УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к области исследования акустических характеристик материалов - коэффициентов звукопоглощения, отражения, акустического импеданса и других величин при использовании принципа улавливания звуковой волны по методу передаточной функции.
Известно техническое решение «Акустический интерферометр» по патенту RU №2117283, представляющее собой металлическую трубу, одной стороной прикрепленную к коробке, с установленным в ней неподвижно громкоговорителем, содержащим магнит, мембрану и электрически связанным с питающим генератором микрофонный зонд, свободный конец которого находится в трубе и связан с перемещающимся в ней вместе с зондом кронштейном, а второй конец выведен наружу трубы, съемную обойму, надеваемую на другой конец трубы и состоящую из поршня, полости для испытуемого образца и самого образца, направляющую со шкалой, рейку с перемещающейся по ней кареткой с акустической камерой и встроенным в нее микрофоном, выходом, подключенным к информационно-измерительной системе и акустически сопряженным с выведенным наружу трубы зондом с помощью акустической камеры, отличающийся тем, что он снабжен коробкой с цельным днищем, громкоговорителем с цельными магнитом и мембранной, а также обоймой с испытуемым образцом, содержащим центральные отверстия для свободного перемещения через них зонда.
Недостатком известного технического решения является измерение при фиксированном положении микрофонного зонда только одной частоты. Измерения звукопоглощения при исследовании материалов с малым звукопоглощением сопровождаются большими ошибками в связи с особенностью использования метода стоячей волны в устройстве, предполагающего замер максимума и минимума давления, когда минимум давления становится слишком малым для точного измерения.
Известно техническое решение из Интернет-статьи по ссылке http://bruel.ru/UserFiles/File/4206pdru.pdf, представляющее собой конструкцию, состоящую из комплекта труб и разработанную компанией «Брюль и Кьер». Совокупность геометрических характеристик труб, такие как длина и поперечные размеры, расстояния между микрофонами, между микрофонами и громкоговорителем и материалом позволяет исследовать акустические параметры материалов в широком диапазоне частот 50 - 6400 Гц.
Недостатком технического решения является статичность расположения микрофонов в каждой трубе и необходимость использования комплекта труб разных размеров для исследования каждого частотного поддиапазона, количество труб зависит от числа поддиапазонов, в совокупности составляющих общий диапазон.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство по заявке Южной Кореи KR20050013736A, предназначенное для измерения коэффициента звукопоглощения материалов в диапазонах 1/3 октавных полос частот 80-5000 Гц. Устройство состоит из основной импедансной трубы, сопряженной с ней вспомогательной импедансной трубы для размещения образца и приспособлением для изменения его местоположения, громкоговорителя, микрофонов и устройства для обработки сигналов, поступающих от микрофонов. Для расширения частотного диапазона измерения основная импедансная труба имеет дополнительные гнезда под измерительные микрофоны, расстояние между которыми определяется в зависимости от выбранного частотного диапазона измерения.
Недостатком прототипа является сложность обработки массивной основной трубы при внутренней ее обработке вследствие увеличения степени отклонения внутреннего диаметра трубы от заданного. Данный недостаток особенно проявляется в случае удлиненного варианта, который используется для измерения звукопоглощения на низких частотах.
Задачей полезной модели является снижение трудоемкости изготовления импедансной трубы и повышение точности измерения. Одновременно достигается расширение рабочего частотного диапазона в одном отдельно взятом устройстве, выполненном в виде массивной трубы круглого или квадратного сечения. Техническим результатом является использование нескольких взаимно переставляемых патрубков, некоторые из которых имеют соответствующее корпус-гнездо для микрофонов, а совокупная длина патрубков определяется пропорционально величине наиболее низкой рабочей частоты и поперечного размера трубы.
общ
Поставленная задача достигается тем, что устройство измерения акустических характеристик материалов состоит из импедансной трубы с установленными в ней громкоговорителем, микрофонами и соединенную с устройством обработки сигналов. Труба выполнена в виде составных патрубков, общая длина которых зависит от измеряемого диапазона частот пропорционально величине ΔL, не менее чем:
где f - наименьшая частота в измеряемом диапазоне, Гц; d - поперечный размер трубы, м.
Патрубки могут взаимно переставляться, два или более из них имеют по одному корпусу-гнезду под измерительный микрофон, а другие патрубки гнезд не имеют. Число патрубков с корпусом-гнездом зависит от числа используемых микрофонов, минимальное их число равно двум, а общая длина патрубков зависит от исследуемого рабочего частотного диапазона.
Патрубки между собой сопрягаются резьбовым соединением или внатяг. Натяг создается за счет напрессовки обхватывающей части одного патрубка на обхватываемую часть другого. При этом внутренний диаметр на протяжении длины всей конструкции остается постоянным.
Отсчет патрубков ведется от конца трубы с перемещаемым поршнем, на переднюю поверхность которого, крепится исследуемый материал. Патрубок с перемещаемым поршнем является первым. На противоположный конец трубы крепится коробка с громкоговорителем. Позиция второго патрубка с гнездом стационарна. Позиции третьего патрубка с гнездом или без такового, а также всех последующих патрубков, а соответственно и расстояние между микрофонными гнездами выбирается из того условия, чтобы экспериментально получаемая кривая звукопоглощения исследуемого материала состояла из нескольких отчасти взаимно перекрывающихся друг с другом частей.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид устройства с патрубками для исследования акустических характеристик материалов, на фиг.2 - общий вид сопряжения патрубков.
Устройство представляет собой составную из патрубков 1 импедансную трубу 2 круглого или квадратного сечения, на одном конце которой расположен перемещающийся поршень 3 для крепления исследуемого материала 4, а с другой стороны коробку с громкоговорителем 5. В двух или более патрубках выполнены специальные корпуса-гнезда 6 для крепления микрофонов 7. Расстояния между центрами корпусов-гнезд под микрофоны в зависимости от расстановки патрубков варьируются в зависимости от частотного диапазона, в котором выполняются измерения акустических параметров материала. Наибольшее расстояние устанавливается в случае измерения низких частот, меньшее расстояние устанавливается в случае измерения высоких частот. С помощью программного обеспечения, установленного на ЭВМ 8, подается рабочий сигнал на громкоговоритель 5. Сигналы-отклики от микрофонов поступают на программное обеспечение ЭВМ 8.
Устройство работает следующим образом.
Исследуемый материал 4 крепится в патрубке с перемещающимся поршнем 3. Через громкоговоритель 5, расположенный на противоположном конце трубы, подается рабочий сигнал. Измерительными микрофонами 7 сигнал улавливается и передается на измерительно-вычислительную систему ЭВМ 8 для дальнейшей обработки и построения, например, графика коэффициента звукопоглощения материала.
Для повышения прочности всей конструкции и предотвращения изгиба на внешние диаметрально противоположные стороны крайних патрубков крепятся проушины, в отверстия которых вставляются металлические прутья-кронштейны, посредством которых все патрубки стягиваются.
Для точного отслеживания перемещения поршня с исследуемым материалом используется измерительная линейка со шкалой, которая крепится к левому торцу первого патрубка.
Дополнительный положительный эффект от использования устройства заключается в облегчении изготовления и обработки внутренней ее поверхности, легкости сборки и реконструирования, возможности увеличения длины трубы за счет дополнительных патрубков для выполнения исследовательских задач.