МНОГОКАНАЛЬНАЯ СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЙ АКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Полезная модель относится к контрольно-диагностическому оборудованию, в частности к испытательному стенду для изучения шумов и вибраций, генерируемых движущимся автотранспортным средством, например, легковым автомобилем.
Решение проблемы уменьшения акустического загрязнения окружающей среды и улучшения акустического комфорта энергетических установок и наземных колесных транспортных средств -важная актуальная задача разработчиков и исследователей транспортной техники, требующая больших материальных, временных и интеллектуальных затрат. Наиболее мобильными и продуктивными процессами исследований и доводки, в частности, колёсных транспортных средств по шуму и виброкомфорту являются экспериментальные исследования, проводимые в стендовых условиях, с привлечением многообразной техники имитации скоростных и нагрузочных режимов идентичных дорожным (полевым) условиям испытаний (например, динамических стендов с беговыми барабанами), стационарной измерительной и анализирующей аппаратуры. Постоянные, не зависящие от погоды и состояния дорожного покрытия условия испытаний, удобство съема и анализа измерительной информации способствуют все более широкому распространению стендовых исследований виброакустических процессов, протекающих в наземных колесных транспортных средствах. Ввиду того, что основным виброшумоактивным источником транспортного средства является его энергетическая установка - двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с трансмиссионными агрегатами (далее - силовой агрегат), то весьма важно также проводить исследования и доводку силового агрегата на
стенде при имитации различных скоростных и нагрузочных режимов (изменяя обороты ДВС, угол открытия дроссельной заслонки и т.п.).
Достаточно полную имитацию условий движения автомобиля в реальных дорожных условиях можно достичь на стендах с беговыми барабанами, практика использования которых нашла широкое распространение на предприятиях производящих автотранспортную технику и в НИИ.
Современные технологии исследования акустических процессов, реализующихся на транспортных средствах (автомобилях, тракторах, мотоциклах и пр. видах колёсных транспортных средств) предусматривают, в частности, применение специальных низкошумных беговых барабанов, позволяющих имитировать различные скоростные и нагрузочные режимы работы энергетических и трансмиссионных агрегатов транспортных средств в условиях размещения их в специальных беээховых или полубезэховых акустических камерах, способствующих формированию свободного звукового поля в зонах измерений.
Безэховая или полубезэховая (звукомерная, заглушенная) испытательная камера представляет собой помещение, установленное на отдельном, виброизолированном от основного здания фундаменте. В такой камере размещается стенд с беговыми барабанами (или моторный тормозной стенд), виброизолированный от основного здания и корпуса камеры. Привод и тормозная установка размещаются в подвальном, или находящимся на одном уровне с камерой, специальном машинном помещении. Для приближения акустических свойств камеры к свободному звуковому полю необходимо направленное согласование акустических импедансов (сопротивлений) воздушной среды в свободном пространстве камеры и в структуре звукопоглощающего материала, облицовывающего звукоотражающие поверхности стен, потолка, пола. Поэтому конструкция звукопоглощающей облицовки стен (пола, потолка) камеры должна быть выполнена пористой и иметь структурную плотность (пористость), плавно изменяющуюся по глубине покрытия в направлении распространения звуковых волн к жесткой
звукоотражающей поверхности стен (пола, потолка). Причем, наибольшая плотность пористой звукопоглощающей облицовки реализуется непосредственно у стенок камеры, а наименьшая - на внешнем (приемном) поверхностном слое звукопоглощающей футеровки стен и потолка помещения испытательной камеры. Необходимые условия такого волнового согласования воздушной среды в зонах стен и потолка достигаются, в частности, применением различных объемных поглотителей клиновой формы (клинья, кулисы). Основными материалами, из которых изготавливаются звукопоглощающие клинья, являются открытоячеистый пенополиуретан, стекловолокно, минеральная вата, супертонкое базальтовое волокно, винипор с огнестойкой пропиткой.
Испытательные камеры для акустических исследований транспортных средств, как правило, оборудуются мощными ниэкошумными приточными и вытяжными вентиляционными установками, способными эффективно осуществлять общеобменную вентиляцию всего пространства испытательной камеры. Кроме этого, дополнительно применяются вентиляторные воздуходувки для локального охлаждающего направленного обдува отдельных термонагруженных агрегатов транспортного средства и его энергетической установки.
Ввиду процесса непреклонного ужесточения требований национальных и международных стандартов, предъявляемых к шумовым характеристикам наземных транспортных средств и их силовым энергетическим установкам, как доминирующим источникам шума транспортных средств в целом, а также возрастающими потребительскими требованиями к акустическому качеству (комфорту) этих объектов, весьма актуальным становится вопрос применения высокотехнологичной испытательной техники, используемой при исследовательских и доводочных работах с указанными техническими объектами. В данном случае, подразумевается не только непосредственно качество самих испытательных стендов с акустической точки зрения, обеспечивающих в целом объективные виброакустические
измерения и анализ виброакустических процессов с ослабленными или полностью подавленными «паразитными виброакустическими полями, непосредственно не связанными с реальными рабочими процессами, протекающими в узлах и системах объектов исследований -транспортных средствах, но и использование современных многоканальных измерительных виброакустичеких систем, способных проводить сложный анализ акустических процессов. Кроме этого, в условиях возрастающей жесткой конкуренции между производителями транспортной техники, актуальным становится сокращение времени на разработку конструкции, исследовательские и доводочные работы, с целью уменьшения периода смены постановки на производство новых, более современных моделей, отвечающих требованиям справедливо ужесточающихся стандартов и директив, в том числе и по шуму транспортного средства. Не последнюю роль для предприятий, производящих транспортную технику и занимающихся исследовательской работой, играет сокращение издержек производства на доводочные работы. В области виброакустических исследований в последнее время широкое распространение получили методы измерений акустических сигналов с использованием микрофонных решеток (в отдельных случаях имеющих более 100 микрофонных капсюлей и параллельных измерительных каналов), и последующей обработкой данных, сканированных набором измерительных микрофонов, специальными программными продуктами, рассчитывающими параметры звукового поля (уровень звукового давления, интенсивность звука) в заданной пространственной зоне от исследуемого объекта, с последующим выполнением объемного моделирования распространения звуковых полей в открытом пространстве, моделирования способов подавления конкретного источника шума многокомпонентного излучателя и т.д.
Известна многоканальная система измерений акустических сигналов, представленная в «Bruel&Ker Magazine», 1997 г., Na2, стр. 20-22. Данная система измерений использует метод нестационарной STSF (STSF - Spatial Transformation of Sound Fields (Пространственная
Трансформация Звуковых Полей)). Для измерений методом нестационарной STSF применяется микрофонная решетка, располагающаяся напротив поверхности исследуемого объекта. Процедура исследования состоит из измерения при помощи решетки микрофонов звукового поля в течение краткого периода времени (от долей секунды до двадцати и более секунд в зависимости от длительности анализируемого события и исследуемого частотного диапазона), сбора и обработки первичной информации модульным устройством сбора, последующего выполнения расчетов типа акустической голографии, моделирования распространения акустических полей.
Известна многоканальная система измерений акустических сигналов, представленная в ATZ, 2002г., № 5, стр. 432-439, принимаемая в качестве ПРОТОТИПА. Данная система измерений используется инженерами акустических центров фирм «AVL», «Мадпа Steyr Engineering*, в частности, для исследования, расчета и моделирования структурного шума, излучаемого панелями кузова автомобиля. В состав измерительной системы входит набор измерительных микрофонов, спозиционированных на специальной координатной решетке (см. ATZ, 2002 г., Na 5, стр. 438, фиг.8).
Общим недостатком известных многоканальных систем измерений акустических сигналов является незащищенность измерительных высокочувствительных мембран микрофонов в составе микрофонной решетки от воздействия на очень чувствительную мембрану микрофона взвешенных частиц пыли, попадающих в воздушную среду испытательной камеры, например, через технологическую приточную вентиляцию стенда, продуктов износа вращающихся шин, взаимодействующих с «шероховатой» поверхностью вращающихся беговых барабанов, продуктов износа фрикционных накладок сцепления и тормозных накладок, продуктов фрикционного износа агрегатов приводного стенда, твердых частиц, содержащихся в выхлопных газах систем выпуска отработавших газов двигателя транспортного средства (при вариантах испытаний со свободным
выхлопом в пространство камеры), картерных газов ДВС и агрегатов трансмиссии и т.п., микрочастиц волокнистых набивок (базальтового, стеклянного), входящих в состав пакетов звукопоглощающей облицовки стен и потолка полубезэховой камеры, что изменяет чувствительность микрофонов вследствие осаждения этих частиц на поверхности чувствительных элементов микрофонов - мембран (для обычно используемых в практике таких измерений - микрофонов конденсаторного типа), уменьшает срок службы дорогостоящих измерительных микрофонов, отрицательно влияет на точность акустических измерений, вынуждает постоянно контролировать калибровку измерительных каналов, а это весьма трудоемкий процесс с учетом большого количества микрофонов в решетке. Существенным недостатком также является «паразитное* влияние на измерение акустического сигнала потока охлаждаемого воздуха, истекающего из сопла вентиляторной воздуходувки, используемой в составе испытательных стендов для охлаждения термонагруженных агрегатов исследуемого транспортного средства, - ввиду отсутствия ветрозащитных устройств в составе микрофонной решетки и образования интенсивных акустических помех, вследствие процессов вихреобразования в зонах микрофонных капсюлей.
Предлагаемое техническое решение позволяет в значительной степени устранить указанные выше недостатки.
Сущность полезной модели заключается в том, что в известной многоканальной системе измерений акустических сигналов, содержащей, в частности, измерительную микрофонную решетку, модульное устройство сбора первичной информации, компьютер с специальным программным обеспечением для расчетного моделирования акустических полей - измерительная микрофонная решетка закрыта легкосъемным защитным эвукопрозрачным кожухом, выполненным на основе тонкого моющегося, огнестойкого, влаго-масло-бенэостойкого звукопрозрачного материала, пропускающего звук практически без дополнительного ослабления.
Сущность полезной модели иллюстрируется на чертежах.
На фиг.1 представлена заявляемая в качестве полезной модели многоканальная система сбора акустических сигналов. Позициями на фиг.1 обозначены:
1 - компьютер со специальным программным обеспечением для расчетного моделирования акустических полей:
2 - модульное устройство сбора первичной информации;
3 - линии связи (кабели);
4 - измерительная микрофонная решетка;
5 - легкосъемный защитный звукопрозрачный кожух:
6 - крепежные кронштейны.
На фиг.2, 3 представлена конструкция легкосъемного защитного звукопрозрачного кожуха измерительной микрофонной решетки заявляемой в качестве полезной модели многоканальной системы сбора акустических сигналов.
Каркас защитного звукопроэрачного кожуха 5 выполняется в виде ребер параллелепипеда из стальной нержавеющей проволоки 7 диаметром 2...3 мм. Данная толщина проволоки является оптимальной с точки зрения компромисса между достаточной жесткостью конструкции каркаса, легкостью и необходимостью минимизировать нахождение вблизи измерительных микрофонов дополнительных отражающих звук элементов. Каркас защитного кожуха обтягивается тонкой защитной звукопрозрачной пленкой 8, подвергающейся влажной очистке, огнестойкой, влаго-масло-бензостойкой. В задней торцевой части защитного кожуха содержатся четыре крепежных кронштейна 6 для присоединения защитного эвукопрозрачного кожуха к измерительной микрофонной решетке. Монтаж защитного кожуха выполняется следующим образом - переходная крепежная ось 9 ввинчивается в торцевые отверстия штатных трубчатых элементов 10 микрофонной решетки (см. фиг.3), кронштейны 6 защитного кожуха вставляются своими пазами на переходную крепежную ось 9 и фиксируются гайкой 11. Такой способ монтажа защитного кожуха отличается легкостью, быстротой и позволяет оперативно демонтировать кожух в случае
необходимости доступа к измерительным микрофонам (например, для калибровки измерительных каналов). Интеграция измерительной микрофонной решетки с защитным звукопрозрачным кожухом обеспечивает необходимую защиту от попадания взвешенных частиц пыли, продуктов износа фрикционных накладок сцепления и тормозных накладок, продуктов фрикционного износа агрегатов приводного стенда, микрочастиц волокнистых набивок звукопоглощающей облицовки стен и т.д., на чувствительную мембрану измерительных микрофонов без нарушения условий свободного звукового поля в измерительном пространстве микрофонной решетки, а также позволяет минимизировать «паразитный вихревой акустический* сигнал, вызванный движением потока воздуха в зоне микрофонной решетки, создаваемый как общеобменной приточно-вытяжной вентиляцией камеры, так и индивидуальной работающей вентиляторной воздуходувкой для локального обдува.
Практическая реализация предлагаемой конструкции многоканальной системы измерений акустических сигналов позволяет увеличить срок службы дорогостоящих измерительных микрофонов, повысить точность проведения акустических измерений при исследовании транспортных средств в условиях безэховых (полубезэховых) камер.