СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ЗВУКОПОГЛОЩЕНИЯ Советский патент 1974 года по МПК G01N13/00 E04B1/74 G01L1/25 

1 /

Изобретение относится, к области акустики. Оно мож.ет быть попользовано в строительстве, автомобилестроении, авиации, судостроении и в других отраслях народного хозяйства при определении характеристик звукопоглощающих материалов и конструкции..

Известен способ измерения коэффициента звукоцоглощения материалов и конструкций, ибпользующий интерферометр.

Недостатками известпого способа является получение результатов в виде сложной нелинейной зависимости, что затрудняет автоматизацию процесса измерений. Частотный диапазон измерений ограничен в области высаких частот.

Цель изобретения - автоматизация процесса-измерения и расширение частотного диапазона в область высоких частот и обеспечение возможности измерения в частотных полосах.

Это достигается тем, что.второй приемник располагают на расстоянии четверти длины звуковой волны от первого вдоль нормали к образцу, .возбуждают звуковую волну в направлении нормали, принимают сигналы, пропорциоиальные звуковым давлениям, и преобразуют их в значение мнимой функции пространственной корреляции, равное измеряемой величине.

Сущность предлагаемого способа состоит в том, что для определения коэффициента

поглощения ее вместо распределения уровня звукового завления вдоль оси трубы измеряется мнимая функция пространственной корреляции звуковых давлений (зависимость мнимой корреляции звуковых давлений в двух точках от расстояния между ними), которая связана с а более простой зависимостью.

Мнимая функция пространственно корреляции определяется соотношением

Б,2 (Ал-) lim Р, (/) Р; (t) dt Р, (/) Я2 (О.

r-corJ- j

где через Pi(t) и Pz(t) обозначены звуковые давления в двух точках; Дх - расстояние между точками, а черта снизу означает сопряженную 10 Гильберту величину.

Pz(t) представляет собой мнимую часть звукового давления во второй то-чке и выражается через действительную часть с помопхью преобразователя Гильберта как главное значение интеграла .

Р(о)

Рг (Л - л

(2)

rfa

По физическому смыслу преобразование (2) соответствует повороту фаз всех частотных составляющих на 90° без изменения амплитуд30 ных значений. На чертеже показан интерферометр, «спользуемый для измерения коэффициента звукопоглощения по предлагаемому способу; на фиг. 2 - графики, поясняющие способ. Найдем мнимую функцию пространственной корреляции вдоль оси трубы интерферометра (фиг. 1). Пусть вдоль оси трубы на расстоянии Дл: друг от друга в точках MI и MZ расположены два микрофона, один из которых может свободно перемещаться вдоль оси трубы, а второй, опорный, расположен в точке MI на расстоянии а от испытываемого образца. Обозначим звуковые давления в точках MI и М Pi(t) и P(t) соответственно и представим их в виде суммы прямой и отраженной волн Л(0 -Р1ир(0+-Р.отр(0.(3) sW /,пр (0+ 2отр{0,(4) Подставляя выражения (3) и (4) и выражение (1), получим 5,2 (а, ДХ) (P,np+PloTp) (2пр+Я,о,р) Inp Snpb 1пр- 20Тр + Ютр lllp Ь J IOTp 20Тр Пусть вблизи отражающей поверхности (при л: 0) Рпл А sintot POTD Л Г sin ((О/ + р) г - модуль коэффициента отражения, а ср - его фаза. Тогда входящие в формулу (5) величины можно записать в виде: Р,пр Л sin ((.ot - Ka), л-г-sin ((О/ -f /(а + ф), (10) PS „р Л sin - К(а + Д.Я;) , fj. (п, /а an - Л sin lii)t - Л (а -f Дх) Р2 отр Л . л. sin (ог+ л: (а + Д.) -f ф, (12) Л . г. sin (О/ + К (а + Ах) + - . Найдем мни-мую часть пространственной корреляции, подставляя выражения (8) - (13) в формулу (5) Й12 (о, Д.v) л sin (со - /Си) Л sin mt - /С (а + Ах) -I- Л sin (w/ - Да) X X Л г sin со/ + К (а + Ах) + -f Ф I j -i- Л г - sin («if + Ка + Ч- Ф) . Л sin - /С (а + Ах) - + . +.А-- г sin (yt + Ка -h ф) -Л X . Х sin W + /С (« + Ах + ф - - 1 (5) (6) (7) (S) (9) -sin /СЛлГ-sin К (2а + + ДА:) -J- ф -i- - -r-sin К (2а + -f Ах) -Ь ф - -- /2.sin КАх, откуда после сокращения получаем В12(Ка, КАх) --4 (1-/2) sin/СДдГ (1) а (/) sin 2л: где Р,.,д (/) - средний квадрат звукового давления падающей волны; a(f) l r2(f) - коэффициент /поглощения звука; К - :--волновое число, С л / - частота; А - длина звуковой волны; с - скорость звука. Из соотношения (15) видно, что при измерениях на гармонических звуковых сигналах мнимая часть функции пространственной корреляции является синусоидальной функцией с периодом, равным длине звуковой волны, и амплитудой, пропорциональной искомой величине коэффициента звукопоглощения (фиг. 2а). Коэффициент пропорциональности в правой части выражения (15) можно легко сделать равным единице путем соответствующего выбора амплитуды падающей звуковой волны или чувствительности измерительной аппаратуры. Предлагаемый способ можно использовать не только при определении коэффициента поглощения для синусоидальных сигналов, но и средних значений коэффициентов поглощения в частотных полосах (например воктавных или третьоктавных). При использовании в качестве измерительного сигнала октаъных или третьоктавных полос белого шума спектр сигнала можно представить прямоугольной полосой с шириной Доз -(02(01 и средней частотой (00 2- ВОЛНОВЫМИ числами соот ветственно Д/С - Ki - /(2 И о МНимую часть функции простраНСтвеаной корреляции легко получить, интегрируя выраже ние (15) по волновым числам в пределах от К.1 до /Сг. После вычислений получим Bi2 (ДЛ:, Дж, /Со) ДКАх sin Я1,(0-а(А:о) (0-«(М

Выражение (16) отличается от (15) знаком

x

Дх

- и множителем sin п ТГ

котод.

рый является затухающей функцией, стремящейся к нулю при . Для не слишком больших значений относительной ширины полосы спектра измерительного сигнала А///О, мнимую часть функции пространственной корреляции также можно рассматривать как синусоидальную функцию с медленно изменяющейся амплитудой, пропорциональной искомой величине а (см. фиг. 26).

Действительно, если выполняется условие

. 4- ,(17)

Af

ТО

Дх

sin

дх

,б

Ах

к

С другой стороны, для нахождения амплитудного значения второго сомножителя sin требуется выполнение условия

АО

Ах- Объединяя выражения (17) и (19), получим

4Дл

Jo.

. Д/

Дл

Это значит, что если относительная ширина полосы измерительного сигнала не превышает 16, затухающий множитель при Дх .о/4 ие будет меньше, чем 0,6. Следовательно для использования на практике значений Д///о процедура определения а (/о) в частотных полосах ничем не отличается от процедуры определения а(/) на чистых томах.

При измерениях коэффициента звукопоглощения a(f) как функции частоты искомые Величины a(f) в соответствии с формулой (15) определяется ка

«(/) у.в,(, А,

где 5|, (, - -измеренное при A,v - л/4

4

амплитудное значение мнимой части функции пространственной корреляции, ах - коэффициент, который для удобства выбирается равным единице путем ъы-бора коэффициентов усиления в излучающем или приемных трактах. Эта калибровка может быть выполнена, например, при установке в интерферометре специального звукопоглощающего образца, для которого коэффициент звукопоглощения а (/) - 1.

ТакиМ образом, если в интерферометре установить два микрофона давления на расстоянии /./4 друг от друга и подать сигналы от этих микрофонов на измеритель мнимой корреляции, то при выполнении условия (18) он будет непосредственно показывать значения искомой величины коэффициента звукопоглощения

a(f)B,{f, -)

(23)

Аналогичным образом определяется частотная зависимость среднего звукопоглощения в частотных полосах

а(/о,Д/) В;,(/, А/,

(24)

где Б ,, (/о, ДД-) - макси.мальное значение затухающей мнимой части функции пространственной корреляции. Штрих в формулах

(23) и (24) означает, что значения fiia (/, -)

4 у

или, соответственно, BIZ (/, Д/, - ) измерены после предварительной калибровки измерителя корреляции.

Предмет изобретения

Способ измерения коэффициента звукопоглощения посредством интерферометра, отличающийся тем, что, с целью автоматизации процесса измерения, расширения частотного диапазона в область высоких частот и обеспечения возможности измерения в частотных полосах, второй приемник располагают на расстоянии четверти длины звуковой волны от первого вдоль нормали к образцу, возбуждают звуковую волну в направлении нормали, принимают сигналы, пропорциональные звуковым давлениям, и преобразуют их в значение мнимой функции пространственной корреляции, равное измеряемой величине.

а

fut