равная 1000 Гц.

3.5 точная центральная частота (полосы пропускания); (exact midband frequency), Гц: Частота, заданная установленным соотношением к опорной частоте так, что отношение точных центральных частот полос пропускания двух соседних полосовых фильтров одинаково для всех фильтров набора с указанной шириной полосы.

Примечания

1 Если знаменатель показателя ширины полосы - нечетное число, то точную центральную частоту полосы пропускания любого фильтра в наборе вычисляют по формуле

. (3)

2 Если знаменатель показателя ширины полосы - четное число, то точную центральную частоту полосы пропускания любого фильтра в наборе вычисляют по формуле

, (4)

где - положительное, отрицательное целое число или нуль.

Все одного набора фильтров должны образовывать непрерывный ряд чисел.

3 При определении точной центральной частоты полосы пропускания фильтра по формуле (3) или (4) выходы нескольких фильтров с узкой полосой, составляющей малую долю октавы, допускается объединять для получения уровня в полосе более широкополосного фильтра, который имеет некоторую точную центральную частоту и граничные частоты.

4 В системе с десятичным основанием точные центральные частоты, лежащие в диапазоне частот 10:1, отличаются от точных центральных частот любого другого диапазона частот 10:1 только положением десятичной запятой. В системе с двоичным основанием точные центральные частоты уникальны и не повторяются.

5 Например, для третьоктавных фильтров точная центральная частота полосы пропускания с номинальной центральной частотой 5000 Гц равна 5011,872 Гц с точностью до третьего знака в системе с десятичным основанием и 5039,684 Гц в системе с двоичным основанием, причем различие составляет приблизительно 0,6%. При номинальной центральной частоте полосы пропускания 50000 Гц точная центральная частота равна 50118,723 Гц в системе с десятичным основанием и 50796,834 Гц в системе с двоичным основанием, и различие составляет приблизительно 1,4%.

6 Если знаменатель показателя ширины полосы - нечетное число, один из фильтров в наборе фильтров может иметь центральную частоту 1000 Гц. Если знаменатель ширины полосы - четное число, граничная частота одной пары соседних фильтров в наборе может равняться 1000 Гц, и поэтому ни один из фильтров не будет иметь центральную частоту равной 1000 Гц.

7 Точные центральные частоты полос пропускания в диапазоне звуковых частот для октавных и третьоктавных фильтров приведены в таблице А.1 (приложение А).

3.6 номинальные центральные частоты (полос пропускания) (nominal midband frequencies), Гц: Округленные точные центральные частоты полос пропускания, используемые для обозначения полосовых фильтров.

3.7 граничные частоты полосы; и (bandedge frequencies), Гц: Такие частоты нижней и верхней границ полосы пропускания полосового фильтра, что точная центральная частота представляет собой среднее геометрическое значение нижней и верхней граничных частот и , соответственно. Граничные частоты полосы пропускания вычисляют по формулам:

; (5)

, (6)

где - октавное отношение частот, вычисленное по формуле (1) в системе с десятичным основанием или по формуле (2) в системе с двоичным основанием;

- точная центральная частота полосы пропускания, вычисленная по формуле (3) или (4).

3.8 относительная частота; (normalized frequency): Для полосового фильтра - отношение частоты к точной центральной частоте полосы пропускания.

3.9 ширина полосы пропускания (filter bandwidth), Гц: Для данного фильтра - это разность между верхней граничной частотой полосы пропускания и соответствующей нижней граничной частотой полосы пропускания , которые вычислены по формулам (5) и (6).

3.10 октавный фильтр (octave-band filter): Полосовой фильтр, у которого номинальное отношение верхней граничной частоты полосы к нижней граничной частоте полосы равно двум.

3.11 фильтр на долю октавы (fractional-octave-band filter): Полосовой фильтр, у которого отношение верхней граничной частоты полосы к нижней граничной частоте полосы равно октавному отношению, возведенному в степень, равную используемому показателю ширины полосы.

Примечание - Отношение граничных частот полосы пропускания выражают как

. (7)

3.12 затухание фильтра; (filter attenuation), дБ: Для полосового фильтра на любой частоте - разность между уровнем среднеквадратичного значения синусоидального входного сигнала и уровнем среднеквадратичного значения выходного сигнала при условии, что оба уровня определяются относительно одного и того же значения исходной величины.

3.13 основное затухание; (reference attenuation) дБ: Для всех полосовых фильтров прибора - номинальное затухание фильтров в полосе пропускания, указанное изготовителем для определения относительного затухания.

3.14 относительное затухание; (relative attenuation), дБ: Для полосового фильтра на любой частоте - разность между затуханием фильтра и основным затуханием.

Примечание - На любой относительной частоте относительное затухание , дБ, вычисляют по формуле

, (8)

где - затухание фильтра на относительной частоте ;

- основное затухание.

Точные центральные частоты вычисляют по формуле (3) или (4).

3.15 относительная эффективная ширина полосы; (normalized effective bandwidth): Для синусоидальных входных сигналов постоянной амплитуды - это интеграл по относительной частоте от отношения квадрата среднеквадратичного значения сигнала, отображаемого устройством индикации на выходе комплекта фильтров, к квадрату среднеквадратичного значения входного сигнала, причем отношение квадратов сигналов нормируют путем умножения на постоянную величину, равную , где - основное затухание.

Примечание - Аналитическое выражение для относительной эффективной ширины полосы приведено в 4.5.2.

3.16 относительная опорная ширина полосы; (normalized reference bandwidth): Для полосового фильтра - это отношение ширины полосы фильтра к точной центральной частоте полосы.

Примечание - Относительную опорную ширину полосы вычисляют по формуле

. (9)

3.17 эффективный отклик фильтра; (filter integrated response), дБ: Величина, представляющая собой десять десятичных логарифмов отношения относительной эффективной ширины полосы к относительной опорной ширине полосы.

Примечание - Аналитическое выражение для приведено в 4.5.1.

3.18 опорный диапазон уровней (reference level range), дБ: Один из имеющихся диапазонов уровней, указанный изготовителем для испытания электрических характеристик.

3.19 опорный уровень входного сигнала (reference input signal level), дБ: Уровень входного сигнала, указанный изготовителем в опорном диапазоне уровней.

3.20 разность уровней (level difference), дБ: Для полосового фильтра в любом диапазоне уровней - это разность между уровнем выходного сигнала и уровнем входного сигнала плюс, если применимо, номинальное затухание, указанное на переключателе диапазонов.

3.21 опорная разность уровней (reference level difference), дБ: В опорном диапазоне уровней сигнала - это разность уровней для входного сигнала с соответствующим опорным уровнем входного сигнала и точной центральной частотой полосы пропускания.

3.22 погрешность линейности уровня (level linearity error), дБ: В любом диапазоне уровней сигнала - это разность уровней на точной центральной частоте полосы пропускания минус опорная разность уровней.

3.23 линейный рабочий диапазон (linear operating range), дБ: Для указанной ширины полосы фильтра и указанного диапазона уровней - это интервал уровней установившегося синусоидального сигнала, в котором погрешности линейности уровня находятся в указанных предельных отклонениях.

3.24 переключатель диапазонов (level range control): Устройство, предназначенное для настройки чувствительности прибора при изменениях уровней входного сигнала, обеспечивающее работу прибора в линейном рабочем диапазоне.

3.25 измерительный диапазон (measurement range), дБ: Для любой номинальной центральной частоты полосы - это верхняя граница уровней входного сигнала в линейном рабочем диапазоне в наименее чувствительном диапазоне уровней минус нижняя граница уровней входного сигнала в линейном рабочем диапазоне в наиболее чувствительном диапазоне уровней.

3.26 аналоговый фильтр (analogue filter): Фильтр, который непрерывно работает с входным сигналом для получения фильтрованного выходного сигнала.

3.27 дискретный фильтр (sampled-data filter): Фильтр, в котором происходит процесс обработки дискретных выборок входного сигнала для получения фильтрованного выходного сигнала.

3.28 цифровой фильтр (digital filter): Подмножество дискретных фильтров, которое использует оцифрованные выборки входных данных.

3.29 режим реального времени (real-time operation): Режим работы или способность системы, содержащей дискретные фильтры, выдавать уровни фильтрованного в полосе частот выходного сигнала, причем в среднем вычисления, проводимые над каждым дискретным отсчетом, осуществляются за интервал времени, меньший или равный интервалу дискретизации, так что все входные данные обрабатываются за интервал дискретизации и все отсчеты входного сигнала вносят одинаковый вклад в уровни результирующего фильтрованного выходного сигнала.

3.30 побочные частотные компоненты (aliased frequency components): Ложные частотные компоненты в выходном сигнале дискретного полосового фильтра, которые появляются, когда переменный во времени, но непрерывный входной сигнал подвергается дискретизации с частотой, слишком малой по сравнению с наиболее высокочастотной составляющей входного сигнала.

3.31 антиалайзинговый фильтр (anti-alias filter): Фильтр низких частот, уменьшающий вклад побочных частотных компонентов в выходном сигнале до пренебрежимо малых уровней.

4 Технические требования

4.1 Общие положения

Электрические характеристики, определенные в настоящем стандарте для октавных фильтров и фильтров на доли октавы, применимы при нормальных внешних условиях по 4.13.

Допускается использование любой реализации фильтра с октавным отношением как с десятичным, так и с двоичным основанием при условии, что полученный прибор удовлетворяет всем требованиям настоящего стандарта.

4.2 Номинальные центральные частоты

Октавные фильтры и фильтры на доли октавы следует идентифицировать или маркировать номинальными центральными частотами полос, которые представляют собой округленные определенным образом значения точных центральных частот полос. В приложении А указаны точные и номинальные центральные частоты полос для октавных и третьоктавных фильтров. Описана процедура определения номинальных центральных частот полос для фильтров на долю октавы с показателем ширины полосы от 1/4 до 1/24.

4.3 Основное затухание

Изготовитель должен указать основное затухание в полосе пропускания. Основное затухание должно быть одинаковым для всех фильтров, входящих в комплект фильтров.

4.4 Относительное затухание

4.4.1 Для октавных фильтров класса 0, 1 или 2 относительное затухание любого фильтра должно лежать в пределах, указанных в таблице 1, в которой приведены минимальные и максимальные пределы затухания при указанных значениях относительной частоты октавной полосы .

4.4.2 Для фильтров на долю октавы с показателем ширины полосы на высоких частотах относительную частоту полосы на долю октавы , соответствующую указанному пределу относительного затухания для данного класса точности, вычисляют по формуле

. (10)

На низких частотах 1 относительную частоту полосы на долю октавы вычисляют по формуле

(11)

для тех же пределов относительного затухания.

Примечание - В приложении В приведен пример вычисления относительной частоты для контрольных точек минимального и максимального пределов относительного затухания для третьоктавных фильтров.

4.4.3 Предел относительного затухания на относительной частоте , лежащей между относительными частотами и , которые приведены в таблице 1 для октавных фильтров или вычислены по формуле (10) или (11) для фильтров на долю октавы, вычисляют путем линейной интерполяции по формуле

, (12)

где - предел относительного затухания на относительной частоте ;

- предел относительного затухания на относительной частоте .

Таблица 1 - Пределы относительного затухания для октавных фильтров

4.4.4 На рисунке 1 показаны минимальный и максимальный пределы относительного затухания для октавного фильтра. Рисунок показывает, что минимальный и максимальный пределы относительного затухания имеют разрывы на граничных частотах полосы и что пределы относительного затухания изменяются линейно между контрольными точками относительной частоты, значения которых приведены в таблице 1.

Рисунок 1 - Минимальный и максимальный пределы относительного затухания для октавного фильтра класса 1

4.5 Эффективный отклик фильтра

4.5.1 Для полосового фильтра эффективный отклик , дБ, вычисляют по формуле

, (13)

где - относительная эффективная ширина полосы;

- относительная опорная ширина полосы по формуле (9) для той же центральной частоты полосы.

4.5.2 Для любого фильтра с точной центральной частотой относительная эффективная ширина полосы

, (14)

где - непрерывная зависимость относительного затухания в децибелах.

На практике интеграл в формуле (14) вычисляют численными методами, см. 5.4.

4.5.3 Для каждого полосового фильтра, входящего в состав прибора, эффективный отклик фильтра не должен превышать ±0,15; ±0,3 и ±0,5 дБ для приборов классов 0, 1 и 2 соответственно.

4.6 Линейный рабочий диапазон

4.6.1 Для фильтров с любой шириной полосы и для линейной частотной характеристики, если таковая имеется, и для каждого диапазона уровней погрешность линейности уровня в линейном рабочем диапазоне не должна превышать ±0,3; ±0,4 и ±0,5 дБ в линейных рабочих диапазонах 60, 50 и 40 дБ для фильтров классов 0, 1 и 2 соответственно.

4.6.2 Диапазоны уровней, если их больше одного, должны перекрываться так, чтобы линейные рабочие диапазоны перекрывались не менее чем на 40 дБ для фильтров классов 0 и 1 и не менее чем на 30 дБ - для фильтров класса 2.

4.6.3 У фильтров, имеющих более одного диапазона уровней, допускается уменьшать линейный рабочий диапазон в наиболее чувствительном диапазоне уровней, если этот диапазон не является опорным.

4.6.4 Для фильтров, у которых дисплей представляет собой неотъемлемую часть, или в случае, если выходной уровень фильтра передается на внешний дисплей или другое устройство и диапазон дисплея превышает линейный рабочий диапазон, изготовитель должен указать допустимые значения нелинейности вне линейного рабочего диапазона.

4.7 Работа в режиме реального времени

Изготовитель должен установить показатели ширины полосы и соответствующие частотные диапазоны, в которых уровень выходного сигнала при подаче входного сигнала постоянной амплитуды с частотой, логарифм которой изменяется с постоянной скоростью, находится в пределах ±0,3 дБ от теоретического значения уровня выходного сигнала для приборов классов 0 и 1 и в пределах ±0,5 дБ - для приборов класса 2. Формула для вычисления теоретического значения уровня выходного сигнала при подаче входного синусоидального сигнала постоянной амплитуды с развертывающейся частотой приведена в 5.6.

4.8 Антиалайзинговый фильтр

Изготовитель должен включать аналоговые или цифровые антиалайзинговые фильтры в состав систем с дискретными или цифровыми фильтрами. Антиалайзинговые фильтры должны уменьшать влияние входного сигнала на процесс дискретизации, приводящее к образованию побочных низкочастотных составляющих входного сигнала, в результате чего относительное затухание фильтра становится меньше наибольшего значения применимого минимального предела, указанного в таблице 1.

4.9 Суммирование выходных сигналов

Для синусоидального входного сигнала любой частоты, лежащей между центральными частотами двух соседних октавных фильтров или фильтров на долю октавы, разность между (а) уровнем входного сигнала минус основное затухание и () уровнем суммы квадратов среднеквадратичных значений выходного сигнала различных фильтров с данным показателем ширины полосы должна быть в пределах ±1,0 дБ для приборов класса 0, от 1,0 до минус 2,0 дБ - для приборов класса 1 и от 2,0 до минус 4,0 дБ - для приборов класса 2.

4.10 Линейная частотная характеристика

Если прибор имеет линейную частотную характеристику (т.е. частотно-независимую), изготовитель должен указать диапазон частот, в котором относительное затухание характеристики находится в пределах ±0,15, ±0,3 и ±0,5 дБ от относительного затухания на опорной частоте для приборов классов 0, 1 и 2 соответственно. Основное затухание при измерениях относительного затухания линейной частотной характеристики - то же, что и для относительного затухания полосового фильтра.

4.11 Максимальный входной сигнал

Изготовитель должен указать максимальное среднеквадратичное значение синусоидального входного сигнала для каждого диапазона уровней, при котором каждый фильтр в приборе удовлетворяет требованиям настоящего стандарта.

4.12 Шунтирующие сопротивления

Изготовитель должен указать входные и выходные шунтирующие сопротивления, если они необходимы для обеспечения правильной работы прибора.

4.13 Нормальные внешние условия

Нормальные внешние условия: температура воздуха 20°С, относительная влажность воздуха 65%, атмосферное давление 101,3 кПа.

4.14 Влияние внешних условий

4.14.1 Температура воздуха

Как минимум, в интервале температур от 0°С до 50°С относительное затухание любого фильтра в составе прибора на номинальной центральной частоте не должно отклоняться от относительного затухания на той же частоте при нормальных внешних условиях более чем на ±0,15, ±0,3 и ±0,5 дБ для фильтров классов 0, 1 и 2 соответственно.

4.14.2 Относительная влажность воздуха

Изготовитель должен указать интервал относительной влажности при соответствующей температуре воздуха, в котором прибор может непрерывно работать. После 24-часового пребывания во влажной атмосфере с относительной влажностью 75% при температуре воздуха 40°С при отсутствии конденсата на внутренних частях испытуемого прибора относительное затухание любого фильтра в составе прибора на номинальной центральной частоте не должно отклоняться от относительного затухания на той же частоте при нормальных внешних условиях более чем на ±0,15, ±0,3 и ±0,5 дБ для фильтров классов 0, 1 и 2 соответственно.

4.15 Проверка питания

При питании прибора от батарей изготовитель должен предоставить средства проверки того, что на момент проверки питание прибора обеспечивает его работу в соответствии со всеми требованиями настоящего стандарта.

5 Методы испытаний

5.1 Общие положения

В настоящем разделе описаны методы испытаний комплекта фильтров, которые должны быть проведены как при испытаниях для целей утверждения типа, так и при поверке для установления соответствия комплекта фильтров требованиям раздела 4. Изготовитель может предложить эквивалентные методы испытаний для подтверждения соответствия требованиям настоящего стандарта взамен методов, описанных в разделе 5. В приложении С перечислены испытания, которые должны быть проведены при испытаниях для целей утверждения типа и при поверке.

Все результаты испытаний должны относиться к нормальным внешним условиям по 4.13. До начала любых испытаний прибор необходимо подсоединить к источнику питания, включить его и дать проработать в течение указанного изготовителем времени.

5.2 Испытательное оборудование

5.2.1 Для проведения испытаний на соответствие требованиям раздела 4, кроме испытаний частотного диапазона работы в режиме реального времени, используют установившиеся синусоидальные сигналы с различной частотой и амплитудой. Для испытаний частотных диапазонов работы в режиме реального времени следует использовать синусоидальный сигнал постоянной амплитуды, частота которого изменяется (развертывается) по логарифмическому закону. Может быть использован один или несколько генераторов сигнала для подачи синусоидальных сигналов в диапазоне частот, необходимом для измерения относительного затухания всех фильтров в составе испытуемого прибора с любой шириной полосы пропускания и с любым показателем ширины полосы.

Примечание - Интервал между частотами, на которых выполняют измерения, вычисляют по формуле (15).

5.2.2 На любой частоте полные нелинейные искажения установившегося синусоидального сигнала, включая негармонические компоненты, на выходе генератора не должны превышать 0,01% максимального уровня сигнала, используемого в испытаниях. Частота синусоидального испытательного сигнала не должна отличаться от требуемой частоты более чем на 0,01%.

5.2.3 Уровень установившихся испытательных синусоидальных сигналов должен изменяться в диапазоне не менее 80 дБ.

5.2.4 Если полосовые фильтры предназначены для работы с прибором, удовлетворяющим требованиям ГОСТ Р 53188.1, то для измерения уровня выходного сигнала фильтров следует использовать индикатор этого прибора.

5.2.5 Для комплектов фильтров с цифровым индикаторным устройством или с выходом, который имеет определенный изготовителем цифровой формат (например, подключаемым к цифровому интерфейсу), уровень выходного сигнала следует определять по цифровому индикаторному устройству или считыванием цифрового выхода с помощью надлежащего регистрирующего устройства.

5.2.6 Для испытаний работы в режиме реального времени должен быть известен выходной уровень сигнала генератора с развертывающейся частотой и этот уровень должен быть в пределах ±0,1 дБ от номинального уровня сигнала в частотном диапазоне, покрывающем выбранный диапазон номинальных центральных частот. Для каждого соотношения частот 10:1 в диапазоне развертки частоты логарифмическая скорость изменения частоты сигнала должна оставаться постоянной в пределах ±1% номинальной.

5.3 Относительное затухание

5.3.1 Относительное затухание каждого фильтра из комплекта фильтров должно быть измерено в опорном диапазоне уровней. Уровень входных сигналов должен лежать в пределах 1 дБ от верхней границы линейного рабочего диапазона.

5.3.2 При необходимости вход и выход прибора шунтируют сопротивлениями, указанными изготовителем, после чего на вход комплекта фильтров подают синусоидальный сигнал. Измеряют уровни входного и выходного сигналов на заданных частотах.

5.3.3 При проведении испытаний фильтра, когда установка частоты сигнала (и измерения уровней входного и выходного сигналов) проводится автоматически с помощью программируемого устройства, частоты синусоидальных сигналов рекомендуется устанавливать с постоянным шагом по логарифмической шкале, начало которой соответствует точной центральной частоте. Если - число частот на ширину полосы пропускания фильтра, то относительную частоту -го сигнала вычисляют по формуле

, (15)

где - положительное или отрицательное целое число, включая нуль.

Число частот на ширину полосы пропускания фильтра должно быть не менее 24. Число частот на ширину полосы пропускания фильтра должно быть более 24, если скорость изменения относительного затухания с частотой велика. Число частот на ширину полосы пропускания необходимо увеличивать с шагом 12, пока рассчитанный эффективный отклик фильтра не перестанет зависеть от в пределах десятой доли децибела.

5.3.4 Относительное затухание на любой частоте вычисляют по формуле (8).

5.3.5 При определении соответствия относительного затухания требованиям 4.4 при поверке допускается уменьшать число относительных частот до 17 для одного фильтра. Относительные частоты должны соответствовать относительным частотам по таблице 1. Частоты сигналов для фильтров на долю октавы при поверке следует вычислять по формулам (10) и (11) для используемого основания системы определения точного октавного отношения частот и соответствующего показателя ширины полосы. Допускается проводить поверку от частоты, в четыре раза меньшей точной центральной частоты самого низкочастотного фильтра из набора, до частоты, в четыре раза превышающей точную центральную частоту самого высокочастотного фильтра из набора.

5.4 Эффективный отклик фильтра

5.4.1 Эффективный отклик фильтра вычисляют по формуле (13) на основе численного метода вычисления интегрального выражения в формуле (14) для относительной эффективной ширины полосы. Относительное затухание измеряют согласно 5.3.

5.4.2 Для каждого фильтра из комплекта фильтров численное интегрирование в формуле (14) выполняют по правилу трапеций для суммирования элементарных площадей в соответствии с формулой

, (16)

где - относительное затухание, дБ, измеренное на -й относительной частоте;

- должно быть более или равно 120 для любой ширины полосы и любого класса фильтра.

5.5 Линейный рабочий диапазон

5.5.1 Линейность отклика фильтра на изменение уровня сигнала на входе следует испытывать установившимся синусоидальным сигналом. Линейный рабочий диапазон должен быть измерен, по крайней мере, для фильтров с наименьшей и наибольшей номинальными центральными частотами для каждой ширины полосы, для которой заявлено соответствие требованиям настоящего стандарта, и для линейной частотной характеристики, если таковая имеется, по крайней мере, для верхней и нижней частот линейной частотной характеристики, указанных изготовителем.

5.5.2 Для каждой частоты погрешность линейности уровня в любом диапазоне уровней следует измерять согласно определению 3.22 с шагом по уровню входного сигнала не более 5 дБ. Разность между уровнями входного сигнала должна быть уменьшена до 1 дБ при определении нижней и верхней границ линейного рабочего диапазона.

5.5.3 Время усреднения при измерениях должно быть достаточно большим для получения стабильных показаний с учетом влияния собственных шумов при низких уровнях входного сигнала.

5.5.4 Если это рекомендовано изготовителем, соответствие требованиям 4.6.4 к линейному рабочему диапазону следует проверять с использованием входного сигнала, состоящего из двух синусоидальных сигналов, один из которых испытательный, а другой - вспомогательный. Уровень вспомогательного сигнала устанавливают постоянным и на 20 дБ меньшим верхней границы линейного рабочего диапазона. Частота вспомогательного сигнала должна быть больше или меньше частоты испытательного сигнала и должна лежать в диапазоне частот, где минимальный предел относительного затухания фильтра согласно 4.4 имеет наибольшее значение.

5.6 Работа в режиме реального времени

5.6.1 Частотный диапазон, в котором фильтр работает в режиме реального времени, определяют с помощью сигнала с развертывающейся частотой.

5.6.2 Средний по времени или эквивалентный непрерывный уровень выходного сигнала , отображаемый индикаторным устройством на выходе прибора, должен быть одинаковым для всех фильтров при подаче на вход синусоидального сигнала постоянной амплитуды, логарифм частоты которого изменяется с постоянной скоростью и охватывает частотный диапазон всех фильтров с заданным показателем ширины полосы.

5.6.3 Для указанного синусоидального входного сигнала с развертывающейся частотой теоретический уровень среднего по времени выходного сигнала , дБ, который отображался бы на выходе при относительном затухании, равном основному затуханию, и бесконечно большом затухании вне полосы пропускания, вычисляют по формуле

, (17)

где - измеренный средний по времени уровень входного сигнала с постоянной амплитудой;

- время, необходимое для развертывания частоты с логарифмической скоростью от начальной частоты до конечной частоты ;

и - граничные частоты полосы;

- время усреднения, выбранное для измерения уровня выходного сигнала .

Примечание - В формуле (17) равен 3/(10) в системе с десятичным основанием и 1/(2) - в системе с двоичным основанием.

5.6.4 Разность между измеренным средним по времени уровнем выходного сигнала и соответствующим значением теоретического уровня среднего по времени выходного сигнала и измеренным значением эффективного отклика фильтра вычисляют по формуле

. (18)

5.6.5 Испытания работы в режиме реального времени следует выполнять в опорном диапазоне уровней. Уровень входных сигналов должен быть на 3 дБ меньше верхней границы линейного рабочего диапазона в опорном диапазоне уровней. Логарифмическая скорость развертывания частоты должна быть достаточно малой, чтобы можно было достоверно измерить относительное затухание в полосах пропускания фильтров в соответствии с шириной полосы. Начальная частота развертки должна приблизительно быть равной половине наименьшей номинальной центральной частоты фильтра с данной шириной полосы. Конечная частота развертки должна быть приблизительно вдвое больше соответствующей наибольшей номинальной центральной частоты. Время усреднения должно превышать общее время развертки по крайней мере на 5 с.

Примечания

1 Логарифмическую скорость развертки в декадах в секунду выражают как

,

где - конечная частота развертки;

- начальная частота развертки;

- время развертки в секундах.

2 Скорость развертки не должна превышать 0,5 декады в секунду (или 1,6 октавы в секунду).

5.6.6 В течение 3 с после начала периода усреднения по времени необходимо запустить развертку и один раз развернуть частоту в диапазоне от до . Средние по времени уровни выходного сигнала необходимо измерить и сравнить с вычисленным по формуле (18) уровнем выходного сигнала. Для любой реализованной в приборе ширины полосы пропускания верхняя и нижняя границы частотного диапазона работы в режиме реального времени лежат между номинальными центральными частотами полос пропускания, в которых абсолютное значение разности впервые превышает применимые пределы, указанные в 4.7.

5.7 Антиалайзинговые фильтры

5.7.1 Для дискретных фильтров должны быть проведены испытания способности антиалайзинговых фильтров в достаточной мере подавлять нежелательные спектральные составляющие во входном сигнале. Для этого на вход подают установившийся синусоидальный сигнал. Уровень входного сигнала должен быть равен верхней границе линейного рабочего диапазона в опорном диапазоне уровней.

5.7.2 Для каждого показателя ширины полосы фильтров, имеющихся в приборе, частоты входного сигнала должны быть равны используемой частоте дискретизации минус номинальные центральные частоты по крайней мере одного фильтра в каждом из диапазонов частот, относящихся как 1:10, из полного диапазона частот для данного показателя ширины полосы. Например, для диапазона номинальных центральных частот от 20 Гц до 20 кГц необходимо выбрать одну номинальную центральную частоту в диапазоне от 20 до 200 Гц, одну частоту - в диапазоне от 200 Гц до 2 кГц и одну частоту - в диапазоне от 2 до 20 кГц.

5.7.3 Для каждой частоты уровень выходного сигнала не должен превышать уровня входного сигнала минус соответствующее классу фильтра наибольшее значение минимального предела относительного затухания из таблицы 1.

5.8 Суммирование выходных сигналов

5.8.1 Обозначают какой-либо фильтр из набора фильтров, и - соседние фильтры с центральными частотами, меньшими и большими, чем y -го фильтра. Обозначают , и измеренное относительное затухание этих трех фильтров на любой частоте испытательного сигнала.

5.8.2 Полагают равным количеству частот на ширину полосы пропускания фильтра, которое было определено в ходе испытаний относительного затухания согласно требованиям 5.3. Полагают равным наибольшему целому, меньшему или равному , и - любое целое число между минус и плюс , используемое для определения частоты при измерениях относительного затухания по формуле (15).

5.8.3 На любой частоте между нижней и верхней граничными частотами полосы -го фильтра с точным значением центральной частоты полосы разность , дБ, между уровнем входного сигнала минус основное затухание и уровнем суммарного выходного сигнала вычисляют по формуле

, (19)

где - относительное затухание, измеренное на относительной частоте ;

- относительное затухание, измеренное на относительной частоте ;

- относительное затухание, измеренное на относительной частоте .

5.8.4 Испытания выполняют от наименьшей точной центральной частоты до наибольшей точной центральной частоты набора фильтров.

5.8.5 Для любой имеющейся в приборе ширины полосы разность , вычисленная по формуле (19), должна лежать в пределах допусков, указанных в 4.9, для любой частоты испытательного сигнала между любыми двумя точными центральными частотами октавных фильтров или фильтров на доли октавы.

5.9 Линейная частотная характеристика

Если в комплекте фильтров имеется линейная частотная характеристика, то необходимо проверить границы частотного диапазона, в котором значения относительного затухания находятся в пределах, указанных в 4.10. Для этого на вход подают синусоидальные сигналы с постоянной амплитудой и измеряют уровни выходных сигналов. Уровень входных сигналов должен быть равен опорному уровню входного сигнала в опорном диапазоне уровней. Частоты сигналов должны включать в себя заявленные изготовителем нижнюю и верхнюю границы линейной частотной характеристики и номинальные центральные частоты октавных фильтров, попадающие в интервал от нижней до верхней границы линейной частотной характеристики.

5.10 Влияние внешних условий

Следует провести испытания, подтверждающие, что фильтр удовлетворяет требованиям к влиянию температуры в интервале температур воздуха по 4.14.1 и влиянию относительной влажности по 4.14.2. При температурных испытаниях время пребывания при каждом значении температуры воздуха должно быть достаточным для установления равновесия с температурой окружающего воздуха.

6 Маркировка комплекта фильтров

Комплект фильтров, полностью удовлетворяющий требованиям настоящего стандарта, маркируют как "YYY фильтры, класс X, ГОСТ Р 8.714-2010", где YYY - обозначение ширины полосы, например "октавный", X - 0, 1 или 2. Маркировка комплекта фильтров должна также содержать наименование изготовителя, модель и серийный номер (если это возможно).

7 Руководство по эксплуатации

Руководство по эксплуатации комплекта фильтров должно содержать, помимо прочего, следующую информацию:

a) указание, что все фильтры каждой ширины полосы, которые реализованы в каждом измерительном канале комплекта фильтров (если имеется более одного канала), соответствуют требованиям настоящего стандарта в пределах погрешностей, определяемых классом точности;

b) описание аналитического метода, выбранного для построения фильтров;

c) для цифровых и дискретных фильтров - частоту или частоты дискретизации, используемые различными фильтрами;

d) для каждого измерительного канала - список номинальных центральных частот всех фильтров для каждой ширины полосы в соответствии с указаниями приложения А;

e) указание, какая система - с двоичным или с десятичным основанием - была выбрана для определения точного октавного отношения частот;

f) опорный диапазон уровней;

g) опорный уровень входного сигнала;

h) основное затухание;

i) линейный рабочий диапазон и допустимые значения нелинейности (максимальные погрешности линейности уровня) отображаемых уровней выходного сигнала, лежащих вне линейного рабочего диапазона;

j) для каждого диапазона уровней - рекомендации по использованию прибора, при котором обеспечивается проведение измерений в границах линейного рабочего диапазона;

k) для каждого реализованного в приборе показателя ширины полосы - частотный диапазон, в котором прибор работает в режиме реального времени, и другую информацию, касающуюся спектрального анализа в реальном масштабе времени переходных и изменяющихся во времени сигналов;

I) частотный диапазон линейной частотной характеристики, если имеется;

m) максимальное среднеквадратичное значение синусоидального входного сигнала на любой частоте в пределах частотного диапазона прибора для каждого диапазона уровней;

n) если необходимо - активную и реактивную составляющие шунтирующих сопротивлений, которые требуется установить на входе и на выходе прибора;

о) температурный диапазон и соответствующее время пребывания, при превышении которого прибор выходит из строя;

р) ограничения по использованию прибора вблизи источников переменных магнитных полей;

q) ограничения по использованию прибора вблизи источников электростатического разряда, особенно при низкой влажности воздуха;

r) ограничения по использованию прибора вблизи источников радиочастотных электромагнитных полей;

s) при питании от батарей - рекомендованные средства проверки того, что питание, обеспечиваемое батареями на момент проверки, достаточно для работы прибора в пределах всех допусков;

t) если фильтр предназначен для работы совместно с шумомером или аналогичным прибором, то необходимо указать конкретный тип прибора;

u) максимальное время после включения прибора, который находился при определенной температуре воздуха в течение времени, достаточного для достижения равновесия с температурой окружающего воздуха, по прошествии которого при любой допустимой температуре воздуха с помощью прибора могут быть проведены измерения и он будет соответствовать требованиям настоящего стандарта;

v) любую дополнительную информацию, которая необходима для проведения испытаний в целях подтверждения, что фильтр удовлетворяет требованиям настоящего стандарта в пределах допусков, или использования прибора для получения отфильтрованных в полосе частот уровней выходного сигнала в пределах допусков, определяемых классом прибора;

Приложение А
(справочное)

Центральные частоты

А.1 Точные и номинальные центральные частоты полос пропускания октавных и третьоктавных фильтров указаны в таблице А.1. Точные центральные частоты вычислены по формуле (3) и округлены до пяти значащих цифр. Неокругленные значения помечены символом "+".

А.2 Для любого точного октавного отношения по 3.2 и для показателя ширины полосы от 1/4 до 1/24 включительно точные центральные частоты следует вычислять по формуле (3) или (4) в зависимости от того, что применимо.

А.3 Если старшая цифра (т.е. крайняя слева) точной центральной частоты - от 1 до 4 включительно, значение номинальной центральной частоты следует округлить до трех значащих цифр.

А.4 Если старшая цифра точной центральной частоты - от 5 до 9 включительно, значение номинальной центральной частоты следует округлить до двух значащих цифр.

Например, для системы с десятичным основанием , 1/24 и -111 точная центральная частота, вычисленная по формуле (4) и округленная до пяти значащих цифр, равна 41,567 Гц. Соответствующая номинальная центральная частота равна 41,6 Гц. Для +75 точная центральная частота, округленная до пяти значащих цифр, равна 8785,2 Гц, а соответствующая номинальная центральная частота равна 8800 Гц.

А.5 Если знаменатель показателя ширины полосы больше 24, следует увеличить число значащих цифр, чтобы получить отличающиеся значения для номинальных центральных частот при любом отношении частот, кратном десяти.

Таблица А.1 - Центральные частоты полос пропускания октавных и третьоктавных фильтров в диапазоне слышимых частот

Приложение В
(справочное)

Относительные частоты точек излома кривых минимального и максимального пределов относительного затухания третьоктавных фильтров

В.1 В настоящем приложении приведен пример вычисления относительных частот для максимальных и минимальных пределов относительного затухания третьоктавных фильтров, т.е. для 1/3.

В.2 Принято . В соответствии с формулой (10) общее выражение для высокочастотной точки излома кривой

.

В.3 Для системы с десятичным основанием

.

В.4 Для системы с двоичным основанием 2

.

В.5 В соответствии с формулой (11) низкочастотные точки излома кривой следующие:

0,97402 для системы с десятичным основанием

и

0,97394 для системы с двоичным основанием.

В.6 Относительные частоты, указанные в таблице В.1 для третьоктавных фильтров, получены подстановкой в формулы (10) и (11) значений относительных частот октавной полосы из таблицы 1.

Таблица В.1 - Пределы относительного затухания для третьоктавных фильтров

Приложение С
(справочное)

Рекомендации по проверке электрических характеристик полосовых фильтров

Таблица С.1

Приложение ДА
(справочное)

Сведения о соответствии ссылочных национальных и межгосударственных стандартов международным стандартам, использованным в качестве ссылочных в примененном международном стандарте

Таблица ДА.1

Библиография

Электронный текст документа

и сверен по:

, 2019