Реферат: Система дистанционного контроля акустического окружения (шумомер)

де Т — час вимірювання; р(t) — миттєве значення звукового тиску.

Значення р вимірюють на певній відстані від джерела шуму в заданій смузі частот. Рівень звукового тиску L, дБ, визначають відносно порогового середньоквадратичного значення звукового тиску р₀ = 2 • 10^-5 Па за формулою

. (1.2)

Звуковою потужністю називають потужність звука, який випромінюється джерелом в усіх напрямах простору, що оточує джерело. У цьому розумінні це інтегральна ха­рактеристика шуму, який створюється джерелом. Зазначи­мо, що джерело звука випромінює звукову потужність, а звуковий тиск є наслідком цього випромінювання. Слух лю­дини сприймає звуковий тиск, а причиною цього сприйман­ня є звукова потужність джерела. Рівень звукової потуж­ності L_P, дБ, визначають відносно порогової потужності Р = 10^-12 Вт за формулою

(1.3)

Звукова потужність є мірою швидкості випромінювання звукової енергії, тобто звуковою енергією, що віднесена до одиниці часу.

Інтенсивність звука характеризує швидкість потоку зву­кової енергії в певній точці звукового поля. Рівень інтенсивності звука L_I, дБ, визначають відносно порогового значення I₀ = 10^-12 Вт/м² за формулою

. ^(1.4)

Зазначимо, що I₀ = р₀²/ρс, де ρс — хвильовий опір повітря, який дорівнює 416 кг/(м²с).

Звуковий тиск та інтенсивність звука є точковими харак­теристиками звукового поля. Вони залежать від розташу­вання точки вимірювання та умов поширення звукових хвиль. Звукова потужність не залежить від зазначених факторів, тому є унікальною мірою шумності даного джерела шуму.

1.3 Основні типи звукових полів у практиці вимірювань шуму

Звуковим полем називають простір, в якому поширюють­ся звукові хвилі. У практиці вимірювань шуму звукові по­ля класифікують за наявністю відбивних перешкод (вільні й дифузні) та за відстанню від джерела звука (дальні та ближні).

Для вільного звукового поля характерне поширення зву­кових хвиль без відбивання. Ідеальні умови вільного поля можна створити на відкритому повітрі в місцях, що відда­лені від об'єктів з великими відбивними поверхнями. На місці вимірювання не повинно бути сторонніх шумів. Од­нак можливість вимірювання шуму на відкритому повітрі залежить від метеорологічних умов і часу доби.

Умови вільного поля можна створити штучно в так званих заглушених камерах, де відбивання звукових хвиль від стін і стелі істотно послаблюються спеціальним облицю­ванням цих поверхонь звукопоглинальними матеріалами. Здебільшого для цього придатні звичайні приміщення до­статньо великого об'єму.

Для дифузного звукового поля, навпаки, характерні багаторазові відбивання звукових хвиль, внаслідок чого ці хвилі поширюються в усіх напрямах з ідентичною амплітудою. Середня густина енергії звука однакова по всьому полю. Апроксимацією дифузного поля є акустичне поле в ревербераційному приміщенні.

Показниками якості ревербераційного приміщення є час реверберації та нерівномірність звукового тиску в усіх

точках внутрішнього простору (за винятком точок, близь­ких до відбивних поверхонь). Ревербераційна камера тим краща, чим більший час реверберації і чим більша рівномір­ність у ній звукового поля по всьому робочому діапазону частот.

Дальнім називають звукове поле в достатньо віддаленій від джерела зоні простору, де напрям швидкості поширен­ня частинок збігається з напрямом поширення звукової енергії, а інтенсивність звука пропорційна квадрату зву­кового тиску. Залежно від задачі вимірювання в акустиці застосовують різні кількісні критерії дальнього поля, наприклад співвідношення kr > 1 (k — хвильове число). У практиці вимірювань шуму машин вважають, що умо­ви дальнього поля виконуються на відстані від джерела, яка більша, ніж довжина хвилі, або в 2...З рази перевищує найбільший лінійний розмір джерела. Звукову хвилю в дальньому полі можна розглядати як плоску чи сферичну. Поширення звука у вільному дальньому полі відповідає закону зворотних радіусів: р ~ 1/r, І ~ 1/r².

Ближнє звукове поле — це сусідня до джерела звука зо­на, в якій напрям коливань не обов'язково збігається з на­прямом поширення звукової енергії. У цьому полі звуко­вий тиск не може характеризувати звукову потужність дже­рела, оскільки реактивна складова ближнього поля, що враховується в процесі вимірювання тиску, не пов'язана з випромінюванням потужності. Проте слід зазначити, що реактивна складова ближнього звукового поля не впливає на результати вимірювання інтенсивності звука, оскільки остання пов'язана з потоком звукової енергії і тому реагує тільки на активну складову поля.

Придатність приміщення для вимірювання шуму в умо­вах вільного дальнього поля перевіряють експерименталь­но. При цьому ставляться такі вимоги:

• сторонній шум (перешкода), що проникає в приміщення, повинен бути слабкіший за сумарний шум агрегату та перешкоди не менше ніж на 10 дБ як за загальним рівнем, так і за рівнем окремих складових спектра в робочому діапазоні частот; у противному разі треба зробити поправку;

• спад рівня звукового тиску в дальньому полі джерела звука при подвоєнні відстані від джерела до точки вимірювання має становити не менше ніж 6 дБ;

• у приміщенні не повинно бути помітних стоячих хвиль, принаймні в місцях розміщення мікрофонів.

1.4 Датчики шуму

Мікрофони - це електроакустичні перетворювачі, що перетворюють звукові коливання на електричні. Залежно від конструкції розрізняють мікрофони тиску, а яких звуковий тиск впливає на діафрагму тільки з одного зовнішньо­го боку, та мікрофони градієнта тиску, в яких звуковий тиск впливає на два боки діафрагми, але з певним зсувом по фазі. У першому випадку зусилля на діафрагму визначається звуковим тиском, що діє на неї, а в другому — різницею тисків з обох боків діафрагми з урахуванням різниці фаз коливань.

Мікрофони повинні бути по можливості малих порівняно з довжиною хвилі звука розмірів, щоб не впливати на вимірюване звукове поле. Невеликі мікрофони можна використовувати в широкому діапазоні частот. Пере­вага невеликих мікрофонів полягає ще й у тому, що їхня характеристика напрямленості більш рівномірна. Тому при вимірюванні в тому разі, коли напрям поширення звука не зовсім збігається з віссю напрямленості мікрофона, виникає менше помилок. Проте внаслідок відносно невеликої чутливості цих мікрофонів застосовування їх при малих значеннях вимірюваних величин обмежене.

Залежно від характеру звукового поля розрізняють кілька показників чутливості мікрофона. У вільному полі напругу, що створюється мікрофоном, відносять до зву­кового тиску вільної плоскої біжучої хвилі, що рухається до центра мікрофона в напрямі його осі. Чутливість у дифузному полі становить відношення вихідної напруги до звукового тиску в цьому полі. Для визначення чутливості за тиском напругу на виході мікрофона відносять до зву­кового тиску, який фактично створюється перед мембраною мікрофона.

Для вимірювань використовують здебільшого конденсаторні мікрофони в основному внаслідок їхньої порівняно рівномірної частотної характеристики. Крім того, конден­саторні мікрофони стійкі до зміни температурного ре­жиму, відрізняються високою стабільністю характеристик у часі й мають рівномірну діаграму напрямленості.

Останнім часом для вимірювань застосовують п'єзоелектричні мікрофони з термостійких матеріалів з достатньо великим п’єзоелектричним ефектом. У них використо­вується властивість п’єзоелектричних матеріалів створюва­ти при механічній деформації напругу між електродами, які прикладені до пластин з цих матеріалів. У вимірювальних пристроях високого класу п’єзомікрофони застосовуються нечасто. Це пояснюється в основному низькою тем­пературною стабільністю і дуже високим внутрішнім опо­ром ємнісного типу. Останнє ускладнює підключення їх за допомогою довгих ліній, а також на навантаження з не великим опором. До переваг п’єзомікрофонів належать простота конструкції, невеликі розміри, висока чутливість.