Способ определения акустического отношения в ограниченном объеме Советский патент 1991 года по МПК H04R29/00 

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано при определении акустических характеристик залов, кинотеатров, заглушенных камер, измерительных гидроакустических бассейнов и т.п.

Целью изобретения является повышение точности.

jf Акустическое отношение - отношение плотности энергий отражений от границ помещения (среднего по пространству квадрата огибающей звукового давления) к плотности энергии (квадрату огибающей звукового давления) прямого сигнала

RA- тЛР втр Рп р.

(О

где ro(PJTB ) средний по пространству квадрат огибающей

Рг

пр

звукового давления в отраженном поле; - квадрат огибающей прямого звука.

На чертеже изображена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит генератор 1, посредством которого через усилитель мощности 2 возбуждается излучатель 3. Частотомер 4 используется для контроля частоты, а осциллограф 5 - формы подводимого к излучателю 3 напряжения. Регистратором 6, в качестве которого монет применяться вольтметр, самописец или АЦПУ, фиксируется подводимое к зажимам излучателя 3 напряжение.

05

сл

00 Јь ГО

Приемник 7 преобразует акустическое давление в электрическое напряжение. Посредством предварительного усилителя 8 осуществляют согласование импедансов приемника и приемного тракта. Полосовой фильтр 9 не пропускает сигналы посторонних частот и улучшает отношение сигнал-шум. Для усиления напряжения используют усилитель 10. Регистратор 11 (вольтметр, самописец, АЦПУ) служит для измерения напряжения на выходе тракта.

Измерение, управление, сбор и обработка данных могут выполняться с использованием измерительной информа ционной системы.

Способ реализуют следующим образом.

В исследуемом объеме на фиксированном расстоянии устанавливают излу чатель 3 и приемник 7 (корреспонденты) . Рекомендуется устанавливать корреспонденты на жесткую базу, фиксирующую их взаимное расположение и прикрепляемую к координатному устройству, посредством которого осуществляют перемещение корреспондентов. Переход к новому пространственному положению может осуществляться путем поворота или изменения любой из линейных координат.

К зажимам излучателя 3 от генератора 1 через усилитель 2 подводят фиксированное напряжение (ток), измеряемое регистратором 6 и обеспечивающее в точке приема необходимое превышение измерительного сигнала над эффективным значением помех.

На выходе приемника 7 посредством регистратора 11 измеряют напряжение .(усиленного и профильтрованного сигналов) .

Не изменяя взаимного положения корреспондентов и подводимого к излучателю 3 напряжения (тока), их перемещают в другие точки пространства, отстоящие от предыдущих (хотя бы для одного из корреспондентов) на расстояние не менее 0,5 AH (n длина волны на низшей частоте диапазона измерений) , и измеряют напряжение на выходе приемника 7. При непрерывном перемещении регистрацию напряжения на выходе приемника осуществляют с использованием самописца уровня или АЦПУ-11, бери отсчеты в интервалы временя, соответствующие 0,5Ац.

По результатам наблюдений в N пространственных положениях определяют

5

оценки числовых характеристик распределения квадрата огибающей напряжения на выходе приемника: среднего, среднего квадратического отклонения и коэффициента вариации.

Исходя из вероятностной модели по-. ля, параметром которой является акустическое отношение, по значению коэффициента вариации квадрата огибающей напряжения определяют искомую величину.

Для установления этой зависимости используют выражение для результирующего поля в объеме

20

25

30

35

1

Р2 пр

к cos(C|J -Cp где Р

пр

),

Р2 ото

+ 2Р

пр

ротр (2)

пр

эффективное значение давления в результирующем поле,1 эффективное значение поля прямого сигнала,- эффективное значение поля отражений;

разность фаз между прямым и отраженным сигналами. Раскрыв скобки в аргументе косинуполучают интерференционный член в виде произведения огибающих вещественной и мнимой частей комплексного

отр

Р

са,

давления в прямом ранением (Р

отр,

+

(РцрГ РОТрг) полях

Рпра)

и отр2 р2

z р

Pnp2.porpj. )

Рг

огр

+ 2(Р,

ПР.

ОТр,

(3)

Отсюда и исходя из вероятностной модели поля отражений, получают значения для среднего в дисперсии квадрата огибающей результирующего давления

пь

Ч(Р) Р р + т,( ); D(P|) (Р ОТр) 4P«pmi PVp

Тогда квадрат коэффициента вариации квадрата огибающей результирующего давления с учетом определения (1)

(А) ).(5)

0

21рЈ).

п ,) .l(P«f.

V2(Р2)

Рг

р

п

. р2ОТр U

d + нд)

(6)

Из последнего выражения следует 1

R,

- - V4PЈ)

(7)

51

Таким образом, получив экспериментально оценки среднего, дисперсии и коэффициента вариации квадрата огибающей давления, посредством алгоритма (7) определяют акустическое отношение.

Для определения необходимого числа наблюдений N рассматривают погрешности способа.

Раскладывают алгоритм (7) в ряд Тейлора около математического ожидания коэффициента вариации (Ve)

1 . . . V0

2YL.) (v 1 - П ; iv

v0)2 +

(8)

Применяя к выражению (8) оператор дисперсии и ограничиваясь двумя членами разложения, получают

(1 - V)

к

D(V).

(9)

Дисперсия оценки коэффициента вариации определяется выражением

D(V)

) -4 SifWi&il44rH|U2N

где ni - начальный момент k-ro порядка

(Цк - центральный момент k-ro порядка;N - число наблюдений .

Используя связь центральных и начальных моментов, представляют выражение (10) в виде

D(V)

.i™j 5}iraii mi 4n(m1-m)N

Исходя из выражения для начального момента k-ro порядка огибающей смеси детермированного сигнала и нормально распределенной величины, получают

п,

.%, )Т(1 + k),F,(-k, 1,

(12)

1А

де TZ - гамма-функция , F4(-k,1,z) - гипергеометрическая функция.

з выражений (11), (12) следует

лi

D(V) 5Л ±8Кл+ ОК4+бК|+Кж), ,

N(2+9RA-H6PJH+14R2+6Rf+RO

45

50 п .ш

55 п

.п

Отсюда и принимал по внимание выражения (6) и (9), получают

D(RA)

-а.(2

бкзд + R;.

Коэффициент вариации (относительное среднее квадратическое отклонение) Ю оценки акустического отношения

д р-:,

V(V Ч ГГ (1+4V5RA+3R3A. (15)

20

25

30

Систематическую составляющую погреш- 5 ности определяют, исходя из выражение (8)

А 1 1ч- 2V л АО л. .I ±Ifin(v)

URA 2 (1 - VJX-

С учетом выражений (6), (7), (9) относительное значение систематической погрешности

К -г-гтгЗЫг(4.). (,«

Необходимое число наблюдений определяется требуемой точностью, исходя из выражения (15)

2(1 + 4RA + 5R2A + . (17)

N

Выполняют измерения в N 2/V,. ках объема, на основании которых определяют предварительно значение RA. Если ,03, то выполняют измерения

35 в еще -N (4+5RA- -3R2.) точ0 Q9 «л ках объема, и определяют акустическое

отношение, исходя из Nfl зультатов наблюдений.

N + N ре

40

i

, ,

Из формул (15), (16) следует, что составляющие погрешности определения RA тем меньше, чем меньше само измеряемое значение. Однако измерять очень малые значения акустического

45 отношения ,03) нецелесообразно, поскольку в этом случае коэффициент вариации квадрата огибающей давления становится соизмеримым с коэффициентом вариации случайной составляющей

50 погрешности измерения квадрата напряжения (обусловленной посторонними акустическими шумами, электрическими .шумами измерительного тракта и т.п.). Чтобы не обращаться к процедуре дис55 перснонного анализа, позволяющей

расщепить общую дисперсию на компоненты, обусловленные изменчивостью .поля и случайными ошибками измерений, следует выполнять измерение в условиях, когда случайной составляющей погрешности можно пренебречь по сравнению с изменчивостью поля. Этого можно достичь даже в условиях очень хо- рошо заглушенного помещения путем увеличения расстояния между корреспондентами.

Формула изобретения

Способ определения акустического отношения в ограниченном объеме, основанный на возбуждении стационарного акустического поля посредством излучателя и измерении электрического напряжения на выходе приемника, помещенного в это поле, отличающийся тем, что, с целью повыше

5

пня точности, измерения, выполняют при размещении излучателя и приемника в N пространственных положениях с сохранением неизменными их взаимного расположения и возбуждения излучателя, причем число N выбирают из условия N Ј 2/V , где - заданное

значение относительного среднего квадратического отклонения погрешности определения акустического отношения, определяют коэффициент V вариации квадрата напряжения на выходе приемника, а акустическое отношение Л определяют из выражения

1

V

лЬ - VJ

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано при определении акустических характеристик залов, заглушенных камер, измерительных бассейнов и пр. Целью изобретения является повышение точности измерения акустического отношения. Экспериментально определяют числовые характеристики стационарного акустического поля в ограниченном объеме и используют связи этих характеристик с искомой величиной, следующей из вероятностной модели поля. Чис- л овые характеристики определяют по результатам измерения напряжения на выходе приемника при размещении излучателя и- приемника в различных пространственных положениях, сохраняя неизменными их взаимное расположение и напряжение, подводимое к излучателю. Число пространственных положений определяют, исходя из заданного значения показателей точности. 1 ил. (Л