Билет 1

1. Измерительные излучатели звука в воздухе.

Оценка свойств измерительных излучателей производится по частотной характеристике чувствительности в режиме излучения и.

В качестве источника излучения используют электрические преобразователи электродинамического типа – диффузорные громкоговорители прямого излучения.

Неравномерность АЧХ таких источников излучения значительна поэтому используют узкие диапазоны частот. Используют такие аэродинамические источники звука – сирены, вентиляторы. 100Гц – 10кГц при мощности 0,025Вт.

В качестве излучателей использую электростатические преобразователи.

Измерительные приемники звука в воздухе.

В качестве измерительных приемников в воздухе используются главным образом электроакустические преобразователи электростатического типа, микрофоны пьезоэлектрического типа.

2. Импульсные методы измерения коэффициента поглощения α, дБ/м основанына определении звукового давления в двух точках пространства по пути распространения звука. Р_l1 и P_l2 давления на расстоянии l1 и l2 от источника

Билет 2

1. Измерения акустической мощности по измерению давления.

Для электрических преобразователей измеряют мощность в разных диапазонах частот, однако смысл измерения КПД имеет только в близи резонанса.

При измерении звукового давления используют его связь с интенсивностью:

.

Для определения акустической мощности необходимо найти интеграл по площади S, через которую проходит звуковая энергия излучателя.

Это выражение справедливо для плоской волны. Если известен коэффициент осевой концентрации излучателя, то мощность можно найти из значения интенсивности на оси

Измерения Р в этом случае должно проводиться в дальней зоне.

2. Реверберационные – определяющие время затухания волн в объеме.

метод измерения затухания свободных колебаний образца. образец возбуждают стационарными колебаниями по fp после чего выключают воздействие. Приемник регистрирует во времени затухания свободных колебаний.

Билет 3

1. градуировка - выполнение измерительной процедуры, в результате которых получают количественные характеристики измерительного тракта или преобразователя в рабочем диапазоне частот. К таким характеристикам могут быть отнесены: определение поправок к показаниям приборов тракта, чувствительность в режиме излучения приема, характеристики направленности и т.д.

калибровка - процедура, устанавливающая соответствие характеристик измерительного тракта своим номинальным (паспортным) параметрам. Т.е. при калибровке подтверждается соответствие характеристик установки полученных при градуировке.

Градуировку проводят сравнительно редко, а калибровку рекомендуется выполнять многократно в процессе измерений.

2. Звукоизоляцию R оценивают отношением давления падающего на преграду к звуковому давлению прошедшему через нее, выраженное в дБ.

.Часто используют термин «коэффициент прохождения звуковой энергии» , равный отношению потока звуковой энергии, прошедшего через рассматриваемое сечение преграды к потоку звуковой энергии падающей на сечение

, - коэффициент прозрачности.

Билет 4

1. принцип взаимности - чувствительность любого линейного обратимого преобразователя в режиме излучения и приема связаны между собой постоянным соотношением - коф взаимности. γпр = γизл * Н

1 – излучатель 2 – реверсивный 3 – градуируемый

U1 1 X Ux

U1 1 2 U2

I`2 2 X U`x тогда

Ix X 1 U

I2 2 1 U`

I`x X 2 U`2 тогда

Достоинства: чувствительности могут быть выяснены на основе электрических измерений, нет непосредственных измерений акустических величин.

Недостатки: многократная переустановка преобразователей.

В настоящее время применяют линейную схему расположения излучателей и приемников.

2. Производится на основе определения коэффициента отражения звука и звукопоглощения. Коф отражения – отношение отраженного от поверхности образца звукового давления к падающему. Коф звукопоглощения – отношение звуковой энергии, поглощенной образцом, к энергии, падающей на образец. В ряде случаев под поглощенной энергией понимают ту энергию которая вошла в образец. при такой формулировке .

Если определяется α в полном соответствии с определением то

- коэффициент прохождения.

Определение без эталона

Билет 5

1. Метод самовзаимности

Этот метод применим только для обратимых преобразователей.

Следовательно, может рассматриваться как частный случай метода трех преобразователей, когда чувствительность обратимого преобразователя равна чувствительности испытуемого.

Излученный импульс после отражения принимается тем же преобразователем. Следовательно, соответствует третьему этапу, так как .

.

Проблемы: необходим быстрый коммутатор, перегрузка приемника в момент излучения, необходимость наличия экрана на расстоянии.

Экран должен создавать зеркальное отражение, при котором можно пользоваться правилами геометрической акустики.

.

Обобщая требования можно сделать вывод:

,

.

Частотный диапазон градуировки 15-200кГц.

2. Существует большое число разновидностей импульсных методов измерения скорости звука.

- Методы прямого отсчета времени распространения импульса на известное расстояние.

- Методы измерения импульсов, связанные с наложением друг на друга нескольких сигналов из распространяющихся в измерительном объёме.

- иммерсионные методы, основанные на измерении критических углов в жидкостях.

- самовозбуждающиеся кольцевые схемы

Билет 6

1. одной из разновидностей метода самовзаимности является градуировка обратимых пьезопреобразователей – гидрофонов путем измерения величины их активного электрического сопротивления в воздухе и воде. При этом тоже используется только один испытуемый преобразователь и можно обойтись минимальным измерительным объемом обеспечивающим условия свободного поля. Градуировку проводят с помощью RC моста переменного тока. В/Па

К числу достоинств этого метода относится простота используемой аппаратуры малое влияние на результаты отражений от стен помещений что позволяет делать градуировку в небольших баках. Недостатки – пониженная точность результатов и необходимость извлечения преобразователя из воды.

2. эти методы наиболее часто применяются для измерения поглощения в твердых телах с малыми механическими потерями. Коф поглощения находят по резонансным частотным характеристикам образца в форме цилиндра или бруска возбуждаемого на основной частоте или ее гармониках. Размеры стержня, бруска.

n – номер гармоники с скорость распространения звука в образце

при правильно поставленном эксперименте механическая добротность Q колеблющегося образца определяется только внутренними потерями а потери в креплениях и вызываемые излучением в среду малы. .

чтобы уменьшить влияние креплений на колебания испытуемого стержня его крепят в узловой плоскости.

Билет 7

1. гидрофон помещенный на глубине h в сосуд возбуждаемый вибратором действует звуковое давление р обусловленное двумя составляющими – изменением гидростатического давления и градиентом давления необходимым для ускорения частиц жидкости p = ρ ξ g + ρ ξ h

первый член в правой части имеет заметное значение от долей герца до 3-5 Гц. именно в этом диапазоне метод используется для градуировки т.к. на более высоких частотах возникают резонансные явления в измерительном сосуде и градуировка затруднительна.

Давление можно измерять путем вертикальных покачиваний гидрофона или изменением уровня воды при неподвижном гидрофоне. диапазон частот градуировки от долей герца до 1Гц. Чувствительность испытуемого гидрофона .

2. интерферометр для измерения поглощения представляет собой цилиндр заполненный исследуемой средой; с одной его стороны помещается пьезоэлектрический излучатель звука, а с др. подвижный отражатель, причем в процессе измерения расстояние между излучателем и отражателем меняется. Измеряется напряжение на преобразователе U2 при возбуждении генератора с внутренним сопротивлением R0 напряжением U1 и включением резонансного контура параллельно преобразователю.

, ,

Билет 8

1. В области инфразвуковых и низких звуковых частот в воздухе и жидкости для градуировки используют метод пистонфона.

Это устройство представляет собой малую по сравнению с длиной волны камеру с жесткими стенками. В камере с объемом перемещается по гармоническому закону с амплитудой поршень площадью S. Поршень приводится в движение кривошипно-шатунным механизмом. Изменение объема при адиабатическом процессе вызывает соответствующие изменение давление, которое регистрируется приемником помещенным в камеру. Чувствительность определяется как

, ,

- давление в камере до начала перемещения поршня.

Практически стенки камеры не являются жесткими и необходимо вводить поправки.

2. Существует большое число разновидностей импульсных методов измерения скорости звука.

- Методы прямого отсчета времени распространения импульса на известное расстояние.

- Методы измерения импульсов, связанные с наложением друг на друга нескольких сигналов из распространяющихся в измерительном объёме.

- иммерсионные методы, основанные на измерении критических углов в жидкостях.

- самовозбуждающиеся кольцевые схемы

Билет 9

1. Камера формируется из двух упруго связанных пьезоэлектрических цилиндров закрытых по торцам крышкой, в одну из которых вмонтирован вспомогательный излучатель. Внутри камеры помещается испытуемый приемник.

Процедура градуировки заключается в создании с помощью излучателя в камере некоторого давления на заданной частоте. Измеряется напряжение на выходе приемника. Затем давление компенсируется подбором напряжения и фазы подаваемого на внешний цилиндр. Момент компенсации определяется по минимуму сигнала, снимаемого в внутреннего цилиндрического преобразователя.

, -постоянная установки.

определяется путем компенсации , создаваемое столбом жидкости на частоте 0,51Гц. .

На более высоких частотах постоянную компенсации можно определить если использовать приемник с известной чувствительностью

. Погрешность метода компенсации составляет 0,5 дБ.

2. Основой этих методов служит влияние образования в веществе стоячих волн в результате наложения двух плоских волн, движущихся на встречу друг к другу. При этом происходит интерференция (сложение) волн в пространстве. При определенных условиях пространственное распределение звукового давления, или колебательной скорости повторится через половину длины волны звука в веществе. Зная частоту колебаний f и расстояние между соответствующими точками стоячей волны, скорость с находят из выражения: .

Рассмотрим схему простейшего интерферометра.

Излучатель излучает в сторону отражателя акустическую волну. Размеры корпуса выбираются таким образом, чтобы в нем существовала плоская волна (малая камера, измерительная труба). Распространяясь в среде волна отражается от акустически жесткого отражателя, и отраженная волна распространяется в обратном направлении. Таким образом, в среде одновременно существуют две волны, движущиеся в противоположном направлении и общее давление на расстоянии l от излучателя будет равно:

Если построить зависимость А(y)/A_i от расстояния, то можно определить длину стоячей волны, а следовательно и скорость звука. с = λ f.

Билет 10

1. В камере малого объема в которую помещен испытуемый гидрофон и излучатель звука, создается звуковое давление, вызывающее напряжение на выходе гидрофона. От того генератора, через регуляторы амплитуды и фазы возбуждается мембрана, вмонтированная в стенку камеры. Подбором амплитуды и фазы тока возбуждения добиваются компенсации звукового давления в камере, о чем свидетельствует минимум вибраций мембраны, которые контролируются оптическим индикатором. Фиксируется величина тока компенсации , которая прямо пропорциональна создаваемому давлению

, - гидростатическое давление, создаваемое при статической градуировке,

- соответствующий ток, необходимый для компенсации прогиба мембраны.

.

2. Измерения акустической мощности по измерению давления.

Для электрических преобразователей измеряют мощность в разных диапазонах частот, однако смысл измерения КПД имеет только в близи резонанса.

При измерении звукового давления используют его связь с интенсивностью:

.

Для определения акустической мощности необходимо найти интеграл по площади S, через которую проходит звуковая энергия излучателя.

Это выражение справедливо для плоской волны. Если известен коэффициент осевой концентрации излучателя, то мощность можно найти из значения интенсивности на оси

Измерения Р в этом случае должно проводиться в дальней зоне.

Билет 11

1. Сравнение чувствительностей – просто осуществимый измерительный прием, требующий строгого выполнения некоторых условий. Изначальными условиями получения правильных результатов при относительной градуировке являются:

единство времени проведения измерений;

единство места размещения преобразователей в звуковом поле;

единство используемой аппаратуры при проведении измерений с испытуемым и образцовым преобразователями.

При сличении соблюдается единство времени, так как оба приемника одновременно подвергаются облучению звуком. Не соблюдается единство места измерения, следовательно, преобразователи необходимо размещать в точках с равным звуковым давлением. Должны быть учтены направленность излучателя и приемника звука и влияние отражающих поверхностей. Единство измеряемой аппаратуры не сохраняется. Структурная схема градуировки приведена на рисунке.

Пусть излучатель создает давление равное Р. Тогда на выходе электронных трактов создастся напряжение и для испытываемого и образцового приемников. При этом коэффициент передачи электронных трактов равны и соответственно. , , где и - чувствительности испытываемого и образцового трактов. Выражая Р через , , получим , [В/Па].

2. измерение характеристик направленности излучателей и приемников звука является простой операцией но требует выполнения ряда условий для получения правильных результатов.

испытуемый преобразователь поворачивается вокруг оси перпендикулярной плоскости в которой определяется характеристика направленности. расстояние r между излучателем и приемником следует выбирать так чтобы характеристика направленности полностью сформировалась, т.е. не зависела от дальнейшего увеличения r. условия измерений должны соответствовать свободному полю, чтобы при каждом угле поворота измерялся только сигнал, распространяющийся прямо от излучателя к приемнику. такие условия могут существовать в заглушенной камере или при использовании импульсного режима работы, позволяющего отделить во времени прямой сигнал от отраженных.

Билет 12

1.

2. В обычных помещениях в ряде случаев можно проводить надежные измерения шумов. Для этого необходимо убедиться, что создаваемый источниками шум превышает собственные шумы совмещения.

В помещениях с малым поглощением звука поверхностями в каждой точке суммируются волны от источника и одно-, двух-, трехкратно отраженные от поверхности помещения. Отношение этих волн определяет акустическое отношение R_a. Так как энергия сигнала принята с расстояния, то можно найти такое расстояние r между источником и приемником, на котором R_a будет равно выбранному значению:

, S – площадь поверхности помещения, α – средний коэффициент поглощения поверхностей (~ 0,1).

Билет 13

1. Они представляют собой помещения оборудованные средствами акустической защиты от внешних шумов, вибраций и средствами поглощения звуковых волн, попадающих на внутренние поверхности помещений от источников расположенных внутри камеры. Обычно камеры строятся на отдельном фундаменте. Корпус камеры виброизолируют резиновыми пружинами и другими амортизаторами. Применяются для разведки стен и полов камер плавающей конструкции на упругих подвесках. Для установки аппаратуры в средней части устанавливают звукопрозрачную капроновую сетку. Для поглощения звуковых волн внутренние поверхности облицовываются звукопоглощающими конструкциями, которые должны с одной стороны согласовывать удельные акустическое сопротивление материала стен с плотностью среды. Проблема звукопоглощения решается применением клиновидных конструкций из минеральной ваты. Длина клиньев должна быть (2-3)λ и постепенно переходить от острия к основанию. При этом отражение оказывается малым, а звук, проходящий через клин, хорошо поглощается.

Значения собственных шумов в камере измеряются в разное время суток. Величина собственных шумов определяет минимально допустимые уровни показных сигналов, с которыми можно производить работу.

Звукопоглощающие свойства заглушенной камеры обычно оценивают по характеру изменения звукового давления в камере при удалении от источника сферической волны. Отклонение от закона изменения 1/2 на величину не более 0.5дб говорит о высоком качестве звукопоглощения, в пределах 1 ÷ 2дб - допустимые.

2. если измерения производятся вне помещений, то можно ожидать отражения от поверхности земли, при этом в точку приема будут приходить два сигнала – прямой р1 и отраженный от поверхности земли - р2. Полагая р1 полезным сигналом, а р2 – помехой найдем их отношение определяющее качество проводимых измерений.

где H и h высоты излучателя и приемника, Д – расстояние между местами их установки

Билет 14

1. Реверберационные (гулкие) камеры предназначены для создания диффузионного звукового поля. Они снабжены акустической защитой от внешних шумов и вибраций. В отличие от заглушенных камер внутренние их поверхности делаются абсолютно отражающими. Диффузное звуковое поле характеризуется равной плотностью энергии в различных точках пространства, равновероятностью направления звуковых лучей, попадающих в точку приема, и произвольным значением фаз этих лучей. Для создания такого поля размеры камеры не должны быть кратны между собой. Излучатели звука располагают обычно в углах. Для улучшения диффузности применяются изогнутые рассеиватели, размещенные хаотично по объему камеры, V_кам ≥ 200м³ по международным рекомендациям. При V от 100 до 180м³ измерения допустимы для частот

Качество реверберационной камеры определяется временем стандартной реверберации. Т – время падения интенсивности звука после выключения источника в 10раз – 60дб. Т – характеризует поглощение звука стенками камеры.

Реверберационные камеры аттестуют, но величина времени стандартной реверберации и их частотным характеристикам, величина собственных шумов и оценки степени диффузности звукового поля.