УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКУСТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ПРОТИВОШУМОВ

Заявляемое техническое решение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения акустической эффективности противошумов.
Из существующего уровня техники известно специальное устройство для акустических испытаний (См. ГОСТ Ρ 12.4.213-99 (ИСО 4869-3-89) «Система стандартов безопасности труда. Средства индивидуальной защиты органа слуха. Противошумы. Упрощенный метод измерения акустической эффективности противошумных наушников для оценки качества». - Введен в действие с 01.01.2002. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2000. - 11 с). Названное устройство обладает следующими конструктивными особенностями.
1) Устройство изготовлено из немагнитного металла, например, из алюминиевого сплава или латуни.
2) Корпус устройства имеет цилиндрическую форму с горизонтальной осью 145±1 мм между центрами торцевых концов, диаметр этого цилиндра - 135±5 мм, а углы каждого из обоих торцов наклонные, имеют угол наклона 4,5°±0,5° по отношению к вертикальной плоскости.
3) Измерительный микрофон имеет номинальный диаметр 24 мм и является микрофоном - приемником давления конденсаторного типа, расположенным так, чтобы его центральная ось совпала с центральной осью цилиндра и с центром его диафрагмы в плоскости одного из торцов по центральной линии цилиндра.
4) Опорная накладка, выступающая из центра цилиндра по длине под прямым углом к его центральной оси для поддерживания оголовья звукозвукоизолирующих наушников во время испытания. Длина накладки по центральной оси цилиндра составляет 123±1 мм, а радиус ее свободного конца - 100±1 мм. К этому концу накладки для упругой посадки звукозвукоизолирующих наушников на оголовье подсоединяют резиновый буртик толщина которого равна 6±1 мм, ширина свободного торца - 50±1 мм, длина - 77±1 мм.
5) Приспособление для фиксации противошума в устройстве, окруженное звукозвукоизолирующим кольцом.
6) Для возможности уравнивания статического давления под противошумом во время его установки устройство оборудовано съемной трубкой, которую удаляют перед испытанием и устанавливают таким образом, чтобы деформировать упругий буртик, или фиксированной капиллярной трубкой диаметром 0,5 мм, длиной 25 мм, соединенной с полостью под противошумом и наружной воздушной средой, с возможностью расположения параллельно и поблизости от оси измерительного микрофона и приспособления для акустического испытания, обеспечивая перекрытие проволокой диаметром 0,4 мм и соединение с трубкой диаметром около 3 мм, проходящей от дна цилиндра перпендикулярно к оси микрофона, причем фиксированная трубка для выравнивания давления должна прилегать ко дну цилиндра после фиксации испытуемого противошума.
7) Акустическая изоляция устройства для проведения испытания должна составлять не менее 50 дБ для несущих частот от 63 до 250 Гц, не менее 65 дБ для несущих частот от 315 до 4000 Гц, и не менее 55 дБ для несущих частот более высокого диапазона в месте проведения испытаний при измерении тестового сигнала микрофоном, прикрытым исследуемым противошумом.
8) Испытуемый противошум должен герметически закрывать устройство, его присоединяют к устройству при повороте его центральной оси в вертикальное положение или с помощью резинового жгута.
9) Устройство поддерживают в области акустического поля с помощью упругого крепления таким образом, чтобы достигнуть достаточно низкого звукового порога.
10) Вертикальный и горизонтальный диаметры устройства помечают по его концевым торцам путем нанесения вдоль двух или трех концентрических кругов соответствующего радиуса для того, чтобы правильно ориентировать испытуемые противошумы.
Однако, известное устройство обладает следующими недостатками:
- отсутствует возможность контроля неизменности параметров акустического поля при испытаниях противошума;
- упругое крепление, предназначенное для поддержания устройства в области генерируемого звукового поля в интересах минимизации порогового шума, не позволяет перемещать устройство внутри испытательной камеры вокруг своей оси с последовательной фиксацией в нескольких положениях, необходимой для обеспечения равномерного прихода акустических волн с разных направлений.
- стойка устройства не позволяет регулировать ее высоту, что усложняет правильную ориентацию испытуемых противошумов относительно осей устройства и его измерительного микрофона.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности измерения акустической эффективности противошумов.
Решение технической задачи достигается тем, что устройство для акустических испытаний противошумов, цилиндрический корпус которого изготовлен из немагнитного металла, оборудовано: измерительным микрофоном-приемником давления конденсаторного типа, располагаемым в плоскости одного из оснований цилиндра так, чтобы центральная ось микрофона совпадала с центром его диафрагмы и с центральной осью цилиндра; опорной накладкой, выступающей из центра цилиндра по его образующей под прямым углом к центральной оси, к свободному концу которой подсоединен резиновый буртик; упругим креплением для поддерживания устройства в области акустического поля; приспособлением, звукоизолирующим кольцом и метками на торцевых концах устройства для фиксации противошума, обеспечивающей герметическое закрытие им устройства; съемной трубкой уравнивания статического давления, плотно прилегающей ко дну цилиндра после фиксации противошума, - отличающееся тем, что в его состав дополнительно включены контрольный микрофон-приемник давления конденсаторного типа для контроля неизменности параметров акустического поля, и внешняя подвеска, позволяющая, вращая устройство вокруг оси, последовательно фиксировать его в нескольких положениях, причем стойка устройства оборудована винтовым механизмом, позволяющим регулировать ее высоту. Устройство может включать дополнительные измерительный и контрольный микрофон для акустических испытаний одновременно двух чашек (колпачков) шумозащитных наушников. Измерительный и контрольный микрофон устройства, как правило, имеют номинальный диаметр 12 мм или 24 мм. Устройство может дополнительно содержать блок автоматического контроля параметров акустического поля, подключаемый к выходу контрольного микрофона и вычисляющий разность усредненных величин звукового давления в каждой из октавных полос при испытании противошума с аналогичными усредненными величинами звукового давления в отсутствии в устройстве противошума, с формированием и выдачей сигнала о нарушении условий акустических испытаний при превышении модулем разности усредненных величин звукового давления величины 1 дБ. Контрольный микрофон устройства целесообразно располагать на расстоянии 50 мм от измерительного микрофона. Устройство целесообразно оборудовать внешней подвеской, соединенной с упругим креплением, позволяющей, вращая устройство вокруг оси, последовательно фиксировать его в шести положениях с дискретностью 60°. Коэффициент ослабления звука с тыльной стороны измерительного и контрольного микрофона должен превышать 15 дБ. Целесообразно, чтобы измерительный и контрольный микрофоны обеспечивали измерение уровней звукового давления в частотном диапазоне от 2 до 16000 Гц. Динамический диапазон измерительного и контрольного микрофонов, как правило, превышает 80 дБ. Неравномерность амплитудно-частотной характеристики измерительного и контрольного микрофонов устройства в пределах рабочего диапазона частот должна быть не более ±1 дБ. Чувствительность измерительного и контрольного микрофонов устройства в пределах рабочего диапазона частот, как правило, должна быть не менее 50 мВ/Па. Для визуального контроля соблюдения условий акустических испытаний корпус устройства может быть изготовлен из полиметилметакрилата, или из поликарбоната, или из поливинилхлорида или из полистирола. Выходы измерительного и контрольного микрофона могут быть оборудованы дополнительными разъемами, позволяющими подключить автоматический фиксатор регистрируемых уровней звукового давления с записью информации в накопитель с энергонезависимой памятью.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение эффективности измерения акустической эффективности противошумов за счет:
- обеспечения контроля неизменности параметров акустического поля при испытаниях противошума за счет использования дополнительно установленного контрольного микрофона;
- наличия внешней подвески, позволяющей перемещать устройство внутри испытательной камеры вокруг своей оси с последовательной фиксацией в нескольких положениях, для обеспечения учета в оценке акустической эффективности противошума акустических волн, приходящих с различных направлений.
- более точное и удобно реализуемое позиционирование устройства и испытуемого противошума в акустическом поле за счет реализации возможности регулировки высоты стойки устройства с помощью винтового механизма.
Сущность разработанного устройства для акустических испытаний противошумов поясняется фигурами 1 и 2:
фиг.1. - Схема устройства для акустического испытания противошумов, вид спереди;
фиг.2. - Схема устройства для акустического испытания противошумов, вид сбоку
Обе фигуры представляют собой адаптированные фрагменты рисунка 1 из ГОСТ Р 12.4.213-99 (ИСО 4869-3-89) «Система стандартов безопасности труда. Средства индивидуальной защиты органа слуха. Противошумы. Упрощенный метод измерения акустической эффективности противошумных наушников для оценки качества». - Введен в действие с 01.01.2002. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2000. - 11 с., со следующими обозначениями:
1 - Корпус.
2 - Опорная накладка.
3 - Метки для установки противошума в приспособлении.
4 - Стойка.
5 - Внешняя подвеска.
6 - Измерительный микрофон.
7 - Съемная трубка для уравнивания статического давления.
8 - Приспособление для фиксации противошума.
9 - Звукоизолирующее кольцо.
10 - Буртик.
11 - Упругое крепление.
12 - Контрольный микрофон.
13 - Винтовой механизм для регулировки высоты стойки.
Устройство для акустических испытаний противошумов (см. фиг.1 и 2), корпус (1) которого, изготовленный из немагнитного металла, имеет форму цилиндра и оборудован: измерительным микрофоном (6) - приемником давления конденсаторного типа, располагаемым в плоскости одного из оснований цилиндра так, чтобы центральная ось микрофона (6) совпадала с центром его диафрагмы и с центральной осью цилиндра (1); опорной накладкой (2), выступающей из центра цилиндра (1) по его образующей под прямым углом к центральной оси, к свободному концу которой подсоединен резиновый буртик (10); упругим креплением (11) для поддерживания устройства в области акустического поля; приспособлением (8), звукоизолирующим кольцом (9) и метками (3) на торцевых концах устройства для фиксации противошума, обеспечивающей герметическое закрытие им устройства; съемной трубкой (7) уравнивания статического давления, плотно прилегающей ко дну цилиндра после фиксации противошума, - отличающееся тем, что в его состав дополнительно включены контрольный микрофон (12) - приемник давления конденсаторного типа для контроля неизменности параметров акустического поля, и внешняя подвеска (5), соединенная с упругим креплением, позволяющая, вращая устройство вокруг оси, последовательно фиксировать его в нескольких положениях, причем стойка (4) устройства оборудована винтовым механизмом (13), позволяющим регулировать ее высоту.
Для акустических испытаний одновременно двух чашек (колпачков) шумозащитных наушников в состав устройства целесообразно включить дополнительные измерительный (6) и контрольный (12) микрофоны.
В интересах обеспечения акустических испытаний широкого класса противошумов цеелсообразно, чтобы измерительный (6) и контрольный (12) микрофоны имели номинальный диаметр 12 мм или 24 мм.
Для автоматизированного контроля постоянства акустического поля целесообразно оборудовать устройство блоком автоматического контроля параметров акустического поля, подключаемым к выходу контрольного микрофона (12) и вычисляющим разность усредненных величин звукового давления в каждой из октавных полос при испытании противошума с аналогичными усредненными величинами звукового давления в отсутствии в устройстве противошума, с формированием и выдачей сигнала о нарушении условий акустических испытаний при превышении модулем разности усредненных величин звукового давления величины 1 дБ.
Результаты экспериментальных исследований показывают, что контрольный микрофон (12) целесообразно располагать на расстоянии 50 мм от измерительного микрофона (6).
Для стандартизации акустических испытаний целесообразно, чтобы внешняя подвеска (5), позволяла, вращая устройство вокруг оси, последовательно фиксировать его в шести положениях с дискретностью 60°.
Коэффициент ослабления звука с тыльной стороны измерительного (6) и контрольного (12) микрофона не должен превышать 15 дБ, их динамический диапазон не должен быть менее 80 дБ, чувствительность в пределах рабочего диапазона частот должна быть не менее 50 мВ/Па, а неравномерность амплитудно-частотной характеристики в пределах рабочего диапазона частот должна составлять не более ±1 дБ.
Для акустических испытаний противошумов на всех физиологически значимых частотах необходимо, чтобы измерительный (6) и контрольный (12) микрофон обеспечивали измерение уровней звукового давления в частотном диапазоне от 2 до 16000 Гц.
Для визуального контроля соблюдения условий акустических испытаний корпус (1) устройства может быть изготовлен из полиметилметакрилата, поликарбоната, поливинилхлорида или из полистирола.
Для автоматического протоколирования результатов акустических испытаний выходы измерительного (1) и контрольного (12) микрофона могут быть оборудованы дополнительными разъемами, позволяющими подключить автоматический фиксатор регистрируемых уровней звукового давления с записью информации в накопитель с энергонезависимой памятью.
Функционирование устройства для акустических испытаний противошумов заключается в следующем.
Перед началом акустических испытаний обеспечивают, чтобы уровень фонового шума в месте проведения акустических испытаний, измеренный в полосе в одну треть октавы, был, по крайней мере, на 10 дБ меньше, чем уровень звукового давления испытательного сигнала (в дальнейшем измерительный микрофон располагают строго в точке измерений).
Затем, не устанавливая испытуемый противошум, устройство размещают в акустическом поле, регулируя высоту устройства с помощью винтового механизма, находящегося на его стойке (не изменяя высоту в течение времени испытаний противошума) и фиксируют усредненные величины звукового давления в каждой из исследуемых октавных полос.
Испытуемый противошум закрепляют в приспособлении для фиксации, входящем в состав устройства, таким образом, чтобы обеспечить нахождение амортизаторов противошума на каждом из торцов устройства. Оголовье противошума (при наличии) размещают симметрично и таким образом, чтобы оно только прикасалось к опорной накладке. Для противошумов с креплением под подбородком обеспечивают прохождение головного ремня (если он предусмотрен) через верхнюю часть опорной накладки устройства. Шейные повязки (при наличии) противошума располагают так, чтобы их ушные колпачки находились, по возможности, параллельно концевым торцам устройства.
После установки противошума в устройстве, с помощью съемных трубок, при необходимости уравнивают статическое давление под противошумом, а его положение, принимаемое в качестве эталонного, жестко фиксируют, привязываясь к расположению меток, нанесенных на устройство.
При испытании противошума, имеющего оголовье, после его фиксации в устройстве в течение 30 с измеряют усилие прижатия между чашками, отводя обратные кромки амортизаторов противошума на 145 мм друг от друга и измеряя расстояние между центрами оголовья (по внутренней поверхности) и между центрами его чашек (в процессе измерения оголовье должно быть незакрепленным).
Устройство для проведения акустических испытаний ориентируют так, чтобы акустическое поле падало по касательной к торцевому концу устройства. После этого добиваются выполнения условия, при котором фиксация испытываемого противошума приводила бы к снижению выходного сигнала на измерительном микрофоне, по крайней мере, на 10 дБ.
Далее в место расположения устройства с помощью оборудования для акустических испытаний подают акустический сигнал, обеспечивая, чтобы акустическое поле испытания было образовано случайно падающими полями либо плоской бегущей волной. На каждой исследуемой октавной частоте в каждом фиксируемом (с помощью внешней подвески) положении устройства в течение 30 с проводят минимум двукратные измерения уровней звукового давления. Для каждой частоты испытательного акустического сигнала разница между измеренными уровнями звукового давления составляет акустическую эффективность испытуемого противошума на соответствующей октавной частоте.
При этом:
контролируют постоянство акустического поля, вычисляя разность усредненных величин звукового давления в каждой из октавных полос при испытании противошума с аналогичными усредненными величинами звукового давления в отсутствии в устройстве противошума (при превышении модулем разности усредненных величин звукового давления величины 1 дБ акустическое поле считается непостоянным, а условия испытания невыполненными);
обеспечивают изменения уровня звукового давления испытательного акустического сигнала не более чем на ±1 дБ по сравнению с уровнем, установленным до начала измерения;
обеспечивают амплитудно-частотную характеристику испытательного акустического сигнала с полосой шириной в одну треть октавы проникающего шума в рамках испытания такой, чтобы разница между двумя близлежащими диапазонами составляла не более 5 дБ, а при измерении чистыми тонами во время испытаний должна изменяться не более чем на 10 дБ в пределах любой полосы шириной в одну треть октавы.
Акустические испытания должны быть повторены достаточное число раз (но не менее трех раз), до тех пор, пока разница между двумя последовательными средними значениями поглощения звука противошумом на каждой октавной частоте не будет превышать 1 дБ.
После этого формируют отчет об акустических испытаниях.
Таким образом, описанные элементы заявляемого устройства для акустических испытаний противошумов функционально взаимосвязаны и находятся в конструктивном единстве, а совокупность его существенных признаков неизвестна из уровня техники. Поэтому, по мнению заявителей, заявляемое устройство для акустических испытаний противошумов представляет собой новое техническое решение, относящееся к классу устройств.
Корректность заявляемых технических решений по акустическим испытаниям противошумов подтверждена при исследовании акустической эффективности пяти образцов средств индивидуальной защиты человека от низкочастотного шума и инфразвука. Заявляемое устройство, по сравнению с ранее известным, обеспечило возможность акустических испытаний противошумов в инфразвуковом диапазоне, обеспечило повышение объективности результатов испытаний за счет контроля постоянства акустического поля на всем их протяжении (за счет использования контрольного микрофона), а также за счет использования внешней подвески, позволяющей, вращая устройство вокруг оси, последовательно фиксировать его в нескольких положениях, и, кроме того, более точное и удобное позиционирование устройства и испытуемого противошума в акустическом поле за счет реализации возможности регулировки высоты стойки устройства.
Заявляемое устройство для акустических испытаний противошумов является промышленно применимым, поскольку может быть реализовано предприятиями (организациями) промышленности, занимающимися проектированием, испытаниями и сертификацией противошумов.