Способ измерения коэффициента звукопоглощения

 

..-а :е.. юру- -. к

j ЩДЯ Би.д.!1 < j" ДЩ11 ЩЯ

-ФйамъажаМВА (1 432265

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИС

АНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Зависимое от авт. свидетельства— (51) М.Кл. Е 04b 1/74

G Оlп 13/00

G Oil 100 (22) Заявлено 04.01.72 (21) 1734690/18-10 с присоединением заявки ¹â€” (32) Приоритет—

Опубликовано 15.06.74. Бюллетень Л 22

Дата опубликования описания 05.02.75

Государственный комитет

Совета Министров СССР оо делам изооретений н открытий (53) УДК 534.232 (088.8) (72) Лвтор изобретения

Н. Н. Писаревский (7l) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

ЗВУКОПОГЛОЩЕН ИЯ

Р2 (/1

1, P (о)

Л 1 — Ci (2) 25

Изобретение относится к области акустики. Оно может быть использовано в строительстве, автомобилестроении, авиации, судострое.нии и в других отраслях народного хозяйства при определении характеристик звукопоглощающих материалов и конструкции.

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

Недостатками известного способа является получение результатов в виде сложной нелинейной зависимости, что затрудняет автоматизацию процесса измерений. Частотный диапазон измерений ограничен в области высоких 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 волнувнаправлении нормали, принимают сигналы, пропорциональные 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 а вместо распределения уровня звукового завления вдоль оси трубы измеряется мнимая функция пространственной корреляции звуковых давлений (зависимость мни5 мой корреляции звуковых давлений в двух точках от расстояния между ними), которая связана с а более простой зависимостью.

Мнимая функция пространственно корреляции определяется соотношением

10 1 т

В12 (Лх) = lim — Р1 (t) Ре (L) dt — Р, (/) Р2 (t), т- Т о (l) где через Р,(/) и Р2(/) обозначены звуковыв

15 давления в двух точках; Лх — расстояние между точками, а черта снизу означает сопряженную по Гильберту величину.

Ре(1) представляет собой мнимую часть звукового давления во второй точке и выражается через действительную часть с помощью преобразователя Гильберта как главное значение интеграла

По физическому смыслу преобразование (2) соответствует повороту фаз всех частотных составляющих на 90 без изменения амплитудЗО ных значений.

432265

На чертеже показан интерферометр, используемый 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 Лх друг от друга в точках М1 и Ms расположены два микрофона, один из которых может свободно перемещаться вдоль оси трубы, а второй, опорный, расположен в точке М1 на расстоянии а от испытываемого образца. Обозначим звуковые давления в точках М1 и М

P1(t) и Р2(/) соответственно и представим их в виде суммы прямой и отраженной волн

Р1 () Ртпр () + Р 1отр () (3)

Р (1) =Р,„,Я+Р„, (), (4)

Подставляя выражения (3) и (4) и выражение (1), получим

Вд (а, Лх) = (Р,„р+ Р„,р) (Р „р+ Р „р) =

Р1лр Р2пр+ Р1пр Р2отр+ Р1отр Р2нр P10Yð ?отр (5)

Пусть вблизи отражающей поверхности (при х = 0)

P „„ А sin (ot (б) и Р„р — — А ° r ° sin ((ot + q) (7) где

r — модуль коэффициента отражения, а (p — его фаза.

Тогда входящие в формулу (5) величины можно записать в виде:

Р,„= А sin ((ol — Ка), Р „р = А r sin ((ot + Ка + (p), Р2 1,p —— А sin ((ot — К (а + Лх) 3

Р,р — — А sin ((ot — К (а + Лх) — (11)

Р „r ° sin((ot+ К (а+ Лх) + ф), (12)

Ра„= А ° r ° з1п ((ot + К (а + Ax) + q — — . астр

2 ) (13)

Найдем мнимую часть пространственной корреляции, подставляя выражения (В) — (13) и формулу (5)

В12 (а, Лх) = А sin ((ot — Ка) А sin ((ot— — К (a + Лх) — —" + А sin ((ot — Ка) Х

ХА ° r ° sin((ot+ К (а+ Лх) +

+ (р — —" I (+ А ° r ° sin ((ot + Ка +

+ y) ° А sin ((ot — К (а + Лх) — ) +

2 Д

+ А: r ° sin ((ot + Ка + (р) ° А х r ° sin ((ot + К (а + лх) + (11 — — " ) > 4

2 3

А— з1п

+Лх) +

+ Лх) 4

А

КЛх — — ° r ° sin (К (2а +

А2 () + - ° r-sin (К (2а +

А

+ (р) — - — ° rs ° sin КЛх, (14)

2 откуда после сокращения получаем

В1 (Ка, КЛх) = (1 — r ) sin КЛх=Р

Лх (t) ° а (t ) ° sin 2л (15) / где P, „, (t) — средний квадрат звукового

15 давления падающей волны;

a(f) = 1 — r (f) — коэффициент поглощения звука;

2ттf 221

К = — = — — волновое число, (:

/ — частота;

Х вЂ дли звуковой волны; с †скорос звука.

Из соотношения (15) видно, что при изме2я рениях на гармонических звуковых сигналах мнимая часть функции пространственной корреляции является синусоидальной функцией с .периодом, равным длине звуковой волны, и амплитудой, пропорциональной искомой вели0 чине 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 прн определении коэффициента поглощения для синусоидальных сигналов, но и

40 средних значений коэффициентов поглощения в частотных полосах (например в октавных или третьоктавных). При использовании в качестве измерительного сигнала октавных или третьоктавных полос белого шума спектр сигнала

4„можно представить прямоугольной полосой с шириной Лв = (.1р — (ol и средней частотой

211т(212 с волновыми числами соот* (00 =

К1+ К, 60 ветственно ЛК = К1 — К 11 Ko =

Мнимую часть функции просгранственной кор. реляции легко получить, интегрируя выраже. ние (15) по волновым числам в пределах от

К1 до К . После Вычислений получим

В1 (ЛК, Лх, l(o) =

АКАх

sin

= Р. ., (t) а (Ко) sin КЛх = тх/(Лх

2 пЬх

sin о

65 М

432265 то

Ах

sin -..—

Ю.,ах лл (18) С другой стороны, для нахождения амплитудного значения второго сомножителя з1п/(Лх требуется выполнение условия

Лх = (19) Объединяя выражения (17) и (19), получим

io (4Лл (20) или

io fo — — 16

Лл Л/ (21) Это значит, что если относительная ширина полосы измерительного сигнала не превышает

16, затухающий множитель при Лх = Хo/4 не будет меньше, чем 0,6. Следовательно для использования на практике значений Af/fff процедура определения а (fo) в частотных полосах ничем не отличается от процедуры определения u(f) на чистых тонах.

При измерениях коэффициента звукопоглощения а(f) как функции частоты искомые величины u(f) в соответствии с формулой (15) определяется как (22) где В,s

4 /

Выражение (16) отличается от (15) знаком

Ьх Ьх

« — » и множителем з1п л . 1 °,, котоьл 1 м. рый является затухающей функцией, стремящейся к нулю при Лх . Для не слишком больших значений относительной ширины полосы спектра измерительного сигнала Af/fp, мнимую часть функции пространственной корреляци и также можно рассматривать как синусаидальную функцию с медленно изменяющейся амплитудой, пропорциональной искомой величине а (см. фиг. 2б).

Действительно, если выполняется условие

Лх -<4ЛХ = 4 (17)

u(fi =В,,ff, — ) (23) Аналогичным образом определяется частотная зависимость среднего звукопоглощения в частотных полосах

25 а (/о, Л/ ) = В,,(f, Л/, (24) гае В „ ff,, Af, — ) — макснмааьное значение затухающей мнимой части функции проcTp3HcTBpI- корреляции. Штрих в формулах

i. (23) и (24) означает, что значения B» (f, — ) — 4

А0 или, соответственно, Вд (f, Af, — j измере35 — 4 ) ны после предварительной калибровки измерителя корреляции.

Предмет изобретения

Способ измерения коэффициента звукопоглощения посредством интерферометра, отличающийся тем, что, с целью автоматизации

45 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 корреля55 ции, равное измеряемой величине.

6 амплитудное значение мнимой части функции пространственной, корреляции, a g — коэффициент, который для удобства выбирается равным единице путем выбора коэффициентов усиления в излучающем или приемных трактах. Эта калибровка может быть выполнена, например, при установке в интерферометре специального звукопоглощающего образца, для которого коэффициент звукопоглощения щ а(/) =1.

Таким образом, если в интерферометре установить два микрофона давления на расстоянии i./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

Редактор И. Шубина

Составитель Г. Тереков

Текред Л. Акимова

Корректор T. Хворова

Заказ 6374

Изд. ¹ !861 Тираж 678 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Я(-35, Раушская наб., д. 4/5

МОТ, Загорский цех