Определение массы груза. Прямой способ определения массы груза Какие существуют способы определения массы перевозимого груза

Методы измерения масс грузов изложены в ГОСТ 8.424-81, ГОСТ 8.484-83. Рассмотрим некоторые из них.

Определение массы грузов при статическом взвешивании груженого и порожнего вагонов, автомобиля, прицепа или полуприцепа с расцепкой

Массу груза «нетто» Мн находят как Мн = Мб — Мт, где Мб - масса «брутто» груженого автомобиля, вагона, прицепа, полуприцепа; Мт - масса порожнего автомобиля, вагона, прицепа, полуприцепа. Значения погрешности определения Мн принимают по таблице 1

Таблица 1. Предельные погрешности определения значения Мн на автомобильных весах

В зависимости от цены деления весов, от значений Мт, Мб, Мн для автомобилей, прицепов, полуприцепов и по таблице 2 для вагонов.

Таблица 2. Предельные погрешности определения значения Мн на вагонных весах

С расцепкой при загрузке на весах

Порожний вагон, автомобиль, прицеп или полуприцеп помещают на платформу весов. Массу Мт компенсируют, после чего загружают их и измеряют массу Мн. Предельные погрешности измерения массы груза Мн в зависимости от цены деления весов, значений Мн и Мб для автомобильных весов приведены в таблице 3,

Таблица 3. Предельные погрешности определения значения Мн при загрузке на автомобильных весах

а для вагонных весов - и таблице 4.

4. Предельные погрешности определения значения Мн при загрузке на вагонных весах

Взвешивание без расцепки

Массу Мн находят как Мн = Мб - Мт.

Значения Мб и Мт определяют при непосредственном измерении. Предельные погрешности измерения масс Мн в зависимости от цены деления весов и значений масс Мн, Мб, Мт определяют для автомобильных весов по таблице 5, а для вагонных - по таблице 6 (ниже).

Без расцепки при загрузке на весах

Порожний автомобиль, прицеп, полуприцеп устанавливают на платформу весов, затем массу Мт компенсируют с помощью устройства для компенсации тары. После этого загружают их и измеряют массу груза Мн. Предельные погрешности измерения масс Мн в зависимости от цены деления весов, значений масс Мн, Мб для автомобильных весов приведены в таблице 7.

Взвешивание груженого вагона с расцепкой

Массу груза находят как Мн = Мб — Мт где Мт - масса, указанная на трафарете вагона. Предельные погрешности в зависимости от загрузки вагона при ценах деления весов 50… 100 кг определяют исходя из графиков (рис. 1).

Взвешивание груженого вагона без расцепки

Выполняют аналогично тому, как это указано в пункте 5, используя при этом графики (рис. 1). Сказанное справедливо для составов с числом вагонов, не превышающим 25.

Таблица 5. Предельные погрешности определения значения Мн на автомобильных весах при взвешивании без расцепки

Для определения массы груза (поднимаемого или переносимого работником на протяжении смены, постоянно или при чередовании с другой работой) его взвешивают на товарных весах. Регистрируется только максимальная величина. Массу груза можно также определить по документам.

Пример 1. Рассмотрим предыдущий пример 2 пункта 1. Масса поднимаемого груза - 21 кг, груз поднимали 150 раз за смену, т.е. это часто поднимаемый груз (более 16 раз за смену) (75 ящиков, каждый поднимался 2 раза), следовательно, по этому показателю работу следует отнести к классу 3.2.

Для определения суммарной массы груза, перемещаемого в течение каждого часа смены, вес всех грузов за смену суммируется. Независимо от фактической длительности смены суммарную массу груза за смену делят на 8, исходя из 8-часовой рабочей смены.

В случаях, когда перемещения груза вручную происходят как с рабочей поверхности, так и с пола, показатели следует суммировать. Если с рабочей поверхности перемещался больший груз, чем с пола, то полученную величину следует сопоставлять именно с этим показателем, а если наибольшее перемещение производилось с пола, то - с показателем суммарной массы груза в час при перемещении с пола. Если с рабочей поверхности и с пола перемещается равный груз, то суммарную массу груза сопоставляют с показателем перемещения с пола (примеры 2 и 3).

Пример 2. Рассмотрим пример 1 пункта 1. Масса груза 2,5 кг, следовательно, в соответствии с табл. 17 Руководства (п. 2.2) тяжесть труда по данному показателю относится к 1 классу. За смену рабочий поднимает 1200 деталей, по 2 раза каждую. В час он перемещает 150 деталей (1200 деталей: 8 часов). Каждую деталь рабочий берет в руки 2 раза, следовательно, суммарная масса груза, перемещаемая в течение каждого часа смены, составляет 750 кг (150 х 2,5 кг х 2). Груз перемещается с рабочей поверхности, поэтому эту работу по п. 2.3 можно отнести ко 2 классу.

Пример 3. Рассмотрим пример 2 пункта 1. При перемещении деталей со стола на станок и обратно масса груза 2,5 кг умножается на 600 и на 2, получаем 3000 кг за смену. При переносе ящиков с деталями вес каждого ящика умножается на число ящиков (75) и на 25, получаем 3150 кг за смену. Общий вес за смену = 6150 кг, следовательно, в час - 769 кг. Ящики рабочий брал со стеллажа. Половина ящиков стояла на нижней полке (высота над полом 10 см), половина - на высоте рабочего стола. Следовательно, больший груз перемещался с рабочей поверхности и именно с этим показателем надо сопоставлять полученную величину. По показателю суммарной массы груза в час работу можно отнести ко 2 классу.

3. Стереотипные рабочие движения (количество за смену,

суммарно на две руки)

Понятие "рабочее движение" в данном случае подразумевает движение элементарное, т.е. однократное перемещение рук (или руки) из одного положения в другое. Стереотипные рабочие движения в зависимости от амплитуды движений и участвующей в выполнении движения мышечной массы делятся на локальные и региональные. Работы, для которых характерны локальные движения, как правило, выполняются в быстром темпе (60 - 250 движений в минуту), и за смену количество движений может достигать нескольких десятков тысяч. Поскольку при этих работах темп, т.е. количество движений в единицу времени, практически не меняется, то, подсчитав с применением какого-либо автоматического счетчика число движений за 10 - 15 мин., рассчитываем число движений в 1 мин., а затем умножаем на число минут, в течение которых выполняется эта работа. Время выполнения работы определяем путем хронометражных наблюдений или по фотографии рабочего дня. Число движений можно определить также по числу знаков, напечатанных (вводимых) за смену (подсчитываем число знаков на одной странице и умножаем на число страниц, напечатанных за день).

Пример 1. Оператор ввода данных в персональный компьютер печатает за смену 20 листов. Количество знаков на 1 листе - 2720. Общее число вводимых знаков за смену - 54400, т.е. 54400 мелких локальных движений. Следовательно, по данному показателю (п. 3.1 Руководства) его работу относят к классу 3.1.

Региональные рабочие движения выполняются, как правило, в более медленном темпе и легко подсчитать их количество за 10 - 15 мин. или за 1 - 2 повторяемые операции, несколько раз за смену. После этого, зная общее количество операций или время выполнения работы, подсчитываем общее количество региональных движений за смену.

Пример 2. Маляр выполняет около 80 движений большой амплитуды в минуту. Всего основная работа занимает 65% рабочего времени, т.е. 312 минут за смену. Количество движений за смену = 24960 (312 х 80), что в соответствии с п. 3.2 Руководства позволяет отнести его работу к классу 3.1.

Безошибочное измерение и своевременная регистрация весо-габаритных характеристик (ВГХ) грузов на разных этапах их обработки крайне важны для высокоэффективной работы любого склада. ВГХ ложатся в основу вычисления таких важных параметров, как, например, оптимальное использование складских площадей, максимальная загрузка транспортных средств (ТС) и, самое главное, безошибочное выставление счетов за перевозку транспортными компаниями. Пренебрежение подобной информацией или ошибки на этапе измерения могут стать причиной роста операционных расходов или упущенной прибыли.

Преимущества использования систем автоматического измерения ВГХ

Системы автоматизированного измерения (САИ) ВГХ грузов различаются по размерам измеряемых грузов, пропускной способности, вариантам монтажа, могут позволять измерять груз в статике или в процессе движения по конвейеру.

Потенциальными заказчиками САИ ВГХ являются логистические и транспортные компании, распределительные центры, склады ответственного хранения, дистрибьюторы, 3PL- и 4PL-операторы и производители негабаритного товара.

Остановимся более подробно на основных прикладных логистических и складских задачах, решаемых с помощью статических, динамических и портальных САИ ВГХ грузов.

Обычно вопрос о модернизации складов возникает при необходимости увеличить их пропускную способность, не задействуя дополнительные площади. Модернизация складов с использованием автоматизированных систем в таких прецизионных процессах, как измерение ВГХ, наравне с использованием конвейерных и сортировочных линий, может многократно увеличить мощность склада.

Системы автоматической регистрации ВГХ в зоне приемки позволяют:

моментально идентифицировать груз;
избавиться от ручного ввода данных, что дает увеличение общей производительности;
автоматизировать процесс выставления счетов;
избавиться от различных операционных ошибок, включая проблемы хищения.

Определение недовложений и избытка товара в зоне отгрузки осуществляется за счет сравнения фактического объема и веса отгружаемого товара и его программных аналогов. Полное соответствие между заказом и отгружаемым заказчику товаром является одной из приоритетных задач для компаний, работающих в области интралогистики, и позволяет сохранить репутацию надежного поставщика.

Совместное использование САИ ВГХ и аналитических мощностей систем управления складом (Warehouse Management System, WMS) на складе позволяет:

обеспечить оптимальный оборот груза;
оптимизировать заполнение ТС, исключить его перегрузки и спланировать безопасные перевозки негабаритных грузов;
увеличить полезную площадь склада (так, для разгрузки складских пространств в первую очередь целесообразно вывозить крупногабаритные грузы);
оптимизировать хранение (с целью исключить, например, давку груза и свисание его с паллет и т. п.).

Кроме того, заказчик системы получает визуальное отображение загрузки склада в онлайновом режиме, включая приход/ расход товара и загрузку каждого ТС.

Обзор систем автоматизированного измерения ВГХ грузов

САИ ВГХ различаются в зависимости от габаритов и формы грузов, например: только кубических объектов; паллет; объектов любой формы (таблица).

Модельный ряд систем находится в широком стоимостном диапазоне, а наличие дополнительных опций и широкий выбор вариантов установки (потолочная, настенная, свободно стоящая конструкция, мобильная) позволяют подобрать решение для любых логистических задач. Рассмотрим возможности представленных в таблице САИ ВГХ подробно.

Измерение грузов в статике

Sensotec VolumeOne (Россия)

Рис. 1. Sensotec VolumeOne

Промышленная система SENSOTEC VolumeOne (рис. 1) отлично зарекомендовала себя как система стабильного измерения ВГХ грузов кубической формы. В сложившейся экономической ситуации в стране смещение акцентов в сторону российского производства позволило ей занять нишу самого бюджетного решения на отечественном рынке.

SENSOTEC VolumeOne разработана для осуществления ручной приемки груза и легко интегрируется в системы аналитического управления. Отправитель помещает груз на измерительный стол, а система автоматически считывает штрих-код, обрабатывает и система автоматически обрабатывает и передает полученные данные в WMS. Система осуществляет сбор следующих аналитических данных: общее количество измерений; количество ошибочных измерений; график загруженности системы в течение дня; удельное время на измерения; производительность и т. д. Подключение осуществляется по RS-232, питание - от сети 220 В или аккумулятора (12 В).

Дополнительные модули и возможности SENSOTEC VolumeOne:

порт ввода/вывода для подключения принтера этикеток;
беспроводное подключение считывателя штрихкода (Bluetooth);
цветная HMI-панель для автономной работы;
вывод на дисплей информации о заряде батареи;
индикация статуса работы системы;
звуковая сигнализация о перегрузке системы.

На сегодня основными потребителями системы являются интернет- магазины, оптово-розничные склады, компании–перевозчики, экспедиторские и курьерские службы.

Рис. 2. ExpressCube 165R

ExpressCube 165R/265R, ExpressCube 480R (Канада)

Системы ExpressCube 165R (рис. 2) отлично зарекомендовали себя среди экономичных решений для измерения ВГХ объектов небольшой кубатуры. Режимы работы - через систему локального управления (ExpressCube контроллер) и внешний ПК, позволяющий интегрировать ExpressCube в имеющуюся WMS.

Дополнительные технические характеристики:

время измерения - 2 с;
принцип измерения - фотоэлектрика;
подключение - USB, Serial (RS-232, RS-422);
визуализация результатов - LCD-экран (опционально);
питание - 95–250 B переменного тока, 50–60 Гц;
диапазон рабочих температур –10…+40 °C.

APACHE Parcel 510/520 Static (Германия)

Системы APACHE Parcel 510/520 Static компании AKL-tec обладают средней пропускной способностью до 500 единиц грузов в час и предоставляют все необходимые данные для грузовых расчетов или оформления транспортной документации одним нажатием кнопки. Каждая система состоит из лазерного сканера для определения ВГХ, прочной статической системы взвешивания и ручных устройств считывания штрихкодов, объединенных в крепком механическом корпусе.

Принцип работы систем следующий. Установленная на линейной оси сканирующая головка со встроенной функцией оценки перемещается над неподвижным объектом, измеряет его, формирует плоскость сканирования и за счет линейного движения вдоль объекта получает его трехмерную модель и предоставляет информацию о длине, высоте и ширине кубовидного груза. Это позволяет надежно определять габариты грузов размерами не менее 50?50?50 мм.

Используемый в системе принцип действия обеспечивает ее высокую надежность. Так, например, отклонение от горизонтали на ±5° не приведет к получению ошибочных показателей. Весь процесс измерения запускается при сканировании штрихкода на объекте. Как только ручной сканер считывает действительный код, система использует результат взвешивания для запуска привода линейной оси и измерения объема объекта.

Системы APACHE могут оснащаться как одним сканером (510 Static) для измерения кубических объектов, так и двумя сканерами (520 Static), для измерения объектов неправильной формы.

Интеграция осуществляется через программный модуль AKL APACHE Cubidata. Компактный контроллер поддерживает интерфейсы RS-232, TCP/IP, ODBC, XML и др.

Динамическое измерение груза

APACHE Conveyor Checker, Parcel Conveyor и APACHE Conveyor

Конвейерные системы измерения габаритов и веса AKL-tec (Германия) определяют ВГХ и объем упаковок произвольной формы в движении, без остановки конвейера. Дополнительная функция APACHE также позволяет выполнять фотосъемку объекта. Во время движения объекта создается его полное 3D-изображение, которое используется системой определения объема (VMS), а также применяется при определении иных основных характеристик грузов, например их длины, ширины, высоты и фактического объема.

Системы могут оснащаться:

одним лазерным сканером с видимым красным светом 650 нм (APACHE Parcel Conveyor Checker) для измерения только кубовидных объектов;
двумя сканерами (APACHE Parcel Conveyor) для измерения объектов произвольной формы;
двумя инфракрасными сканерами для измерения паллетизированного груза (APACHE Conveyor).

Идентификация груза выполняется путем ручного или автоматического считывания штрихкодов, а также с использованием транспондеров (RFID) или прямого подключения к системе управления конвейера.

После измерения и регистрации системой APACHE полученные данные передаются в аналитические системы управления складом для дальнейшей обработки через соответствующие интерфейсы. Регистрация данных выполняется непрерывно при скорости перемещения грузов? 2 м/с (APACHE Conveyor Checker) и? 3 м/с (APACHE Parcel Conveyor). Интеграция - со стандартными транспортерами для поддонов, напольными непрерывными конвейерными системами, использующими грузоподъемники с платформами низкого подъема.

Портальные системы измерения грузов

APACHE Portal

Рис. 3. Измерение ВГХ с помощью системы Apache Portal movable

Система APACHE Portal представляет собой пункт проверки грузов, оснащенный средствами измерения объема, взвешивания и фотографирования. Система доступна в стационарном (APACHE Portal) или мобильном исполнении (Apache Portal movable, рис.3), или в версии MULTI-ZONE (зоны измерения могут выбираться свободно, а грузы на них - обрабатываться независимо друг от друга).

Принцип работы следующий. Груз перемещается в контрольный пункт с помощью вилочного погрузчика, тележки для поддонов или электронного вилочного погрузчика. Затем груз помещается на площадку для взвешивания, где подвергается комплексным измерениям системы APACHE Portal за счет установленных над грузом двух инфракрасных сканеров, перемещающихся на двух линейных направляющих. Движение отслеживается с помощью инкрементального датчика перемещения. На всем протяжении выполняется бесщелевое сканирование. ВГХ объекта, а также его фотографии автоматически отображаются, сохраняются и документируются. Возможно измерение только непрозрачных объектов и объектов с постоянными размерами/постоянной формой.

Широкий выбор вариантов установки (потолочная, настенная или свободно стоящая конструкция), простота эксплуатации и наличие дополнительных программных и аппаратных модулей, а также специально разработанные интерфейсы для внешних систем гарантируют успешную интеграцию АРАСНЕ Роrtal в любые системы управления складом (WMS).

Методы измерения масс грузов, перевозимых железнодорожным и автомобильным транспортом

Масса груза — параметр, определяющий количество груза. Это одна из ключевых характеристик, влияющая на множество факторов:

осуществление контроля сохранности груза;

ведение точного учета перевозимых грузов;

формирование и установление платы за транспортировку;

расчет массы поездов;

учет и планирование работы железнодорожных путей;

определение и установка соответствующих показателей работы транспорта (экономических, эксплуатационных);

определение степени использования грузоподъемности транспорта, выявление недогруза/перегруза;

один из факторов законодательной защиты прав потребителей.

Определение массы грузов осуществляется различными способами. Это могут быть различные варианты непосредственного взвешивания, взвешивания с помощью дополнительных агрегатов, обмеры, расчеты (обмер объема груза с последующим переводом в массу). Для наливных грузов масса определяется по стандартной емкости цистерн. Для тарно-штучных грузов измеряют по стандарту мест, по трафарету. Для штучных громоздких грузов используется условное определение.

К основным методам измерений в метрологии можно отнести следующие:

1). Статическое взвешивание порожнего и груженого транспортного средства (автомобиля, вагона, прицепа, полуприцепа).

В этом случае массу нетто (Мн) вычисляют по простой формуле Мб-Мт (Мб — масса брутто, Мт — масса порожнего транспортного средства). Погрешность при таком методе определяется по специальным таблицам.

2). Взвешивание транспортного средства (автомобиля, вагона, прицепа, полуприцепа) с осуществлением загрузки прямо на весах.

Порожний автомобиль, вагон, прицеп, полуприцеп размещается на весах. Осуществляется компенсация массы Мт, после чего происходит загрузка и измерение массы Мн с заданными показателями погрешности.

Существует множество дополнительных методов, позволяющих выявлять массу груза с учетом определенных условий, например, без расцепки железнодорожного состава на отдельные вагоны, расцепки автомобиля и прицепа и т. д.

Все допустимые методики используются с учетом норм и средств, обозначенных государственной системой обеспечения единства измерений (в частности, единиц физических величин и т. д.).

ООО «Волгоградский Завод Весоизмерительной Техники» предлагает широкий ассортимент весов железнодорожных для взвешивания грузовых вагонов. Данные устройства находят самое широкое применение в различных отраслях, связанных с перемещением грузов посредством ж/д-транспорта. Весы такого класса могут применяться для учетных и коммерческих операций.

Уточнить стоимость вагонных весов тензометрических и получить консультацию можно на .

Амплитудно Частотная Характеристика (АЧХ)

Амплитудно-частотная характеристика - (сокращенно АЧХ, на английском - frequency response) - зависимость амплитуды колебания (громкости) на выходе от частоты воспроизводимого гармонического сигнала.
Термин “амплитудно-частотная характеристика ” применяется только в отношении устройств для обработки сигнала и датчиков - т.е. для устройств, через которые проходит сигнал. Когда говорят об устройствах, предназначенных для генерации сигналов (генератор, музыкальные инструменты и т.п.), правильнее использовать термин “частотный диапазон”.
Начнём из далека .
Звук - это особый вид механических колебаний упругой среды, способный вызывать слуховые ощущения.
Основой процессов создания, распространения и восприятия звука являются механические колебания упругих тел:
- создание звука - определяется колебаниями струн, пластин, мембран, столбов воздуха и других элементов музыкальных инструментов, а также диафрагм громкоговорителей и прочих упругих тел;
- распространение звука - зависит от механических колебаний частиц среды (воздуха, воды, дерева, металла и др.);
- восприятие звука - начинается с механических колебаний барабанной перепонки в слуховом аппарате, и только после этого происходит сложный процесс обработки информации в различных отделах слуховой системы.
Поэтому, чтобы понять природу звука, надо прежде всего рассмотреть механические колебания.
Колебаниями называются повторяющиеся процессы изменения каких-либо параметров системы (например, перепады температур, биение сердца, движение Луны и т. д.).
Механические колебания - это повторяющиеся движения различных тел (вращение Земли и планет, колебания маятников, камертонов, струн и др.).
Механические колебания - это прежде всего движения тел. Механическим движением тела называется «изменение его положения с течением времени по отношению к другим телам».
Всякие движения описываются с помощью таких понятий, как смещение, скорость и ускорение.
Смещение -это путь (расстояние), пройденный телом за время его движения от какой-то точки отсчета. Любое движение тела можно описать как изменение его положения во времени (t) и в пространстве (х, у, z). Графически это может быть представлено (например, для тел, которые смещаются в одном направлении) в виде линии на плоскости х (t) - в двухмерной системе координат. Смещение измеряется в метрах (м).
Если за каждый равный промежуток времени тело смещается на равный отрезок пути, то это равномерное движение. Равномерное движение - это движение с постоянной скоростью.
Скорость - это путь, пройденный телом в единицу времени.
Она определяется как «отношение длины пути к промежутку времени, за который этот путь пройден»
Скорость измеряется в метрах в секунду (м/с).
Если смещение тела за равные промежутки времени неодинаково, то тело совершает неравномерное движение. При этом скорость его все время изменяется, т. е. это движение с переменной скоростью.
Ускорение - это отношение изменения скорости к промежутку времени, за который это изменение произошло.
Если тело движется с постоянной скоростью, то ускорение равно нулю. Если скорость меняется равномерно (равноускоренное движение), то ускорение постоянно: a = const. Если скорость меняется неравномерно, то ускорение определяется как первая производная от скорости (или вторая производная от смещения): a = dv I dt = drx I dt2.
Ускорение измеряется в метрах на секунду в квадрате (м/с2).
Простые гармонические колебания (амплитуда, частота, фаза).

Для того чтобы движение было колебательным (т. е. повторяющимся), на тело должна действовать возвращающая сила, направленная в сторону, противоположную смещению (она должна возвращать тело назад). Если величина этой силы пропорциональна смещению и направлена в противоположную сторону, т. е. F = - кх, то под действием такой силы тело совершает повторяющиеся движения, возвращаясь через равные промежутки времени в положение равновесия. Такое движение тела называется простым гармоническим колебанием . Этот тип движения лежит в основе создания сложных музыкальных звуков, поскольку именно струны, мембраны, деки музыкальных инструментов колеблются под действием упругих возвращающих сил.
Примером простых гармонических колебаний могут служить колебания массы (груза) на пружине.
Амплитудой колебаний (A ) называется максимальное смещение тела от положения равновесия (при установившихся колебаниях она постоянна).
Периодом колебаний (T ) называется наименьший промежуток времени, через который колебания повторяются. Например, если маятник проходит полный цикл колебаний (в одну и другую сторону) за 0,01 с, то его период колебаний равен этой величине: T = 0,01 с. Для простого гармонического колебания период не зависит от амплитуды колебаний.
Частота колебаний (f ) определяется числом колебаний (циклов) в секунду. Единица ее измерения равна одному колебанию в секунду и называется герц (Гц).
Частота колебаний - это величина, обратная периоду: f= 1/Т.
w - угловая (круговая) частота. Угловая частота связана с частотой колебаний по формуле со = 2Пf, где число П = 3,14. Она измеряется в радианах в секунду (рад/с). Например, если частота f = 100 Гц, то со = 628 рад/с.
f0 - начальная фаза. Начальная фаза определяет положение тела, с которого началось колебание. Она измеряется в градусах.
Например, если маятник начал колебаться из положения равновесия, то его начальная фаза равна нулю. Если маятник сначала отклонить в крайнее правое положение и затем толкнуть, он начнет колебания с начальной фазой 90°. Если два маятника (или две струны, мембраны и др.) начнут свои колебания с задержкой во времени, то между ними образуется сдвиг фаз
Если задержка во времени равна одной четверти периода, то сдвиг фаз - 90°, если половине периода -180°, трем четвертям периода - 270°, одному периоду - 360°.
В момент прохождения положения равновесия тело имеет максимальную скорость, и в эти моменты кинетическая энергия максимальна, а потенциальная равна нулю. Если бы эта сумма была постоянна всегда, то любое тело, выведенное из положения равновесия, колебалось бы вечно, получился бы «вечный двигатель». Однако в реальной среде часть энергии расходуется на преодоление трения в воздухе, трения в опорах и т. д. (например, маятник в вязкой среде колебался бы очень короткий отрезок времени), поэтому амплитуда колебаний становится все меньше и постепенно тело (струна, маятник, камертон) останавливается - происходит затухание колебаний.
Затухающее колебание графически можно представить в виде колебаний с постепенно уменьшающейся амплитудой.
В электроакустике, радиотехнике и в музыкальной акустике для определения процессов затухания часто используется величина, называемая добротно- стью системы - Q .
Добротность (Q ) определяется как величина, обратная коэффициенту затухания:
т. е. чем меньше добротность, тем быстрее затухают колебания.
Свободные колебания сложных систем. Спектр

Колебательные системы, описанные выше, например маятник или груз на пружине, характеризуются тем, что они имеют одну массу (груз) и одну жесткость (пружины или нити) и совершают движение (колебания) в одном направлении. Такие системы называются системами с одной степенью свободы.
Реальные колеблющиеся тела (струны, пластины, мембраны и др.), создающие звук в музыкальных инструментах, представляют собой значительно более сложные устройства.
Рассмотрим колебания систем с двумя степенями свободы, состоящих из двух масс на пружинах.
При реальном возбуждении струны в ней обычно возбуждается несколько первых собственных частот, амплитуды колебаний на остальных частотах очень малы и не оказывают существенного влияния на общую форму колебаний.

Набор собственных частот и амплитуд колебаний, которые возбуждаются в данном теле при воздействии на него внешней силы (ударом, щипком, смычком и др.), называется амплитудным спектром .
Если представлен набор фаз колебаний на этих частотах, то такой спектр называется фазовым.
Пример формы колебаний струны скрипки, возбужденных смычком, и ее спектр показаны на рисунке
Основные термины, которые используются для описания спектра колеблющегося тела, следующие:
первая основная (низшая) собственная частота называется фундаментальной частотой (иногда ее называют основной частотой ).
Все собственные частоты выше первой называются обертонами , например на рисунке фундаментальная частота 100 Гц, первый обертон - 110 Гц, второй обертон - 180 Гц и т. д. Обертоны, частоты которых находятся в целочисленных соотношениях с фундаментальной частотой, называются гармониками (при этом фундаментальная частота называется первой гармоникой ). Например, на рисунке третий обертон является второй гармоникой, поскольку его частота равна 200 Гц, т. е. относится к фундаментальной частоте как 2:1.
Продолжение следует... .
На вопрос: "зачем же уж так из далека?". Отвечу сразу. Что график АЧХ не так прост, как многие его представляют. Главное понять, как он формируется и о чём он нам скажет.
Так уж повелось, что среднестатистическое человечье ухо различает сигналы в диапазоне от 20 до 20 000 Гц (или 20 кГц). Этот довольно солидный диапазон в свою очередь делится обычно на 10 октав (можно поделить на любое другое количество, но принято именно 10).
В общем случае октава – это диапазон частот, границы которого вычисляются удвоением или ополовиниванием частоты. Нижняя граница последующей октавы получается удвоением нижней границы предыдущей октавы.
Собственно, зачем нужно знание октав? Оно необходимо для того, чтобы прекратить путаницу в том, что надо называть нижним, средним или еще каким басом и тому подобное. Общепринятый набор октав однозначно определяет, кто есть кто с точностью до герца.
Последняя строка не нумерована. Это связано с тем, что в стандартную десятку октав она не входит. Обратите внимание на столбец "Название 2". Здесь содержатся названия октав, которые выделяются музыкантами. У этих "странных" людей нет понятия глубокого баса, зато есть одна октава сверху - от 20480 Гц. Поэтому такое расхождение в нумерации и названиях.
Теперь можно говорить более предметно о частотном диапазоне акустических систем. Следует начать с неприятной новости: глубокого баса в мультимедийной акустике нет. 20 Гц подавляющее большинство любителей музыки на уровне -3 дБ попросту никогда не слышало. А теперь новость приятная и неожиданная. В реальном сигнале таких частот тоже нет (за некоторым исключением, естественно). Исключением является, например, запись с судейского диска IASCA Competition. Песенка называется "The Viking". Там даже 10 Гц записаны с приличной амплитудой. Этот трек записывали в специальном помещении на огромном органе. Систему, которая отыграет "Викингов", судьи увешают наградами, как новогоднюю елку игрушками. А с реальным сигналом все проще: басовый барабан – от 40 Гц. Здоровенные китайские барабаны – тоже от 40 Гц (есть там среди них, правда, один мегабарабан. Так он аж от 30 Гц начинает играть). Живой контрабас – вообще от 60 Гц. Как можно заметить, 20 Гц здесь не упоминаются. Поэтому можно не расстраиваться по поводу отсутствия настолько низких составляющих. Они для прослушивания реальной музыки не нужны.
Вот ещё довольно таки познавательная страничка где можно наглядно (при помощи мыши), более подробнее, разглядеть вот эту табличку
Зная азбуку октав и музыки, можно приступить к пониманию АЧХ.
АЧХ (амплитудно-частотная характеристика) – зависимость амплитуды колебания на выходе устройства от частоты входного гармонического сигнала. То есть системе подают на вход сигнал, уровень которого принимается за 0 дБ. Из этого сигнала колонки с усилительным трактом делают, что могут. Получается у них обычно не прямая на 0 дБ, а некоторым образом изломанная линия. Самое интересное, кстати, заключается в том, что все (от аудиолюбителей до аудиопроизводителей) стремятся к идеально ровной АЧХ, но "пристремиться" боятся.
Собственно, в чем польза АЧХ и зачем с завидным постоянством стараются замерить эту кривую? Дело в том, что по ней можно установить настоящие, а не нашептанные "злым маркетинговым духом" производителю границы частотного диапазона. Принято указывать, при каком падении сигнала граничные частоты все-таки проигрываются. Если не указано, то считается, что были взяты стандартные -3 дБ. Вот здесь и кроется подвох. Достаточно не указать, при каком падении были взяты значения границы, и можно абсолютно честно указывать хоть 20 Гц – 20 кГц, хотя, действительно, эти 20 Гц достижимы при уровне сигнала, который сильно отличается от положенных -3.
Также польза АЧХ выражается в том, что по ней, хотя и приблизительно, но можно понять, какие проблемы возникнут у выбранной системы. Причем системы в целом. АЧХ страдает от всех элементов тракта. Чтобы понять, как будет звучать система по графику, нужно знать элементы психоакустики. Если коротко, то дело обстоит так: человек разговаривает в пределах средних частот. Поэтому и воспринимает их же лучше всего. И на соответствующих октавах график должен быть наиболее ровным, так как искажения в этой области сильно давят на уши. Также нежелательно наличие высоких узких пиков. Общее правило здесь такое: пики слышны лучше, чем впадины, и острый пик слышен лучше пологого.
На шкале абсцисс (синяя ) расположены частоты в герцах (Hz)
На шкале ординат (красная ) расположен уровень чувствительности (dB)
Зелёная - сама АЧХ
При проведении измерений АЧХ в качестве тест-сигнала используют не синусоидальную волну, а специальный сигнал, который называется “розовый шум”.
Розовый шум - это псевдослучайный широкополосный сигнал, в котором суммарная мощность на всех частотах в пределах любой октавы равна суммарной мощности на всех частотах в пределах любой другой октавы. По звучанию он очень напоминает водопад.
Громкоговорители представляют собой направленные устройства, т.е. они фокусируют излучаемый звук в определенном направлении. По мере удаления от основной оси громкоговорителя, уровень звука может уменьшаться, а его АЧХ становится менее линейной.
Громкость
Часто термины “громкость” и “уровень звукового давления” используют как взаимозаменяемые, но это неправильно, так как термин “громкость” имеет свое определенное значение. Уровень звукового давления в дБ определяют с помощью измерителей уровня звука.
Кривые равной громкости и Фоны
Будут ли слушатели воспринимать тестовые шумоподобные или синусоидальные сигналы с линейной АЧХ во всем диапазоне звуковых частот, направленные на усилитель мощности с линейной АЧХ, а затем на громкоговоритель с линейной АЧХ, одинаково громкими на всех частотах? Дело в том, что чувствительность слуха человека имеет нелинейный характер, и поэтому звуки равной громкости на разных частотах слушатели будут воспринимать как звуки с разным звуковым давлением.
Это явление описывается, так называемыми “кривыми равной громкости” (рисунок), которые показывают, какое звуковое давление требуется создать на разных частотах для того, чтобы для слушателей громкость этих звуков была равна громкости звука с частотой 1 кГц. Чтобы мы воспринимали звуки более высоких и более низких частот, такими же громкими, что и звук с частотой 1 кГц, они должны иметь большее звуковое давление. И чем меньше уровень звука, тем менее чувствительно наше ухо к низким частотам.
Выставляется уровень звукового давления эталонного звука на частоте 1000 Гц (например, 40 дБ), затем испытуемому предлагается прослушать сигнал на другой частоте (например, 100 Гц), и отрегулировать его уровень таким образом, чтобы он казался равногромким эталонному. Сигналы могут предъявляться через телефоны или через громкоговорители. Если проделать это для разных частот, и отложить полученные значения уровня звукового давления, которые требуются для сигналов разной частоты, чтобы они были равногромкими с эталонным сигналом - получится одна из кривых на рисунке.
Например, чтобы звук с частотой 100 Гц казался таким же громким, как звук с частотой 1000 Гц с уровнем 40 дБ, его уровень должен быть выше, около 50 дБ. Если будет подан звук с частотой 50 Гц, то, чтобы сделать его равногромким с эталонным, нужно поднять его уровень до 65 дБ и т.п. Если теперь увеличить уровень эталонного звука до 60 дБ и повторить все эксперименты, то получится кривая равной громкости, соответствующая уровню 60 дБ…
Семейство таких кривых для различных уровней 0, 10, 20…110дБ показано на рисунке. Эти кривые называются кривыми равной громкости . Они были получены учеными Флетчером и Мэнсоном в результате обработки данных большого числа экспериментов, проведенных ими среди нескольких сотен посетителей Всемирной выставки 1931 года в Нью-Йорке.
В настоящее время в международном стандарте ISO 226 (1987 г.) приняты уточненные данные измерений, полученные в 1956году. Именно данные из стандарта ISO и представлены на рисунке, при этом измерения выполнялись в условиях свободного поля, то есть в заглушенной камере, источник звука располагался фронтально и звук подавался через громкоговорители. Сейчас накоплены новые результаты, и предполагается в ближайшем будущем уточнение этих данных. Каждая из представленных кривых называется изофоной и характеризует уровень громкости звуков разной частоты.
Если проанализировать эти кривые, то видно, что при малых уровнях звукового давления оценка уровня громкости очень сильно зависит от частоты - слух менее чувствителен к низким и высоким частотам, и требуется создать гораздо большие уровни звукового давления, чтобы звук стал звучать равногромко с эталонным звуком 1000 Гц. При больших уровнях изофоны выравниваются, подъем на низких частотах становится менее крутым - происходит более быстрое нарастание громкости звуков низкой частоты, чем средних и высоких. Таким образом, при больших уровнях низкие, средние и высокие звуки оцениваются по уровню громкости более равномерно.
Итак. Мы имеем снятый при помощи измерительного оборудования уровень звукового давления и громкость, которую физически воспринимает человек.

По этому возникает вопрос! Снимая АЧХ динамика при помощи измерительного оборудования мы что получаем? Что слышит НАШЕ ухо? Или какие показания снимает микрофон своим чувствительным элементом измерительного оборудования? И какой вывод из этих показаний можно сделать?
По этому возникает вопрос! Снимая АЧХ динамика при помощи измерительного оборудования мы что получаем? Что слышит НАШЕ ухо? Или какие показания снимает микрофон своим чувствительным элементом измерительного оборудования? И какой вывод из этих показаний можно сделать?