Способ определения акустического отношения в ограниченном объеме

 

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. Числ овые характеристики определяют по результатам измерения напряжения на выходе приемника при размещении излучателя иприемника 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

СО1ОЗ сОВЕТСНИх

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИК

КаЪБЛИН

А1 (19> 011

®) Н 04 Е 29/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ пРи Гннт сссР (21) 4715410/10 (22) 06.07.89 (46) 23.06.9!. Бюл. Р 23 (71) Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор (72) С.Б.Барон (53) 534.232 (088.8) (56) 1 люкин И.И., Колесников А.Е.

Акустические измерения в судостроении. — Л.: Судостроение, 1982, с.64. (54) СПОС6Б ОПРЕДЕЛЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОГО

0TllO1JEllNI В ОГРАНИ 1ЕННОМ ОБЪЕМЕ (57) Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано при определении акустических характеристик залов, заглушенных камер, измерительных бассейнов и пр.

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.

;; 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

Р = ш (РЯ ) /Рт А 4 отр пр где ш<(Р ) — средний по пространству квадрат огибающей

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 иэ вероятностной модели поля ° Чис.ловые 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 иэ заданного значения показателей точности. 1 ил. звукового давления в отраженном поле, P — квадрат огибающей пряfl мого звука.

На чертеже изображена блок-схема устройства, реализующего предлагаемь<й способ.

Устройство содержит генератор 1, посредством которого через усилитель моцности 2 возбуждается излучатель 3.

Частотомер 4 используется для контроля частоты, а осциллограф 5 — формы подводимого к излучателю 3 напряжения. Регистратором 6, в качестве которого может применяться вольтметр, самописец или АЦПУ, фиксируется подводимое к эалимам излучателя 3 напряжение.

1658420

Приемник 7 преобразует акустическое давление н электрическое напряжение. Посредством предварительного усилителя 8 осуществляют согласование иипедансон приемника и приемного

Тракта. Полосоной фильтр 9 не пропускает сигналы посторонних частот и улучшает отношение сигнал-шум. Для усиления напряжения используют усилитель 10. Регистратор 11 (вольтметр, самописец, ЛЦПУ) служит для измерения напряжения на ныходе тракта.

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

В исследуемом объеме на фиксированном расстоянии устанавливают излучатель 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 иэ линейных координат.

Y. зажимам излучателя 3 от генератора 1 через усилитель 2 подводят фиксированное напряжение (ток), измеряемое регистратором 6 и обеспечивающее н 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 корреспондентон) на расстояние не менее 0,5 3н (Аи — длина волны на низшей частоте диапазона изиерений), и измеряют напряжение на выходе приемника 7. При непрерывном перемещении регистрацию напряжения на выходе приемника осуществляют с использованием самописца уровня или

АЦПУ-11, беря отсчеты в интервалы времени, соответствующие 0,5%я.

По результатам наблюдений в N пространстненных положениях определяют

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

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

Для установления этой зависимости используют выражение для результирующего поля н объеме

m<(P«„ ) = Р,, + m, (Р ); (4)

«г и ф р огда квадрат коэффициента вариации квадрата огибающей результирующего давления с учетом определения (1) V (Р ) э(р )

2 n,(Р )

4 (Р „ + н, (Р „) (Рг + n (Рг g)

1 (1+ EtA)2 (Ь) Из последнего выражения следует

R

1. (7) «е нр отр

"соз(9 (я ) э яр э (2) где Р— эффективное значение давления в результируюцем поле, P „ — эффективное значение поля прямого сигнала;

Р— эффектинное значение поля отражений;

25 Ц)- (н — разность фаз между прямым и отраженным сигналами.

Раскрыв скобки в аргументе косинуса, получают интерференционный член в виде произведения огибающих вещест.

30 венной и инииой частей комплексного давления в прямом (P @,, Pzp ) и отраженЯои (Рот, Рот

Р р + Ротр 2(Р Pomp, +

35 Pz отРх (3)

Отсюда и исходя из вероятностной модели поля отражений, получают значения для среднего в дисперсии квад. рата огибающей результирующего дав40 ления

1658420

- 10

V(RÄ)— (15) (8) 20

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

Для определения необходимого числа наблюдений N рассматривают погрешности способа.

Раскладывают алгоритм (7) в ряд

Тейлора около математического ожидания коэффициеНта вариации (Ч ) 1 vo

R 1 + --- --------- У

4 (1 — Чг )э

V2 о о

"Ъ(Ч вЂ” Ч ) + ------------- (1 + о 2(1 Чг)ЭП о

ЗЧг

+ -«--k---) (Ч вЂ” V )г + ! о о

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

Л V2 л

D(R ) — — — — ---- D(V) .

A (! Чг)г о

Дисперсия оценки коэффициента вариации определяется выражением в(ч) = ш(046 ) 4ш,, +4 (!О) 4m p2N где m — начальный момент k-го порядК ка, (И„„ — центральный момент k-го порядка;

N — число наблюдений

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

m m -4ш, n m -m, н +4ш

4ц1(ш -m )N

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

n„= n (P )Т(1 + k), F, (-k, 1, К

1 — — — ) (12)

R4 где Т Z — гамма-функция, F (-l., 1,z) — гипергеометрическая функция.

Иэ выражений (11), (12) следует

R (2+8R + ОКД +6R ë+Rg)

Ф

D (V) ЯЬ « 3

2+9 л+16Р гн+ 14 R„ +6R„+R ) Отсюда и принимая Do внимание выражения (6) и (9), получают

Л Рг

D(R ) -- -(2 + SR + 10R2 +

А N Я A

6 э + Р )

Ф (14)

Коэффициент вариации (относительное среднее квадратическое отклонение) оценки акустического отношения

Систематическую составляющую погрешности определяют, исходя из выразкение (8) + 2чг RA — 2 (! Чг У Р(Ч) о

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

Необходимое число наблюдений опрепеляется требуемой точностью, исходя иэ выражения (15)

2.

2(1 + 4RA + 5Ц + ЗКгА)Ч (17)

Выполняют измерения в К = 2/Чг точках объема, на основании которых определяют предварительно значение RА.

Если Е4> 0,03, то выполняют измерения (2К4

З5 в еще N N -N= --,- --(4+5R +Зонг ) точо v(4 а ках объема, и определяют акустическое отношение, исходя из N = N + N peI зультатов наблюдений.

40 Из формул (15), (16) следует, что составляющие погрешности определения

Е4 тем меньше, чем меньше само измеряемое значение. Однако измерять очень малые значения акустического

45 отношения (RA (0,03) нецелесообразно, поскольку в этом случае коэффициент вариации квадрата огибаюцей давления становится соизмеримым с коэффициентом вариации случайной составляющей погрешности измерения квадрата напря;кения (обусловленной посторонними акустическими шумами, электрическими .шумами измерительного тракта и т.п.).

Чтобы не обращаться к процедуре дисперсионного анализа, позволяющей

"расцепить" общую дисперсию на компоненты, обусловленные изменчивостью (!З)поля и случайными ошибками измерений, следует выполнять измерение в услови1658420

< ормулаиэобретения

Р 1

Чг

Составитель С.Юдин

Редактор Т.Иванова Техред М.Дидык Корректор Л.Патай

Заказ 2436 Тираж 389 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул. Гагарина, 101 ях, когда случайной составляющей погрешности можно пренебречь по сравнению с изменчивостью поля. Этого можно достичь даже в условиях очень хо5 роыо заглушенного помещения путем увеличения расстояния между корреспондентами.

Способ определения акустического отношения в ограниченном объеме, основанный на возбуждении стационарного акустического поля посредством излучателя и измерении электрического напряжения на выходе приемника, помеценного в зто поле, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения 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 иэ условия N h 2/7, где Ч вЂ” заданное значение относительного среднего квадратического отклонения погрешности определения акустического отношения, определяют коэффициент Ч вариации квадрата напряжения на выходе приемника, а акустическое отношение Р определяют из выражения