2.2.2 Тверді середовища поширення мовних сигналів

Звукова хвиля при перетинанні загорожі частково відбивається, а частково просочується скрізь елемент загорожі. Кількість енергії акустичної хвилі при її швидкості в повітрі с₁, котра просочується крізь загорожу зі швидкістю с₂, залежить від співвідношення акустичних опорів повітря ρ₂ і загорожі ρ₁ (Рис.2.1).

ρ₁с₁ = 41 [МПа•с/м]; ρ₂с₂ = 30…40•10² [МПа•с/м].

L_вихід

L_видб

L_просоч

L_пад

ρ₁с₁ ρ₂с₂ ρ₁с₁

Рис.2.1 Кількість енергії, котра перейшла з одного середовища в інше.

В будівельній акустиці використовують такі поняття:

- коефіцієнт поглинання α = (L_пад - L_видб )/ L_пад;

- коефіцієнт відбиття β = L_видб/ L_пад;

- коефіцієнт звукопроникнення γ = L_вихід/ L_пад;

- звукоізолювання Q = 10lg(L_пад/ L_вихід).

Звукоізолювання основних будівельних конструкцій

Тип конструкції Центральні частоти октавних смуг, Гц

250 500 1000 2000 4000

Заштукатурена

цегляна стінка

товщиною 270 мм 44 51 58 64 65

Залізобетонна сті

на товщиною

100 мм 40 44 50 55 60

Гіпсокартон

товщиною 80 мм 33 37 39 44 44

Перетинка ДСП

товщиною 20 мм 26 26 26 26 26

Канали витоку мовної інформації з виділених приміщень, призначених для проведення конфіденційних заходів (конференції, ділові переговори, доповіді, тощо), є різноманітними, і їх наявність залежить як від побудови приміщення, так і від наявності технічних засобів (засобів озвучування, відеотехніки, наявності засобів життєзабезпечення у вигляді кондиціонерів, коробів вентиляційних повітроводів (котрі мають властивості звукових хвильоводів з загасанням звукової хвилі в межах 0,01-1 дБ/м при довжині короба близькій до довжини звукової хвилі), вікон, системи освітлення, тощо.

Виділяють загалом два канали витоку: прямий акустичний та віброакустичний. Через прямий акустичний канал витоку перехоплення здійснюється за рахунок використання акустичних мікрофонів або за рахунок прямого підслуховування через щілини дверей, вікон, вентиляційні канали, тощо. При розмірах отворів менших за довжину акустичної хвилі (отвори електропровідних комунікацій, тріщини в конструкціях, зазори у з’єднаннях панелей, тощо), загасання звуку може досягати 20 дБ/м. Через віброакустичний канал витоку перехоплення здійснюється за рахунок використання мікрофонів твердого середовища: акселерометрів, віброметрів, велосиметрів через елементи конструкції будівлі, такі, як стіни, скло вікон великого розміру, труби опалення та водопостачання (заповнені водою, або без неї) або будь-які тверді елементи, котрі мають розміри близькі до довжини акустичних хвиль і здатні вібрувати в акустичному полі. Оскільки віброакустична хвиля має довжину λ, котра залежить не від довжини збуджуючої акустичної хвилі, а від щільності матеріалу конструкції, спектральні складові віброакустичних хвиль не співпадають з спектральними складовими збуджуючих хвиль, і зміщені в область високих частот. Тому мікрофони твердого середовища мають специфічні амплітудно-частотні характеристики (АЧХ), що дозволяють шляхом корекції АЧХ спектру сигналу збудження отримувати відгук від віброакустичного сигналу в області акустичного сигналу з розбірливістю, достатньою для отримання змістовного сигналу. Крім того, якщо розміри вібруючої поверхні такі, що довжина хвилі L_пад співпадає з хвилею згибу конструкції і забезпечує ефект «хвильового співпадіння», тобто утворення стоячих хвиль, тоді можливе явище вторинного збурення акустичних хвиль (перевипромінення) з обох боків конструкції. При цьому гучність мовного сигналу за загорожею різко підвищується.

Якщо звукова, або ультразвукова хвиля, тобто хвиля з частотою вищою за 20 кГц, поширюється у твердому середовищі, і при цьому джерелом такої хвилі є процеси, котрі створені самим середовищем (наприклад результат тертя поверхонь предметів, зіткнення предметів, розвиток дефекту у товщі твердого тіла у вигляді щілини що розвивається у часі, міграція газів в металах, взаємодія тіла з електромагнітною хвилею великої потужності, різка локальна зміна температури, тощо), така хвиля називається акустичною емісією. Імпульси акустичної емісії можуть апроксимуватися залежністю у наближенні системи з одною ступінню свободи та в’язким опором:

u = Ae^-ntsinωt.

де А – амплітуда, n – покажчик загасання (залежить від демпфуючих властивостей середовища), ω – кругова частота.

ω = √(р²-n²), тут р=с/m.

с- є коефіцієнтом жорсткості (статичне навантаження, котре викликає одиничне переміщення), m – маса тої частини тіла, котра переміщується. Зазвичай n«р та ω=р. Період коливань у системі:

Т=2π/√(p²-n²)≈ 2π/p

Дикримент загасання σ=nT. Величина відносного розсіювання енергії ψ≈ 2σ.

При збудженні коливань коротким прямокутним імпульсом амплітуда приблизно визначається залежністю:

А=S/mp,

t₁

де S є імпульсом сили S=∫P(t)dt

0

Тут сила P(t)=0 при t<0

P(t)=P₀=const при 0<t<t₁

P(t)=0 при t>0.