страница - 62
большого числа колебаний различных частот со случайной фазой. Частотный диапазон акустических колебаний включает в себя инфразвуковые (ниже 20 Гц), звуковые (20 ... 20 ООО Гц) и ультразвуковые (свыше 20 ООО Гц) частоты.
При испытаниях рассматривают механические колебания среды в основном в звуковом диапазоне частот. Звуковые частоты делят на низкие (ниже 500 Гц), средние (свыше 500 Гц) и высокие (свыше 2 000 Гц).
Акустический шум чаще всего имеет непрерывно изменяющиеся формы и составы спектров, которые могут быть дискретными, сплошными и смешанными. Периодические акустические шумы имеют дискретные спектры, и их можно представить в виде ряда Фурье.
Простейшим акустическим шумом является чистый тон. Для характеристики воздействия звукового поля пользуются понятием звукового давления, представляющего собой силу F, действующую на единицу поверхности S:
Одной из важнейших энергетических характеристик звукового поля является его интенсивность, или сила звука.
Интенсивность (Вт/м2) измеряется пропорционально квадрату звукового давления или колебательной скорости:
где ро - статическая плотность воздуха;
Ро cq - постоянная величина, характеризующая акустическое сопротивление, для нормальных атмосферных условий равная 1,20*343 « 413 кг/(м2,с) при температуре
20 °С ; р г звуковое давление.
В случае свободной сферической волны интенсивность звука
4кг2
P = F/S .
Звуковым давлением в газах (в воздухе) называют разность между мгновенным значением давления Р3 в точке среды при прохождении через нее звуковой волны и статическим атмосферным давлением Рс в той же точке:
Р = РС-Р3
На распространение звуковых волн в атмосфере большое влияние оказывают температура, влажность, а также направление и сила ветра.
Скорость распространения звуковых волн (м/с) в воздухе существенно зависит от температуры:
с « 331 j — , V 273
где Т - абсолютная температура по Кельвину.
В отличие от воздействия вибрации, когда колебательная энергия передается к изделию через точки крепления, при наличии акустических шумов имеет место распределенное пространственное воздействие механических колебаний среды, эффективность которого зависит от формы и площади поверхности.
Акустическое свободное поле характеризуется распространением свободных бегущих волн в пространстве, не имеющем отражающих преград. Свободные бегущие волны могут быть плоскими, сферическими и др.
где Е - полная излучаемая энергия; г - непрерывно возрастающий радиус сферы.
На большом расстоянии от источника средняя интенсивность звука / пропорцио-2
нальна р в точке на радиусе г, т.е.
р = const — . г
Приведенное соотношение называется законом обратных радиусов, и ему подчиняется распространение колебаний в "дальнем" акустическом поле. Под "дальним" понимают акустическое поле в достаточно удаленной от источника области, где направление скорости распространения частиц совпадает с направлением распространения звука, а его интенсивность пропорциональна квадрату звукового давления.
В "ближнем" поле направления колебаний частиц среды не обязательно совпадают с направлением распространения волны.
Стандартному порогу слышимости соответствует минимально допустимое эффективное звуковое давление 2 • Ю-5 Па при гармоническом звуковом колебании с частотой 1 000 Гц, когда еще имеет место слуховое восприятие.
Стандартному болевому порогу соответствует максимально допустимое эффективное звуковое давление 20 Па при гармоническом колебании с частотой 1 000 Гц, когда наступает болевое ощущение. Уровень звукового давления выражают в децибелах и относят к порогу слышимости:
Ьр = 20 lg (/>//><>)•
Звуковое поле, образующееся большим числом волн, все направления потоков звуковой энергии которых равновероятны, а плотности звуковой энергии по всему объему постоянны, называется диффузным (ревербераци-онным). Диффузное поле является изотропным и однородным.
В диффузном поле вместо понятия интенсивности звука, характеризующего свободное поле, используют понятие потока звуковой мощности, падающей на единицу площади во всех направлениях полупространства. Эту величину называют удельной мощностью облучения границ 1р .
Спектральной плотностью по интенсивности 7(ю) = к А(п) принято называть интенсивность звука в полосе частот шириной в 1 Гц:
где /д f - интенсивность, измеренная в узкой полосе частот А / .
Акустический шум, имеющий одинаковую спектральную плотность во всем частотном диапазоне, называют "белым" шумом. Бели акустический шум имеет тенденцию к спаду на 3 Дб/октаву в сторону высоких частот, то его называют ирозовым".
Удельная мощность облучения границ диффузного поля в 4 раза меньше интенсивности бегущих звуковых волн при той же плотности акустической энергии е(/).
В звуковом диапазоне частот коэффициенты поглощения неупругих материалов больше, чем упругих. В камере со слабым звукопоглощением стен наблюдается явление послезву-чания, когда после прекращения действия источника звук исчезает не мгновенно, а постепенно замирая. Это явление называют реверберацией, а время замирания звука - временем реверберации. Время, в течение которого плотность звуковой энергии в данной точке камеры уменьшается в 10б раз (или на 60 дБ), называют стандартным временем реверберации.
Для выявления степени воздействия акустического шума на изделия проводят испытания, целью которых является определение способности изделий выполнять свои функции и сохранять параметры в пределах норм, указанных в стандартах.
Условия испытаний и применяемое оборудование. Установка для воспроизведения случайного акустического шума и акустического тона меняющейся частоты в заданном частотном и динамическом диапазонах с возмож-
даа
Рис. 2.4.1. Структурваа схема устанввки \ ааустичесжого
ностыо осуществления ручного и автоматического управления (рис. 2.4.1) состоит из источника акустического шума 1; рупора 2, являющегося устройством, обеспечивающим согласование сопротивления излучения источника с акустическим сопротивлением окружающей среды; камеры 6; системы 5 формирования и управления спектром акустического шума; измерительного микрофона 3; средств 4 измерения значений параметров испытательных режимов.
Основные параметры установок акустического шума:
1.Уровень звукового давления - до 170 дБ с плавной регулировкой в пределах 90 ... 170 дБ.
2.Отклонение уровня звукового давления от заданного - не более ± 3 дБ.
3.Случайный акустический шум - в диапазоне частот 125 ... 10 000 Гц (белый шум).
4.Акустический тон меняющейся частоты - в диапазоне частот 125 ... 10 000 Гц.
5.Продолжительность воздействия звукового давления - не менее 5 мин.
В качестве источников акустического шума наибольшее применение получили акустические генераторы, принцип действия которых основан на преобразовании энергии сжатого воздуха в акустическую энергию, на осуществлении модуляции воздушного потока электропневматическим возбудителем, на использовании электродинамических громкоговорителей.
Акустические генераторы, преобразующие энергию сжатого воздуха в акустическую энергию, подразделяются на две основные группы: с дискретным спектром частот и с непрерывным (широкополосным).
Принцип действия указанных акустических генераторов заключается в том, что непрерывный воздушный поток модулируется путем попеременного открывания и закрывания отверстий на его пути, в результате чего изменяется уровень звукового давления. Указанная модуляция может реализоваться с помощью сирен и электропневматических возбудителей.
Схема акустического генератора с дискретным спектром частот, получаемым с помощью однороторной сирены, приведена на
/-/А
Рис 2.4.2. Однороторная сяреиа
рис. 2.4.2. Воздух под Давлением подводится к форкамере 7, по одной из стенок которой располагаются сопла. Число сопл и шаг их распределения* по окружности соответствуют числу и шагу отверстий в роторе (диске) 2. От их числа зависит диапазон частот звуковых давлений. Между ротором и торцевой частью сопла имеется зазор.
При вращении ротора электродвигателем питаемым источником 7, площадь сечения струй воздуха, истекающего из сопл, периодически изменяется, в результате чего изменяются газодинамические параметры струй, приводящие к пульсации давления в рупоре 3 и появлению колебаний воздушной среды. Частота колебаний /определяется числом оборотов ротора и числом сопл в форкамере. Изменение частоты (тона) достигается изменением числа оборотов привода ротора, а ее поддержание - с помощью системы автоматического управления электродвигателем, получающей исходную информацию с датчика 9 числа оборотов.
Рабочий диапазон Давления воздуха в форкамере порядка 104 ... 3 • 105 Па.
Следует иметь в Виду, что в одНоротор-ной сирене может возникать акустический резонанс, собственная частота которого определяется геометрическими размерами форка-меры.
В систему воздухоснабжения сирены входят источники, сжатого воздуха, ресивер 4 -устройство, обеспечивающее снижение давления до рабочего значения, дроссель 5 для регулирования пропуска воздуха, задвижка d, датчик и элементы автоматического регулирования давления воздуха в подводящей магистрали.
Акустический генератор с широкополосным спектром частот, реализуемым с помощью многороторной сирены, позволяет получить случайный акустический шум в заданном диапазоне частот с требуемым уровнем давления.
Недостатком многороторных сирен является сложность автоматического управления, обеспечивающего воспроизведение требуемого спектра шумов.
Акустические генераторы высокоинтенсивных звуковых полещ осуществляющие модуляцию воздушного потока электропневматическим модулятором, обеспечивают получение регулируемого спектра колебаний в диапазоне частот 20 ... 5 ООО Гц.
В основе принципа действия модулятора лежит возбуждение механических колебаний модулирующей конструкции с помощью электрогидравлического или электродинамического вибровозбудителя.
Использование электродинамического возбудителя позволяет реализовать высокочастотные акустические генераторы.
Для создания акустических шумов могут использоваться электродинамические громкоговорители, различающиеся по способу излучения (диффузорные с непосредственным излучением и рупорные) и по воспроизводимому диапазону частот (узкодиапазонные и широкодиапазонные).
Диффузорные громкоговорители требуют специального оформления, образующего акустическую излучающую систему. Важными показателями, характеризующими электродинамические громкоговорители, являются КПД
Г, стандартное звуковое давление pCJi оцениваемое на расстоянии 1 м от громкоговорителя по направлению его рабочей оси при подведении мощности 0,1 Вт, а также его АЧХ.
У электродинамических громкоговорителей возможно возникновение нелинейных искажений, основными причинами которых являются нелинейная зависимость деформации (сжатия и растяжения) подвеса диффузора и центрирующей гайки от приложенной силы, а также неоднородность магнитного поля в воздушном зазоре, проявляющаяся в ее уменьшении к краям зазора.
Диффузорный громкоговоритель в простейшем случае устанавливается на плоский экран, выполненный из доски или фанеры толщиной 10 ... 20 мм, что улучшает воспроизведение низких частот и не оказывает влияния в области средних и высоких частот.
Для одновременного увеличения звукового давления и получения заданной направленности создают акустические системы, состоящие из нескольких диффузорных громкоговорителей, расположенных на расстоянии друг от друга, которое в несколько раз меньше
содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6] [стр.7] [стр.8] [стр.9] [стр.10] [стр.11] [стр.12] [стр.13] [стр.14] [стр.15] [стр.16] [стр.17] [стр.18] [стр.19] [стр.20] [стр.21] [стр.22] [стр.23] [стр.24] [стр.25] [стр.26] [стр.27] [стр.28] [стр.29] [стр.30] [стр.31] [стр.32] [стр.33] [стр.34] [стр.35] [стр.36] [стр.37] [стр.38] [стр.39] [стр.40] [стр.41] [стр.42] [стр.43] [стр.44] [стр.45] [стр.46] [стр.47] [стр.48] [стр.49] [стр.50] [стр.51] [стр.52] [стр.53] [стр.54] [стр.55] [стр.56] [стр.57] [стр.58] [стр.59] [стр.60] [стр.61] [стр.62] [стр.63] [стр.64] [стр.65] [стр.66] [стр.67] [стр.68] [стр.69] [стр.70] [стр.71] [стр.72] [стр.73] [стр.74] [стр.75] [стр.76] [стр.77] [стр.78] [стр.79] [стр.80] [стр.81] [стр.82] [стр.83] [стр.84] [стр.85] [стр.86] [стр.87] [стр.88] [стр.89] [стр.90] [стр.91] [стр.92] [стр.93] [стр.94] [стр.95] [стр.96] [стр.97] [стр.98] [стр.99] [стр.100] [стр.101] [стр.102] [стр.103] [стр.104] [стр.105] [стр.106] [стр.107] [стр.108] [стр.109] [стр.110] [стр.111] [стр.112] [стр.113] [стр.114] [стр.115] [стр.116] [стр.117] [стр.118] [стр.119] [стр.120] [стр.121] [стр.122] [стр.123] [стр.124] [стр.125] [стр.126] [стр.127] [стр.128] [стр.129] [стр.130] [стр.131] [стр.132] [стр.133] [стр.134] [стр.135] [стр.136] [стр.137] [стр.138] [стр.139] [стр.140] [стр.141] [стр.142] [стр.143] [стр.144] [стр.145] [стр.146] [стр.147] [стр.148] [стр.149] [стр.150] [стр.151]