Способ измерения коэффициента звукопоглощения

(32) Приоритет -Опубликовано 15.06.74, Бюллетень Ъе 22 Дата опубликования описания 05.02.75 Государственный комитет Совета Министров СССР оо делам изобретений н открытий(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭффИЦИЕНТА ЗВУКОПОГЛОЩЕН ИЯ(2) 25 1Изобретение относится к области акустики. Оно может быть использовано 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, 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 уровнязвукового завления вдоль оси трубы измеряется мнимая функция пространственной корреляции звуковых давлений (зависимость мни 5 мой корреляции звуковых давлений в двухточках от расстояния между ними), котораясвязана с а более простой зависимостью.Мнимая функция пространственно корреляции определяется соотношением10В,2 (Лх) = 1(тп - " Р, (/) Ре (/) Ж = Р, (/) Р 2 (г),т- Т,(1) где через Р,(/) и Р 2(/) обозначены звуковыв 15 давления в двух точках; Ьх - расстояние между точками, а черта снизу означает сопряженную по Гильберту величину.Ре(1) представляет собой мнимую частьзвукового давления во второй точке и выражается через действительную часть с помощью преобразователя Гильберта как главное зна.чение интеграла По физическому смыслу преобразование(2) соответствует повороту фаз всех частотных составляющих на 90 без изменения амплитуд- ЗО ных значений,3На 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 М 1 и М расположены два микрофона, один из которых может свободно перемещаться вдоль оси трубы, а второй, опорный, расположен в точке М, на расстоянии а от испытываемого образца. Обозначим звуковые давления в точках М, и М, Р 1 и Р(1) соответственно и представим их в виде суммы прямой и отраженной волнР 1= Рр + Р,., (3) Р Р) = Р,р Я + Р. ттр , (4)Подставляя выражения (3) и (4) и выражение(5)Пусть вблизи отражающей поверхности (,при х = 0)Р А япкг (б) и Рр -- Агяи (а+ ср) (7)гдег - модуль коэффициента отражения,а ср - его фаза.Тогда входящие в формулу (5) величиныможно записать в виде:Р,пр -- А 81 п (с 1 - Ка),Р,отр Агяп (Ы+ Ка+ ср),Р, р= Азпы - К (а+ Лх),Р р А 81 пО)1 К (а + Лх) 2 (11)Р р -- Агз 1 п св + К (а + Лх) + ср, (12)Рат = А г япи+ К (а+ Лх) + ср -1отр23+ ср - - -гз 1 п КЬх, (14)2 откуда после сокращения получаемВд (Ка, КЛх) = (1 - г) япКЛх=РЛха (Дяп 2 л -(15)где Р , (1) - средний квадрат звукового 15 давления падающей волны;а(1) = 1 - г(1) - коэффициент поглощения звука2 т 1 2К = - = -- волновое число,С л20- частота;Х - длина звуковой волны;с - скорость звука.Из соотношения (15) видно, что при изме рениях на гармонических звуковых сигналахмнимая часть функции пространственной корреляции является синусоидальной функцией с .периодом, равным длине звуковой волны, и амплитудой, пропорциональной искомой величине коэффициента звукопоглощения (фиг, 2 а), 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 использоватьне только прн определении коэффициента поглощения для синусоидальных сигналов, но и 40 средних значений коэффициентов поглощенияв частотных полосах (например в октавных или третьоктавных). При использовании в качестве измерительного сигнала октавных или треть.октавных полос белого шума спектр сигнала 4 можно представить прямоугольной полосой сшириной Лв = 1 р - 1 и средней частотойв,.т-срс волновыми числами соотК,+К,60 ветственно ЛК = К 1 - К и Ко =2Мнимую часть функции просгранственной корреляции легко получить, интегрируя выражение (15) по волновым числам в пределах отК 1 до К 2, После Вычислений получимВ 12 (ЛК М КО)ЛКЬхЫП2- Р(1)а (Ко) з 1 п Кс,Ьх =хЮх432265 то Ьх ип -,. -Ю,дх дл(22) 5Выражение (16) отличается от (15) знакомЬхЬх-и множителем з 1 п л - .1 - кото.Ьл 1 М,рый является затухающей функцией, стремящейся к нулю при Лхд. Для не слишкомбольших значений относительной ширины полосы спектра измерительного сигнала ЛЯо,мнимую часть функции пространственной корреляции также можно рассматривать как синусаидальную функцию с медленно изменяющейся амплитудой, пропорциональной искомойвеличине а (см. фиг. 2 б).Действительно, если выполняется условиеЛх С 4 М,=4 (17)Ь/ С другой стороны, для нахождения амплитудного значения второго сомножителя з 1 пУ(ОЛх требуется выполнение условияЛх= (19) Объединяя выражения (17) и (19), получим Это значит, что если относительная ширина полосы измерительного сигнала не превышает 16, затухающий множитель при Лх = Хо/4 не будет меньше, чем 0,6. Следовательно для использования на практике значений ЛЯО процедура определения а (/о) в частотных полосах ничем не отличается от процедуры определения а(/) на чистых тонах.При измерениях коэффициента звукопоглощения а( как функции частоты искомые величины а(У) в соответствии с формулой (15) определяется как где В ф 1 - измеренное при Лх = л/4 4 / 6амплитудное значение мнимой части функции пространственной, корреляции, а- 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 ,о а (Р) = 1.Таким образом, если в интерферометреустановить 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 звукопогло- щения Аналогичным образом определяется частотная зависимость среднего звукопоглощения в частотных полосах гае В Мо, Л), - / - макснмааьное ана.чение затухающей мнимой части функции пространственной корреляции. Штрих в формулах (23) и (24) означает, что значения В(,- 4аоил и, соответственно, В 1 2 (/ е Л/, визмере- 4ны после предварительной калибровки измерителя корреляции. 40 Предмет изобретения Способ измерения коэффициента звукопоглощения посредством интерферометра, отличающийся тем, что, с целью автоматизации 45 процесса измерения, расширения частотногодиапазона 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 корреля ции, равное измеряемой величине,Составитель Г. ТереховТекред Л Акимова Заказ 6374 Тираж 678о комитета Совета Министрбретений и открытийРаушская наб., д, 4/5 Изд. М 1861 НИИПИ Государственно по делам из Москва, М(-35, одпцсное СССР ОТ, Загорский цех едактор И. Шу