3. Описание лабораторного объекта и приборного оснащения

В качестве лабораторного объекта выбрано помещение лаборатории, в котором определенным образом установлено различное оборудование, инвентарь (шкафы, стеллажи, столы, и пр.). Данные элементы являются акустическими поглотителями (резонаторами) акустических волн, создаваемых источником (в качестве акустического источника используется акустическая динамическая головка ГД-10). На рис. 3 приведен примерный план объекта.

Источник акустических волн для проведения замеров при проведении лабораторной работы закрепляется на стойке в любом месте исследуемой зоны (имитируется работающий объект), но с определением его геометрического расположения относительно ее других элементов. Зоны акустического исследования в лаборатории выбираются из условия обеспечения замера в дальнем поле источника.

В качестве измерительной базы исследования акустической интенсивности источника, в исследуемой зоне объекта, используются измерительные комплексы типа ИШВ-2 (два шт. одновременно). Схема проведения замера приведена на рис. 4

Измерительные микрофоны М1 и М2 устанавливаются на расстоянии друг от друга 0,5 – 1,0 метра, при этом на одной линии к источнику акустических возмущений.

Для измерения вектора направленности акустического поля на расстоянии 2,5 - 3 м (см. рис. 4) строится сектор исследования. В этом случае сектор делится на 8 – 10 элементов по горизонтали и 3 – 4 элемента по вертикали. В узлах пересечения горизонтальных и вертикальных линий разбиения сектора по очереди с помощью 2–х микрофонов определяется интенсивность акустических колебаний. В качестве ориентира можно использовать нанесенную на полу (стенке) линию с разбиением ее на равные участки как по длине, так и по высоте.

Кабина испытаний

шкаф

источник стойка

зоны исследования акустического

стеллаж давления столы

шкаф

двери шкаф

лестница

Рис 3.

Схема исследования объекта

Источник М1 М2

Линии расположения

микрофонов от источник

узлы расположения

сетки

Рис. 4

Схема проведения замеров

4. Методика проведения исследований

После включения задающих и регистрирующих приборов в сеть и их прогрева (15 мин) осуществляется выбор точек в пространстве для проведения замеров (см. рис.4). Для этого осуществляется составление плана расположения элементов объекта с геометрической привязкой каждого элемента (см. в качества примера рис. 3). В качестве объекта, исследовательская группа может выбрать любой механизм, функционирующий узел агрегата (электродвигатель, насос и т.п.). Основное требование к выбору объекта исследования – безопасность проведения исследований, доступность и возможность установки измерительной аппаратуры. В соответствии с выбранным объектом строится сектор исследования виброакустического поля с присвоением каждому узлу разбиения порядкового номера в матричном коде (на пример - 2,3 – это вторая горизонталь, третья вертикаль; 1,5 – это первая горизонталь, пятая вертикаль). Составляется таблица 1 измерения величины значений акустического давления в каждом узле матричного поля сектора разбиения.

Таблица 1

Значение амплитуды акустического давления в узле сектора (f=100Гц)

1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9
2,1	2,2	2,3	2,4	25	2,6	2,7	2,8	2,9

1. Определение вектора акустической интенсивности источника.

Относительно акустического источника на одном и том же расстоянии выбираются точки для осуществления замера величины акустического давления (см. рис. 4). Затем устанавливается постоянная мощность источника акустических колебаний, с помощью генератора частот задают фиксированное по частоте и мощности возмущение. Значения замеров заносят в таблицу 1. Для эксперимента предлагается диапазон частот от 50 Гц до 1000 Гц с шагом 50 – 100 Гц. После измерения величины интенсивности акустического поля в узлах сектора измерения и заполнения таблиц 1 для всего диапазона исследуемых частот определяется узел, в котором количество максимальных результатов наибольшее. Данный узел является точкой направления вектора интенсивности акустического поля для исследуемого источника.

В полученном секторе направленности вектора интенсивности акустического поля обьекта проводят исследование его спектральной характеристики. Для этого микрофоны устанавливают в зону узла (см. рис. 4) и проводят исследование заданием источником акустических колебаний (динамиком) в диапазоне задания фиксированного значения частоты и мощности от 50 до 1000Гц с шагом 50 -100 Гц. Измерительный прибор ИШВ 1 устанавливается в диапазон измерений спектра (переключатель режима из положения «линия» переводится в положение «спектр»). Результаты замера записываются в таблицу 2. В качестве примера в таблице 2 для частоты источника f = 250 Гц приведены результаты исследования при фиксированной длине от источника до микрофона М 1 L = 2500 мм, а до микрофона М 2 L = 3000 мм.

Таблица 2.

Результаты спектрального анализа измерений акустического поля (f=250 Гц)

Ампли- туда [дВ]	Интегр. уровень	Уровень амплитуды при спектральном разложении в диапазоне частот
		0- 16	16-31,5	31,5-63	63-125	125-250	250-500	500-1000	1000-2000
М 1	65	0	0	0	22	25	47	43	42
М 2	63	0	0	0	21	24	48	43	41

Эксперимент повторяется не менее 5 раз для 2 – 3 точек пространства, в которых величина вектора интенсивности акустического поля равна или близка (количество испытаний выбирается для построения вероятностных оценок спектральных характеристик объекта) с заполнением таблицы 2 для каждого геометрического места измерения. Значение давления, полученное при измерении в [дВ] необходимо перевести в размерность [Па] по формуле:

Р_а = 20lq ,

где Р_а – звуковое давление в [дВ], Р – давление в [Па].

По результатам проведенных замеров строятся зависимости:

– изменения акустической интенсивности источника объекта по частоте;

– изменение максимального значения амплитуды акустического давления по углу направления измерений.

Зона сектора измерений, в котором количество максимальных значений амплитуды акустического давления в полосе задаваемых источнику частот колебаний будет наибольшее для данного диапазона измерений, являться зоной прохождения вектора максимальной акустической интенсивности источника для данного объекта. Кроме того, по формулам (1 – 5) определяется локальная акустическая интенсивность объекта, математическое ожидание частоты излучения объекта, дисперсия и коэффициент корреляции спектральной плотности акустического поля источника.

2. Определение передаточной функции

Для определения передаточной функции объекта необходимо выбрать на одной прямой от источника акустических возмущений три точки. Расстояние между точками должно быть одинаковое и находиться в пределах 1 – 1,5 м. Для исследования передаточной функции элемента, на пример, перегородки, стенки и т.п. точки измерения должны быть расположены непосредственно перед объектом и за ним. В случае исследования акустических характеристик аудитории одна из точек будет находиться перед дверью, а другая за дверями лаборатории. В лаборатории от источника до дверей расстояние между точками произвольное, но точки исследования должны находиться в зоне дальнего поля источника. Исследования проводятся при фиксированном значении амплитуды и частоты источника акустических возмущений объекта с определением всех параметров, как и в случае определения локальной акустической интенсивности. Результаты замера сводятся в таблицу 3, которая отличается от таблицы 2 только дополнением одного столбца с указанием расстояния до измеряемой зоны. В качестве примера в таблице 3 приведены результаты замера для расстояния от источника до микрофона М1 - l = 2500 мм.

Таблица 3

Результаты измерений акустического поля ( l = 2500, 3500,4000)

Ампли- туда [дВ]	Интегр. уровень	Расстоя ние [мм]	Уровень амплитуды при спектральном разложении в диапазоне частот
			16	31,5	63	125	250	500	1000	2000
М1	63	2500	0	0	0	22	25	47	43	42
М2
М3

Расчет передаточной функции объекта исследования осуществляется по приведенным формулам 6- 10. Для этого необходимо провести замер в одной точке с помощью микрофона М1 и М2 не менее 5 раз для вычисления коэффициента корреляции по частотному диапазону, выбранному для проведения исследования (см. рекомендации по выбору п. 4.1.).

Собственную частоту воздушного столба в первом приближении можно рассчитать по формуле:

, (11)

где к – номер моды акустических колебаний (стоячая волна от источника до точки замера), l – расстояние от источника акустических возмущений до точки замера, а скорость звука в воздухе (в теле объекта).

Передаточная функция определяется по формуле:

(12)

где X(f) и Y(f) – входной и выходной сигналы.

В нашем случае это полученные значения амплитуд в частотном диапазоне измерений в точках перед объектом и за ним. Полученные значения передаточной функции должно иметь спектральную плотность распределения, построенную в координатах значение коэффициента усиления (ослабления) – частота. Результаты исследований оформляются отчетом, который включает:

- описание объекта исследований;

- поученные результаты исследований;

- расчетные значения математического ожидания частот акустического поля объекта, дисперсию и коэффициент корреляции в частоте собственных колебаний среды объекта;

- передаточную функцию и спектральную плотность коэффициента усиления (ослабления) среды объекта.