УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКУСТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Полезная модель относится к области акустики, к устройствам для передачи, проведения или направления звука и защиты от шума, а именно к устройствам цифровой обработки сигналов, исследований эффективности активного контроля шума, реализуемых с помощью программно-аппаратных комплексов в средствах индивидуальной и коллективной защиты.
Известно техническое решение по статье «Hearing-Protector Test Fixture Type 45CA» (http://www.gras.dk/media/docs/files/items/rn/a/man 45CA.pdf), которое представляет собой устройство для оценки акустической эффективности средств индивидуальной защиты, таких как пассивные и активные наушники, беруши, а также аудио наушники. Устройство является частью программно-аппаратного комплекса, включающего в себя совокупность измерительных микрофонов с предусилителями, усилитель мощности, анализатор, источник звука (громкоговоритель) с усилителем. Анализатор позволяет моделировать тестовые сигналы, излучаемые через громкоговоритель, а также позволяет анализировать входящие сигналы благодаря полосовому анализатору [1].
Недостатком указанного устройства является ограниченность реализации в нем при испытаниях средств активной индивидуальной шумозащиты схемы активного контроля шума по этапам: «детектирование сигнала - обработка с использованием прямого инвертирования фазы сигналов или адаптивной фильтрации - излучение - анализ», то есть без возможности реализации схем с обратной связью.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство по патенту США US 2002080978 A1 «Active noise control System», представляющее собой программно-аппаратный комплекс для активного снижения шума в волноводах, включающий в себя детектирующий микрофон, воспринимающий шум внутри волновода, микрофон ошибки, расположенный ниже детектирующего для оценки уровня остаточного шума, источник звука, расположенный между микрофонами, в непосредственной близости от микрофона ошибки и излучающий такой же по звуковому давлению шум, что и исходный, но в противофазе, устройство обработки сигналов, поступающих как от детектирующего, так и от микрофона ошибки для формирования гасящей волны с минимальной ошибкой гашения исходного сигнала. Заявленное по патенту США US 2002080978 A1 программно-аппаратное устройство также содержит специальную часть - фильтр, выполненную в виде, например, сотовой конструкции, для увеличения когерентности между сигналами детектирующего и микрофона ошибки за счет разбиения воздушного потока-источника шума в волноводе на более мелкие ламинарные струи.
Недостатком известного технического решения является отсутствие оперативного изменения сигнала шума, поступающего к детектирующему микрофону, создаваемого и передающемуся в волноводе в движущемся потоке воздуха. Вследствие этого, исключается возможность эффективного гашения шума другой природы, например, недетерминированных, импульсных шумов.
Задачей полезной модели является обеспечение возможности генерации различных звуковых сигналов, отличающихся спектральным содержанием, длительностью звучания в устройстве с помощью генератора звуковых сигналов и источника исходного сигнала.
Указанная задача решается за счет того, что устройство для акустических исследований состоит из опоры с закрепленной на ней базовой частью, выполненной в виде толстостенного полого цилиндра с торцевыми уклонами, с тыльной стороны которой расположен детектирующий микрофон, при этом к одному из торцов базовой части с помощью винтовых соединений и первого крепежного кольца прикреплен малый патрубок с крышкой и источником исходного сигнала, а с другой стороны, посредством винтовых соединений и второго крепежного кольца - цилиндрический патрубок с размещенным в нем микрофоном ошибки и секцией цилиндрической формы с установленным в ней источником гасящей волны, при этом секция цилиндрической формы расположена под некоторым углом по отношению к цилиндрическому патрубку, а источник гасящей волны закреплен в секции цилиндрической формы с помощью третьего крепежного кольца и винтовых соединений и закрыт сверху крышкой. Источник исходного сигнала, источник гасящей волны, детектирующий микрофон и микрофон ошибки соединены с вычислительным блоком, включающим в себя генератор сигнала и анализатор сигнала и выполненным, например, на основе персонального компьютера. Заявленное устройство отличается от прототипа тем, что источник исходного сигнала выполнен в виде громкоговорителя, а секция цилиндрической формы расположена по отношению к цилиндрическому патрубку под углом не менее чем 45°.
Микрофон ошибки располагается дальше от базовой части по сравнению с источником гасящей волны. Плоскость каждого из торцевых уклонов выполнена под углом 4,5° по отношению к плоскости среднего сечения базовой части в целях имитирования фронтального вертикального профиля поперечного сечения головы человека. Это позволяет использовать устройство в качестве инструмента для исследования эффективности средств индивидуальной защиты слуха путем использования специальных вкладышей с расположенными внутри них измерительными микрофонами, вместо съемных элементов заявляемого устройства - малого патрубка с крышкой и источником исходного сигнала и цилиндрического патрубка с размещенным в нем микрофоном ошибки и секцией цилиндрической формы с установленным в ней источником гасящей волны.
Все элементы устройства изготавливаются, как правило, из неэлектропроводных диэлектрических плотных материалов, например, из эбонита или текстолита.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым указанной выше совокупностью признаков, является расширение инструментария для исследования эффективного гашения шумов различной природы с помощью активных методов, предполагающих контроль над управляемой звуковой волной за счет минимизации ошибки гашения. Дополнительным техническим результатом является обеспечение возможности анализа эффективности средств индивидуальной защиты слуха.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 показан общий вид устройства.
Устройство для акустических исследований состоит из опоры 1 с закрепленной на ней базовой частью 2, выполненной в виде толстостенного полого цилиндра с торцевыми уклонами, с тыльной стороны которой расположен детектирующий микрофон 3, при этом к одному из торцов базовой части 2 с помощью винтовых соединений 4 и первого крепежного кольца 5 прикреплен малый патрубок 6 с крышкой 7 и источником исходного сигнала 8, а с другой стороны, посредством винтовых соединений 9 и второго крепежного кольца 10-цилиндрический патрубок 11 с размещенным в нем микрофоном ошибки 12 и секцией цилиндрической формы 13 с установленным в ней источником гасящей волны 14, при этом секция цилиндрической формы 13 расположена под некоторым углом по отношению к цилиндрическому патрубку 11, а источник гасящей волны 14 закреплен в секции цилиндрической формы 13 с помощью третьего крепежного кольца 15 и винтовых соединений 16 и закрыт сверху крышкой 17. Источник исходного сигнала 8, источник гасящей волны 14, детектирующий микрофон 3 и микрофон ошибки 12 соединены с вычислительным блоком 18, включающим в себя генератор сигнала и анализатор сигнала и выполненным, например, на основе персонального компьютера. При этом источник исходного сигнала 8 выполнен в виде громкоговорителя, а секция цилиндрической формы 13 расположена по отношению к цилиндрическому патрубку под углом не менее чем 45°.
Цилиндрический патрубок 11 и секция цилиндрической формы 13 могут быть выполнены как единое целое, например, посредством литья из полимерного материала, либо изготовлены из плотного картона и прикреплены друг к другу клеевым способом. Крышки 7 и 17 могут быть прикреплены к патрубкам клеевым способом, например, с помощью силикатного клея.
Устройство работает следующим образом. С помощью генератора сигнала вычислительного блока 18 звуковой сигнал излучается через источник исходного сигнала 8 во внутреннее пространство базовой части 2 и цилиндрического патрубка 11. Детектирующим микрофоном 3 сигнал воспринимается и далее передается в вычислительный блок 18, который в свою очередь, после обработки специальным алгоритмом направляет его к источнику гасящей волны 14, а микрофон ошибки 12 вновь улавливает сигнал и направляет его в вычислительный блок 18 для корректировки его перед подачей на источник гасящей волны 14. С помощью анализатора вычислительного блока 18 оценивается эффективность работы алгоритма. Таким образом, в устройстве реализуется схема активного управления акустическим полем с обратной связью.
Для повышения эффективности управления акустическим полем вычислительный блок 18 может реализовывать различные алгоритмы обработки оцифрованного сигнала, эффективность которых оценивается с помощью анализатора вычислительного блока.