Метод измерений

Метод измерений основан на измерении вектора интенсивности прямой волны с помощью пары микрофонов, называемой микрофонной базой. Характеристиками микрофонной базы являются фиксированное расстояние между акустическими центрами микрофонов (длина базы) и направление прямой, соединяющей центры – направление микрофонной базы.

Звукоизоляция преграды определяется как отношение интенсивности падающей и прошедшей через преграду плоской звуковой волны, сформированной в интерферометре [6]:

 

. (2.1)

 

Акустический интерферометр представляет собой полую трубу квадратного сечения 0.8 х 0.8 м жесткими стенками. Длина трубы 33 м. Схема акустического интерферометра и структура измерительного тракта для определения звукоизоляции образца при нормальном падении звуковой волны приведена на рисунке 2.1.

 

Рисунок 2.1 – Схема акустического интерферометра и структура измерительного тракта для определения звукоизоляции образца

 

На одном конце трубы размещен источник излучения, а противоположный конец закрыт слоем звукопоглощающего материала (минеральная вата). Образец устанавливается в специальном держателе, расположенном в центре трубы и обеспечивающем установку образца перпендикулярно фронту плоской волны и без зазоров между стенками трубы и образцом. Внутри АИ, заподлицо внутренней поверхности интерферометра, установлены по два микрофона с каждой стороны образца, образующие микрофонные базы (микрофоны 1 и 2) и (микрофоны 3 и 4) для измерения интенсивности падающей и прошедшей волны.

Измерения в интерферометре проводят в поле плоской волны. Максимальная частота , до которой можно проводить измерения, составляет

, (2.2)

 

где – размер стороны квадратного просвета трубы, м; – скорость звука в трубе, .

Ниже трубу можно рассматривать как длинную линию, а распространяющейся в ней волны – как плоские. При максимальная частота измерений в интерферометре составляет 212 Гц.

При выполнении измерений применяют метод непосредственной оценки нормально компоненты вектора интенсивности с помощью микрофонных баз , и , размещаемых перпендикулярно фронту плоской волны в интерферометре. Спектральная обработка случайных стационарных процессов и на входах микрофонов , обеспечивает анализатор спектров, реализующий алгоритм быстрого преобразования Фурье.

Анализаторы, основанные на процедуре Фурье, являются узкополосными анализаторами с постоянной абсолютной полосой анализа. Проекция вектора интенсивности на направление микрофонной базы измеряется анализатором по формуле:

 

, (2.3)

 

где – плотность воздуха, ; – расстояние между микрофонами , , м.

Функция представляет собой усредненный по независимым выборкам (реализациям) длиной секунд каждая односторонний взаимный спектр стационарных случайных процессов и в полосе анализа со средней частотой :

 

, (2.4)

 

где – преобразование Фурье случайного стационарного процесса ; – преобразование Фурье случайного стационарного процесса ; – знак комплексного сопряжения.

Размеры микрофонных баз выбираются из следующих соображений.

Максимальный размер микрофонной базы не должен быть больше четверти длины волны на верхней границе частотного диапазона:

 

, (2.5)

 

где – длина волны в трубе на частоте 200 Гц, м; – скорость звука при данной температуре , определяемая по обязательному приложению ГОСТ 16297 – 80, .

Расчетное значение составляет 0,426 м.

С другой стороны, разность фаз между сигналами и должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить приемлемую погрешность измерений интенсивности во всем диапазоне частот.

На нижней границе диапазона, частоте набег фазы при составляет: рад, или 9 .

Анализатор измеряет мнимую часть взаимного спектра с точностью до 5 значащих цифр. Тогда максимальная погрешность измерения интенсивности прямой волны анализатором составит: . Таким образом, две микрофонные базы , и длиной 0,42 м обеспечивают измерение интенсивности падающей и прошедшей волны в интерферометре сечением 0.8 х 0.8 м в диапазоне частот 20 – 200 Гц.