СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ РЕВЕРБЕРАЦИИ Российский патент 2009 года по МПК G01H7/00 

Изобретение относится к области определения одной из основных метрологических характеристик акустических камер и может быть использовано при аттестации акустических реверберационных камер различного объема с большими рабочими значениями уровней звукового давления.

В настоящее время известен ряд способов определения времени реверберации для помещений и реверберационных камер (Лопашев Д.З., Осипов Г.Л., Федосеева Е.Н. Методы измерения и нормирование шумовых характеристик. М.: Издательство стандартов, 1983. - 232 с., стр.213-217).

В реверберационных камерах акустическое давление создают с помощью громкоговорителей в частотном диапазоне 125-8000 Гц. Количество и мощность подбирают так, чтобы уровень звукового давления был выше уровня помех не менее чем на 40-50 дБ. В качестве звукового сигнала используют полосы белого шума с шириной полосы не менее трети и не более одной октавы. Используют в качестве источника также орган.

Наиболее близким является способ определения времени реверберации, когда в качестве источника звука используют кратковременные импульсы, создаваемые из стартового пистолета, причем предварительно в лаборатории проводят частотный анализ применяемого импульса (Лопашев Д.З., Осипов Г.Л., Федосеева Е.Н. Методы измерения и нормирование шумовых характеристик. М.: Издательство стандартов, 1983. - 232 с., стр.215), принятый в качестве прототипа

К недостаткам этого метода нужно отнести то, что при использовании данного способа определения времени реверберации возникает необходимость присутствия человека в акустической камере, либо требуется создание громоздких приспособлений для произведения выстрела (особенно при задании давления в центре камеры высотой более 10 м). Кроме того, невозможно увеличить уровень звукового давления за счет нескольких выстрелов (время между выстрелами становится соизмеримым со временем реверберации). Существенным недостатком является и узкий частотный диапазон относительно рабочего диапазона акустической камеры, т.к. данный метод рекомендуется при исследовании в частотном диапазоне до 1 кГц, а рабочий диапазон камер доходит до 8 кГц.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение указанных недостатков, что позволит более точно определять время реверберации и повысить качество проведения акустических испытаний.

Решение этой задачи достигается тем, что источником кратковременных импульсов служат разрывные болты, при этом вначале получают для разрывного болта импульс давления, причем уровень звукового давления задают по этапам во всем рабочем диапазоне реверберационной камеры, увеличивая количество одновременно срабатываемых разрывных болтов, а при анализе частотного состава импульса используют ударный спектр ускорений.

Суть заявленного решения может быть пояснена следующим образом. При проведении испытаний по определению времени реверберации необходимо задавать воздействие во всем рабочем амплитудно-частотном диапазоне акустической камеры. Это объясняется разным временем затухания сигнала на разных частотах, а также нелинейностью, возникающей в камере между заданным давлением и полученными уровнями звукового давления. Задание различного уровня звукового давления выполняется с помощью подрыва различного количества разрывных болтов.

На фиг.1 показан импульс силы от разрывного болта 8Х54 (импульс силы получен автономно на специальном стенде). На фиг.2 показан ударный спектр ускорений от воздушной ударной волны разрывного болта 8Х54, зарегистрированный на расстоянии 150 мм от точки подрыва болта. Максимум давления у данного болта сохраняется в частотном диапазоне до ˜3-4 кГц, а уровень звукового давления, превышающий на 30-40дБ уровень шума, сохраняется до частот ˜5,5-6 кГц (ударный спектр ускорений в таком диапазоне уменьшается всего лишь втрое). Т.е. данный разрывной болт обеспечивает широкий частотный диапазон, а необходимый уровень звукового давления обеспечивается одновременным подрывом нескольких разрывных болтов. Использование ударного спектра ускорений позволяет более корректно оценить частотный состав сигнала, так как Фурье-анализ с математической точки зрения корректен только при использовании бесконечных стационарных процессов, а ударный спектр ускорений таких ограничений не имеет.

Разрывные болты одной партии имеют стабильную характеристику как по давлению, так и по времени срабатывания, поэтому в точке их установки не составляет проблем подобрать необходимое давление (подбор количества разрывных болтов проводится экспериментально, так как нет линейной связи между количеством болтов и ростом давления). Разброс времени срабатывания болтов одной партии (при одновременной подачи напряжения на болты) не превышает ˜10% от длительности импульса.

Оценим расстояние, которое проводит звуковая волна за время t=3·10^-4 c (длительность срабатывания болта плюс погрешность за счет разновременности срабатывания группы болтов).

L=ct, где с - скорость звука в воздухе (с=340 м/с)

L=340·3·10^-4=10,2 см в одном направлении по радиусу.

Т.е. нарастание давления проходит в области диаметром ˜20-21 см. Эта область несколько увеличивается за счет средств монтажа разрывных болтов, но остается в области ˜30 см, что для реверберационной камеры объемом в 500-1000 м³ все равно остается точечным источником давления.

Наличие в камере стандартных электрических разъемов, а также приспособлений для расположения микрофонов не создает проблем с подрывом болтов и регистрацией уровней звукового давления (обеспечиваются стандартные условия работы).

Таким образом, использование разрывных болтов для создания необходимых уровней звукового давления позволяют существенно улучшить точность определения времени реверберации (за счет создания необходимых уровней звукового давления во всем амплитудно-частотном диапазоне рабочих давлений исследуемой реверберационной камеры).

Пример практического исполнения

Рассмотренная методика была реализована при определении времени реверберации акустической камеры РК660, объемом 660 м³, выполненной в виде прямоугольного параллелепипеда с основанием 6,9×8,7 м и высотой 11 м. В качестве источников ударных воздействий использовались разрывные болты 8Х54. Для регистрации акустического давления применялись микрофоны ДХС517 (было установлено 4 микрофона). Микрофоны вывешивались на углепластиковых шестах на высоте 4 м от пола и на расстоянии 1,5 м от стен камеры. Разрывные болты вывешивались на тросе и металлическом шесте. Шесты крепились к силовому полу с помощью специальных зажимов. Ударный спектр ускорений определялся по результатам измерений ускорений с помощью акселерометра АВС052, установленного на пластине 150×150 мм, вывешенной на тросе на расстоянии 150 мм от разрывного болта (одиночный подрыв). Первая собственная частота пластины составляла ˜ 80 Гц и на измерения в области частот свыше 150 Гц влияния не оказывала. Вид ударного спектра ускорений показан на фиг.2 (обеспечивается "перекрытие" всего необходимого частотного диапазона).

Подрывы болтов выполнялись последовательно в 3 этапа (группы по 1, 2, 4 болта) по 3 подрыва на каждом этапе. Время регистрации 15 с при каждом подрыве.

В качестве примера на фиг.3 показаны 3 графика давления, зарегистрированные на акустическом датчике А1 при первом подрыве одного болта (без фильтрации - "а", с фильтрацией оставляющей сигналы в диапазоне 22-44 - "б" и 44-88 Гц - "в"). Фильтрация выполнялась с использованием полосового фильтра Баттерворта пятого порядка

Время реверберации определялось для каждой из восьми смежных частотных полос шириной в одну октаву. Центральные частоты октав и ширина каждой октавы приведены в таблице 1

Таблица 1№ диапазонаЦентр полосы октавы, ГцНижняячастота, ГцВерхняя частота, Гц131,5224426344883125881774250177354550035470761000707141472000141428288400028285656

Среднее время реверберации (осреднение выполнено по трем подрывам) в октавных диапазонах для 1 этапа (подрыв одного болта, СКЗ˜ 140 дБ) и 3 этапа (подрыв четырех болтов, СКЗ˜ 153 дБ) приведены в таблице 2.

Таблица 2Центр полосы октавы, ГцЭтап 1 Время реверберации, сЭтап 3 Время реверберации, с31,56.78,4639,713,21259,39,72506,16,55005,76,410004,64,720003,23,040002,02,1

Как видно из таблицы, время реверберации при увеличении уровня звукового давления увеличивается. При этом до 125 Гц отличия незначительно превышают погрешность измерений и обработки, а начиная со 125 Гц, отличия меньше погрешности измерений и обработки (-25%).

Из известных авторам источников информации и патентных материалов не известна совокупность признаков, сходных с совокупностью признаков заявленных объектов.

Изобретение относится к области определения одной из основных метрологических характеристик акустических камер и может быть использовано при аттестации акустических реверберационных камер различного объема с большими рабочими значениями уровней звукового давления. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений. Предложенный способ определения времени реверберации заключается в создании звукового поля с помощью кратковременных импульсов, измерении звукового давления, проведении частотного анализа применяемого импульса и определении времени затухания уровня звукового давления. Источником кратковременных импульсов служат разрывные болты, при этом вначале получают для разрывного болта импульс давления, причем уровень звукового давления задают по этапам во всем рабочем диапазоне реверберационной камеры, увеличивая количество одновременно срабатываемых разрывных болтов, а при анализе частотного состава импульса используют ударный спектр ускорений. 3 ил., 2 табл.

Способ определения времени реверберации, заключающийся в создании звукового поля с помощью кратковременных импульсов, измерении звукового давления, проведении частотного анализа применяемого импульса и определении времени затухания уровня звукового давления, отличающийся тем, что источником кратковременных импульсов служат разрывные болты, при этом вначале получают для разрывного болта импульс давления, причем уровень звукового давления задают по этапам во всем рабочем диапазоне реверберационной камеры, увеличивая количество одновременно срабатываемых разрывных болтов, а при анализе частотного состава импульса используют ударный спектр ускорений.