Способ измерения коэффициента отражения звука от поверхности

Изобретение относится к испытаниям акустических свойств материалов и может быть использовано для измерения частотной зависимости коэффициента отражения звука от поверхности в лабораторных и натурных условиях при различных углах падения звуковой волны. Существо способа заключается в том, что на заданной частоте коэффициент отражения рассчитывают исходя из соотношения между амплитудами опорного и отраженного исследуемой поверхностью сигналов, которые получают, возбуждая излучатель тональным импульсом. Опорный сигнал регистрируют в отсутствие сигнала, отраженного исследуемой поверхностью. Отраженный сигнал получают вычитанием опорного сигнала из интерференционного сигнала, который регистрируют, располагая излучатель, приемник и исследуемую поверхность так, чтобы первым по времени прихода на приемник отраженным сигналом был сигнал от исследуемой поверхности. 5 ил.

 

Изобретение относится к испытаниям акустических свойств материалов и может быть использовано для измерения частотной зависимости коэффициента отражения звука от поверхности в лабораторных и натурных условиях при различных углах падения звуковой волны.

Известен способ измерения коэффициента отражения звука от поверхности, основанный на изменении частоты амплитудной модуляции излучаемого акустического сигнала с целью достижения и фиксации минимального коэффициента модуляции суммарного акустического сигнала, возникающего вследствие интерференции излучаемого и отраженного от поверхности акустических сигналов, определении модуля коэффициента отражения по соотношению между коэффициентом модуляции излучаемого акустического сигнала и минимальным коэффициентом модуляции суммарного акустического сигнала, определении фазы коэффициента отражения по отношению несущей частоты к частоте модуляции при минимуме коэффициента модуляции [Г.А. Чуновкин, В.Т. Ляпунов, А.К. Новиков и Ю.М. Еленин. Способ измерения коэффициента отражения звука от поверхности. А.С. 896541, М. Кл. G01N 29/00, Опубликовано 07.01.82 (51). Бюллетень №1].

Недостатком известного способа является погрешность измерений, обусловленная влиянием посторонних сигналов, отраженных границами среды, в которой выполняют измерения (стенки лабораторного гидроакустического бассейна либо акустической камеры, дно и поверхность водоема).

Известен способ измерения коэффициента отражения звука от поверхности, принятый за прототип [1], который заключается в изменении частоты акустического сигнала, которым облучают исследуемую поверхность, регистрации интерференционного сигнала, представляющего собой сумму сигнала излучателя и сигнала, отраженного исследуемой поверхностью, определении коэффициента отражения по отношению максимума к минимуму интерференционного сигнала.

Однако этот способ обеспечивает измерение только на дискретном ряде частот, при этом получаемые результаты не могут быть однозначно привязаны к частотам максимума или минимума интерференционного сигнала. Результат измерений отягощен погрешностью, если коэффициент отражения существенно изменяется с частотой. Также, недостатком способа является погрешность измерений, обусловленная влиянием сигналов, отраженных границами среды, в которой выполняют измерения.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является повышение точности измерения коэффициента отражения за счет исключения влияния посторонних отраженных сигналов, обеспечение возможности измерять коэффициент отражения на произвольно выбираемых частотах.

Данный технический результат достигают за счет того, что в известном способе, заключающемся в облучении исследуемой поверхности акустическим сигналом излучателя, регистрации приемником интерференционного акустического сигнала, представляющего собой сумму сигнала излучателя и отраженного сигнала, изменении частоты облучающего сигнала, определении коэффициента отражения по отношению максимума к минимуму интерференционного сигнала, излучатель, исследуемую поверхность и приемник располагают в гидроакустическом бассейне так, чтобы первым по времени прихода на приемник отраженным сигналом был сигнал от исследуемой поверхности, относительно начала излучения определяют временные задержки τ1 - прямого сигнала излучателя, τ2 - сигнала, отраженного исследуемой поверхностью, и τ3 - сигнала, отраженного стенкой бассейна, излучатель возбуждают гармоническим сигналом заданной частоты и амплитуды и регистрируют интерференционный сигнал на выходе приемника на временном интервале от начала излучения до момента прихода отражения от стенки бассейна, не изменяя положения излучателя и приемника исследуемую поверхность извлекают из бассейна, при тех же временном интервале регистрации сигнала приемника и значениях частоты и амплитуды сигнала возбуждения вновь излучают гармонический сигнал и регистрируют сигнал на выходе приемника, который принимают за опорный, из интерференционного сигнала выделяют отраженный сигнал, для чего опорный сигнал вычитают из интерференционного сигнала, получают огибающие отраженного и опорного сигналов, вычисляют отношение напряжений отраженного и опорного сигналов Uотр(τ)/Uоп(τ) как отношение огибающих отраженного и опорного сигналов для τ2<τ<τ3, коэффициент отражения звука от исследуемой поверхности Wотр на частоте эксперимента определяют по отношению напряжений отраженного и опорного сигналов:

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена схема реализации способа при измерениях в гидроакустическом бассейне (ГАБ); на фиг. 2, 3, 4, 5 - диаграммы, поясняющие работу способа.

Излучатель 2, исследуемую отражающую поверхность 1 и гидрофон 3 располагают в ГАБ, как это показано на фиг. 1, чтобы первым по времени прихода в точку приема гидрофоном отраженным сигналом был сигнал, отраженный исследуемой поверхностью. Излучатель возбуждают электрическим напряжением, изменяющемся по гармоническому закону, акустическим сигналом излучателя облучают исследуемую поверхность и гидрофон. При этом в присутствии исследуемой отражающей поверхности на гидрофон падают прямая звуковая волна излучателя 4, звуковая волна 5, отраженная исследуемой поверхностью, и звуковые волны 6, отраженные посторонними поверхностями, условно показанные на фиг. 1 отражением от стенок ГАБ. В отсутствие исследуемой отражающей поверхности на гидрофон падают прямая звуковая волна излучателя и звуковые волны, отраженные стенками ГАБ. Мгновенные значения интерференционного сигнала на выходе гидрофона (в присутствии отражений от исследуемой поверхности) и опорного сигнала (в отсутствии исследуемой поверхности) регистрируют в памяти ЭВМ, которая выполняет математическую обработку сигналов.

Обработка сигналов включает в себя следующие операции. Относительно начала излучения определяют временные задержки прихода на гидрофон прямого сигнала излучателя τ1, сигнала, отраженного исследуемой поверхностью, τ2, сигнала, Отраженного стенкой бассейна, τ3. Вычитанием опорного сигнала из интерференционного сигнала выделяют отраженный сигнал. Огибающие опорного и отраженного сигналов получают, применяя, например, к опорному и отраженному сигналам преобразование Гильберта. Вычисляют отношение напряжений отраженного и опорного сигналов Uотр(τ)/Uоп(T) как отношение значений огибающих отраженного и опорного сигналов для τ2<τ<τ3. Коэффициент отражения звука от исследуемой поверхности на частоте эксперимента Wотр рассчитывают по формуле:

Изложенное выше проиллюстрировано результатами физического эксперимента, представленными на фиг. 2-5. В эксперименте применяли гидрофон с круговой характеристикой направленности. В качестве исследуемой поверхности использовали поверхность воды в бассейне - границу раздела сред вода-воздух, коэффициент отражения от которой известен и равен единице [2]. Для того чтобы зарегистрировать опорный сигнал, пару излучатель-гидрофон расположили на оси симметрии бассейна (показана на фиг. 1 пунктирной вертикальной прямой) на таком удалении от поверхности воды, чтобы первым по времени прихода на гидрофон отраженным сигналом был сигнал, отраженный стенками бассейна.

На фиг. 2 представлены осциллограмма и огибающая опорного сигнала, временные задержки прямого сигнала излучателя τ1 и отражения от стенки бассейна τ3.

Для регистрации интерференционного сигнала, не изменяя расстояния между излучателем и гидрофоном, пару излучатель-гидрофон установили на оси симметрии бассейна так, чтобы первым по времени прихода на гидрофон отраженным сигналом был сигнал, отраженный поверхностью воды. На фиг. 3 представлены осциллограмма и огибающая интерференционного сигнала, временные задержки прямого сигнала излучателя τ1, отражения от поверхности воды τ2 и стенок бассейна τ3.

Временные задержки отражения от исследуемой поверхности τ2 и стенки бассейна τ3, осциллограмма отраженного сигнала, полученного вычитанием опорного сигнала из интерференционного сигнала, и огибающая отраженного сигнала представлены на фиг. 4.

Отношение огибающих отраженного и опорного сигналов рассчитывали с учетом разницы временных задержек τ1 и τ2. Зависимость, представляющая отношение огибающих отраженного и опорного сигналов, изображена на фиг. 5.

Значение Uотр(τ)/Uоп(τ)=0,18 получили на установившемся участке зависимости, предшествующем приходу отражения от стенки бассейна. При соотношении временных задержек τ21=5,4 в эксперименте значение коэффициента отражения, рассчитанного по формуле (1), составило 0,97. Отличие полученного значения коэффициента отражения звука от границы раздела сред вода-воздух от табличного значения в [2] не превосходит погрешности измерения характеристики направленности гидрофона, использованного в эксперименте.

Литература

1. Боббер Р. Дж. Гидроакустические измерения / Пер. с англ. под ред. А.Н. Голенкова. - М.: Мир. - 1974.

2. Румынская И.А. Основы гидроакустики. «Судостроение», Л.: 1979.

Способ измерения коэффициента отражения звука от поверхности, заключающийся в облучении исследуемой поверхности акустическим сигналом излучателя, регистрации приемником интерференционного акустического сигнала, представляющего собой сумму сигнала излучателя и отраженного сигнала, изменении частоты облучающего сигнала, определении коэффициента отражения по отношению максимума к минимуму интерференционного сигнала, отличающийся тем, что излучатель, исследуемую поверхность и приемник располагают в гидроакустическом бассейне так, чтобы первым по времени прихода на приемник отраженным сигналом был сигнал от исследуемой поверхности, относительно начала излучения определяют временные задержки τ1 - прямого сигнала излучателя, τ2 - сигнала, отраженного исследуемой поверхностью, и τ3 - сигнала, отраженного стенкой бассейна, излучатель возбуждают гармоническим сигналом заданной частоты и амплитуды и регистрируют интерференционный сигнал на выходе приемника на временном интервале от начала излучения до момента прихода отражения от стенки бассейна, не изменяя положения излучателя и приемника, исследуемую поверхность извлекают из бассейна, при тех же временном интервале регистрации сигнала приемника и значениях частоты и амплитуды сигнала возбуждения вновь излучают гармонический сигнал и регистрируют сигнал на выходе приемника, который принимают за опорный, из интерференционного сигнала выделяют отраженный сигнал, для чего опорный сигнал вычитают из интерференционного сигнала, получают огибающие отраженного и опорного сигналов, вычисляют отношение напряжений отраженного и опорного сигналов Uomp(τ)/Uon(τ) как отношение огибающих отраженного и опорного сигналов для τ2<τ<τ3, коэффициент отражения звука от исследуемой поверхности Womp на частоте эксперимента определяют по отношению напряжений отраженного и опорного сигналов:

.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области обработки аудиосигналов. Технический результат заключается в повышении эффективности обработки аудиосигналов.

Изобретение относится к метрологии, в частности к гидроакустическим измерениям. Гидрофон располагают в бассейне на определенном расстоянии от излучателя.

Изобретение относится к акустике, в частности к устройствам измерения уровня шума. Устройство оценки аудиопомех содержит микрофон, причем сигнал микрофона содержит составляющую тестового сигнала, соответствующую тестовому аудиосигналу, делитель для разделения сигнала микрофона на множество интервальных составляющих тестового сигнала.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к акустической метрологии. Измерительная система для оценивания акустического устройства, причем акустическое устройство позволяет пользователю слышать звук посредством вибрации вибрирующего элемента, система содержит модель уха, включающую в себя искусственное ухо, смоделированное в соответствии с ухом человека, и искусственный наружный слуховой проход, составляющий единое целое с искусственным ухом, и микрофон.

Изобретение относится к области метрологии гидроакустических измерений и может быть использовано для градуировки гидрофонов методом эталонного излучателя. Предложен способ градуировки гидрофонов методом эталонного излучателя, заключающийся в расположении градуируемого гидрофона в гидроакустическом бассейне на расстоянии R от эталонного излучателя, возбуждении излучателя сигналом в диапазоне частот, излучении акустического сигнала и приеме градуируемым гидрофоном прямого акустического сигнала излучателя и сигналов, отраженных границами бассейна, определении частотной зависимости амплитуды напряжения на выходе гидрофона Uг(f), определении для Uг(f) зависимости коэффициентов Фурье S(τ), разделении по параметру τ коэффициентов Фурье Ss(τ), относящихся к прямому и отраженным сигналам, определении зависимости S'(τ) обнулением в S(τ) коэффициентов Фурье, относящихся к отраженным сигналам, определении частотной зависимости амплитуды выходного напряжения градуируемого гидрофона в свободном поле U'г(f) обратным преобразованием Фурье S'(τ) и определении чувствительности градуируемого гидрофона по свободному полю Mг(f) в диапазоне частот градуировки по формуле где P(f) - частотная зависимость амплитуды звукового давления, создаваемого эталонным излучателем в свободном поле на расстоянии R от излучателя, отличающийся тем, что в качестве сигнала возбуждения излучателя применяют линейно-частотно-модулированный сигнал, регистрируют мгновенные значения напряжения на выходе гидрофона, определяют синфазную Us(f) и квадратурную Uс(f) составляющие частотной зависимости напряжения гидрофона, преобразование Фурье применяют отдельно к синфазной и к квадратурной составляющим и определяют зависимости коэффициентов Фурье Ss(τ) и Sc(τ), определяют зависимости S's(τ) и S'c(τ) обнулением соответственно в Ss(τ) и Sc(τ) коэффициентов, относящихся к отраженным сигналам, определяют синфазную U's(f) и квадратурную U'c(f) составляющие частотной зависимости выходного напряжения гидрофона в свободном поле обратным преобразованием Фурье S's(τ) и S'c(τ), а частотную зависимость амплитуды выходного напряжения градуируемого гидрофона в свободном поле U'г(f) определяют по формуле Далее чувствительность градуируемости гидрофона определяют по формуле (1).

Изобретение относится к измерению разборчивости речи и предназначено для оценки защиты объектов от несанкционированной утечки акустической речевой информации (АРИ).

Изобретение относится к виброакустической метрологии. Измерительное устройство содержит средство генерирования вибрации, удерживаемое на голове манекена.

Изобретение относится к метрологии. Согласно способу измерения мощности на излучающую поверхность ультразвукового преобразователя устанавливают два идентичных тестовых образца, на каждом из которых крепят термочувствительный элемент.

Изобретение относится к метрологии, в частности к способам калибровки гидрофонов. Способ настройки максимальной чувствительности волоконно-оптического гидрофона предполагает подачу света по волоконно-оптической линии к микромембране, с последующим приемом отраженного света фотоприемником.

Изобретение относится к акустике, в частности к средствам измерения звукоизолирующих свойств обтураторов. Устройство содержит микрофон ушного канала, приемник, контур предварительной обработки, блок преобразования частоты, блок оценки качества изоляции.
Наверх