Câmara anecóica - Anechoic chamber

Não deve ser confundido com Echo Chamber .

Imagem de 360 ​​graus de uma câmara anecóica acústica
Imagem de 360 ​​graus de uma câmara anecóica eletromagnética

Uma câmara anecóica ( anecóica significado "anti-reflexo, não-eco, sem eco") é um quarto concebido para absorver completamente reflexões de qualquer som ou ondas electromagnéticas . Eles também estão frequentemente isolados das ondas que entram em seus arredores. Essa combinação significa que uma pessoa ou detector ouve exclusivamente sons diretos (sem sons reverberantes ), simulando de fato estar dentro de uma sala infinitamente grande.

As câmaras anecóicas , um termo cunhado pelo especialista em acústica americano Leo Beranek , foram inicialmente usadas exclusivamente para se referir a câmaras anecóicas acústicas. Recentemente, o termo foi estendido às câmaras anecóicas de RF, que eliminam a reflexão e o ruído externo causados ​​por ondas eletromagnéticas.

As câmaras anecóicas variam de pequenos compartimentos do tamanho de fornos de micro-ondas domésticos a outros tão grandes quanto hangares de aeronaves . O tamanho da câmara depende do tamanho dos objetos e das faixas de frequência testadas.

Câmaras anecóicas acústicas

Minimização da reflexão das ondas sonoras pelas paredes de uma câmara anecóica
Testando fones de ouvido na câmara anecóica do Consumer Reports

A exigência do que foi posteriormente chamado de câmara anecóica teve origem para permitir o teste de alto-falantes que geravam níveis sonoros tão intensos que não podiam ser testados ao ar livre em áreas habitadas.

Câmaras anecóicas são comumente usadas em acústica para conduzir experimentos em condições nominalmente de " campo livre ", o que significa campo livre que não há sinais refletidos. Toda a energia sonora estará viajando para longe da fonte com quase nenhuma refletida de volta. Os experimentos de câmara anecóica comuns incluem medir a função de transferência de um alto - falante ou a diretividade da radiação de ruído de máquinas industriais. Em geral, o interior de uma câmara anecóica é muito silencioso, com níveis de ruído típicos na faixa de 10–20 dBA . Em 2005, a melhor câmara anecóica medido em -9,4 dBA. Em 2015, uma câmara anecóica no campus da Microsoft quebrou o recorde mundial com uma medição de -20,6 dBA. O ouvido humano pode detectar sons acima de 0 dBA, portanto, um ser humano em tal câmara perceberia os arredores como desprovidos de som. Curiosamente, algumas pessoas podem não gostar desse silêncio e podem ficar desorientadas.

O mecanismo pelo qual as câmaras anecóicas minimizam a reflexão das ondas sonoras colidindo com suas paredes é o seguinte: Na figura incluída, uma onda sonora incidente I está prestes a colidir com a parede de uma câmara anecóica. Esta parede é composta por uma série de cunhas W com altura H. Após o impacto, a onda incidente I é refletida como uma série de ondas R que por sua vez "saltam para cima e para baixo" no intervalo de ar A (delimitado por linhas pontilhadas) entre as cunhas W. Tal salto pode produzir (pelo menos temporariamente) um padrão de onda estacionária em A. Durante este processo, a energia acústica das ondas R é dissipada através da viscosidade molecular do ar, em particular perto do canto C. Além disso, com o uso de materiais de espuma para a fabricação das cunhas, outro mecanismo de dissipação ocorre durante as interações onda / parede. Como resultado, o componente das ondas refletidas R ao longo da direção de I que escapa das lacunas A (e volta à fonte de som), denotado R ', é notavelmente reduzido. Embora essa explicação seja bidimensional, ela é representativa e aplicável às estruturas em cunha tridimensionais reais usadas em câmaras anecóicas.

Câmaras semi-anecóicas e hemi-anecóicas

As câmaras anecóicas cheias visam absorver energia em todas as direções. Para fazer isso, todas as superfícies, incluindo o piso, precisam ser cobertas com material absorvente de som. Uma grade de malha é geralmente instalada acima do chão para fornecer uma superfície para caminhar e colocar o equipamento. Este piso de malha é normalmente colocado no mesmo nível do piso que o resto do edifício, o que significa que a própria câmara se estende abaixo do nível do piso. Este piso de malha é amortecido e flutuando em amortecedores absorventes para isolá-lo de vibrações externas ou sinais eletromagnéticos.

Em contraste, as câmaras semianecóicas ou semianecóicas têm um piso sólido que atua como uma superfície de trabalho para suportar itens pesados, como carros, máquinas de lavar ou máquinas industriais, que não poderiam ser suportados pela grade de malha em um anecóico completo câmara. Os estúdios de gravação costumam ser semi-anecóicos.

A distinção entre "semi-anecóico" e "hemi-anecóico" não é clara. Em alguns usos, eles são sinônimos ou apenas um termo é usado. Outros usos distinguem um por ter um piso idealmente refletivo (criando condições de campo livre com uma única superfície refletiva) e o outro simplesmente por ter um piso plano não tratado. Ainda outros usos os distinguem por tamanho e desempenho, com um sendo provavelmente uma sala existente adaptada com tratamento acústico, e o outro uma sala construída propositadamente que é provavelmente maior e tem melhor desempenho anecóico.

Câmaras anecóicas de radiofrequência

Uma câmara anecóica RF
Uma grande câmara de teste anecóico EMC RF drive-in. Observe os cones laranja de advertência para referência de tamanho.
Um F-16 Fighting Falcon na câmara de teste anecóico na Base Aérea de Eglin

A aparência interna da câmara anecóica de radiofrequência (RF) às vezes é semelhante à de uma câmara anecóica acústica; entretanto, as superfícies internas da câmara anecóica de RF são cobertas com material absorvente de radiação (RAM) em vez de material acusticamente absorvente. Os usos para câmaras anecóicas de RF incluem o teste de antenas, radares e é normalmente usado para hospedar as antenas para realizar medições de padrões de radiação da antena e interferência eletromagnética .

As expectativas de desempenho (ganho, eficiência, características de padrão, etc.) constituem os principais desafios no projeto de antenas autônomas ou incorporadas . Os projetos estão se tornando cada vez mais complexos com um único dispositivo que incorpora várias tecnologias, como celular , WiFi , Bluetooth , LTE , MIMO , RFID e GPS .

Material absorvente de radiação

Artigo principal: material absorvente de radiação

O RAM é projetado e moldado para absorver a radiação de RF incidente (também conhecida como radiação não ionizante ) da maneira mais eficaz possível, de tantas direções de incidente quanto possível. Quanto mais eficaz for a RAM, menor será o nível resultante de radiação de RF refletida . Muitas medições de compatibilidade eletromagnética (EMC) e padrões de radiação da antena exigem que os sinais espúrios provenientes da configuração do teste, incluindo reflexos, sejam desprezíveis para evitar o risco de causar erros de medição e ambigüidades.

Eficácia sobre a frequência

Close de um RAM piramidal

Ondas de frequências mais altas têm comprimentos de onda mais curtos e são mais altas em energia, enquanto ondas de frequências mais baixas têm comprimentos de onda mais longos e são mais baixas em energia, de acordo com a relação em que lambda representa o comprimento de onda, v é a velocidade de fase da onda e é a frequência. Para proteger para um comprimento de onda específico, o cone deve ser de tamanho apropriado para absorver esse comprimento de onda. A qualidade de desempenho de uma câmara anecóica de RF é determinada por sua menor frequência de teste de operação, na qual as reflexões medidas das superfícies internas serão as mais significativas em comparação com as frequências mais altas. RAM piramidal é mais absorvente quando a onda incidente está em incidência normal para a superfície da câmara interna e a altura da pirâmide é aproximadamente igual a , onde é o comprimento de onda do espaço livre . Consequentemente, aumentar a altura da pirâmide do RAM para o mesmo tamanho de base ( quadrado ) melhora a eficácia da câmara em baixas frequências, mas resulta em aumento de custo e redução do volume de trabalho desobstruído que está disponível dentro de uma câmara de tamanho definido.

Instalação em uma sala protegida

Uma câmara anecóica RF é geralmente construída em uma sala blindada, projetada usando o princípio da gaiola de Faraday . Isso ocorre porque a maioria dos testes de RF que exigem uma câmara anecóica para minimizar os reflexos das superfícies internas também exigem as propriedades de uma sala protegida para atenuar sinais indesejados que penetram no interior e causar interferência no equipamento em teste e evitar vazamento de testes que penetram no exterior.

Tamanho da câmara e comissionamento

Em frequências irradiadas mais baixas, a medição de campo distante pode exigir uma câmara grande e cara. Às vezes, por exemplo, para medições de seção transversal de radar, é possível dimensionar o objeto em teste e reduzir o tamanho da câmara, desde que o comprimento de onda da frequência de teste seja reduzido em proporção direta testando em uma frequência mais alta.

As câmaras anecóicas de RF são normalmente projetadas para atender aos requisitos elétricos de um ou mais padrões credenciados . Por exemplo, a indústria aeronáutica pode testar equipamentos para aeronaves de acordo com as especificações da empresa ou especificações militares, como MIL-STD 461 E. Uma vez construído, os testes de aceitação são realizados durante o comissionamento para verificar se os padrões são de fato atendidos. Desde que estejam, será emitido um certificado para esse efeito. A câmara precisará ser testada periodicamente.

Uso operacional

As configurações de equipamento de teste e suporte a serem usadas em câmaras anecóicas devem expor o mínimo possível de superfícies metálicas (condutoras), pois podem causar reflexos indesejados. Freqüentemente, isso é conseguido com o uso de estruturas de plástico ou madeira não condutoras para apoiar o equipamento em teste. Onde as superfícies metálicas são inevitáveis, elas podem ser cobertas com pedaços de RAM após a configuração para minimizar tal reflexão tanto quanto possível.

Uma avaliação cuidadosa pode ser necessária para determinar se o equipamento de teste (ao contrário do equipamento em teste) deve ser colocado dentro ou fora da câmara. Normalmente, a maior parte dele está localizado em uma sala separada com tela anexada à câmara de teste principal, a fim de protegê-lo de interferências externas e da radiação dentro da câmara. A alimentação da rede elétrica e o cabeamento do sinal de teste na câmara de teste exigem uma filtragem de alta qualidade .

Cabos de fibra ótica às vezes são usados ​​para o cabeamento de sinal, pois são imunes ao RFI comum e também causam pouca reflexão dentro da câmara.

Riscos de saúde e segurança associados à câmara anecóica de RF

Os seguintes riscos de saúde e segurança estão associados às câmaras anecóicas de RF:

  • Risco de radiação RF
  • Risco de incêndio
  • Pessoal preso

O pessoal normalmente não é permitido dentro da câmara durante uma medição, pois isso não só pode causar reflexos indesejados do corpo humano, mas também pode ser um risco de radiação para o pessoal envolvido se os testes estiverem sendo realizados em altas potências de RF. Tais riscos são de RF ou radiação não-ionizante e não a partir da energia mais elevada radiação ionizante .

Como o RAM é altamente absorvente de radiação de RF, a radiação incidente irá gerar calor dentro do RAM. Se isso não puder ser dissipado adequadamente, há o risco de surgirem pontos quentes e a temperatura da RAM aumentar até o ponto de combustão . Isso pode ser um risco se uma antena de transmissão inadvertidamente ficar muito perto da RAM. Mesmo para níveis de potência de transmissão bastante modestos, as antenas de alto ganho podem concentrar a potência o suficiente para causar um fluxo de alta potência próximo às suas aberturas . Embora a RAM fabricada recentemente seja normalmente tratada com um retardador de fogo para reduzir esses riscos, eles são difíceis de eliminar completamente. Os regulamentos de segurança normalmente exigem a instalação de um sistema de supressão de incêndio por gás , incluindo detectores de fumaça .

Veja também

Referências

links externos