Акустические средства измерений

Измерения следует проводить вдали от источника звука и вдали от ограждающих поверхностей. Для соблюдения этих условий точку измерения не следует помещать ближе к источнику звука, чем его наибольший размер и не ближе, чем на расстояние (А - общая эквивалентная площадь звукопоглощения в реверберационной камере).

Эквивалентная площадь звукопоглощения. Согласно статистической теории реверберации, затухание реверберирующего звука в замкнутом помещении после выключения источника зависит от эквивалентного поглощения А в квадратных метрах, связанного с поглощением звука ограждающими поверхностями, оборудованием и воздухом.

Эквивалентная площадь звукопоглощения А реверберационной камеры вычисляется согласно ГОСТ 12.1.025 по формуле

А = 0,16 V / Т,

где V - объём реверберационной камеры, м³;

Т - время реверберации, с.

Эквивалентная площадь звукопоглощения А помещения определяется согласно ГОСТ 12.1.028 по формуле

А = _sS_v

где S_v - площадь ограничивающих поверхностей помещении, м²;

_s - средний коэффициент звукопоглощения.

Объем камеры. Существует минимально допустимый объём реверберационной камеры, ниже которого не удаётся достичь диффузности поля. В рекомендациях ISO № 477 (1962 г.) указано, что измерения в камерах объёмам от 100 до 180 м³ могут проводить только на частотах выше f_кр, определяемых выражением:

f_кр = 125(180/V)^1/3 ,

где f_кр - критическая частота, Гц.

Объём реверберационных камер и специальных реверберационных помещений, согласно ГОСТ 12.1.027-80, должен быть в пределах от 100 до 300 м³, а согласно ГОСТ 12.1.025-81 - от 200 до 300 м³. Допускается использовать испытательные помещения объёмом от 70 до 2000 м³. В помещениях и камерах объёмом более 300 м³ допускается проводить измерения в октавной (или треть октавных) полосе частот 63 (от 50 до 80) Гц.

Применение камер меньшего объёма допускается при ограничении частотного диапазона измерений согласно таблице 2.3.

Таблица 2.3

Среднегеометрическая частота треть октавной полосы, Гц, не менее	125	160	200
Минимальный объём камеры, м3	150	100	70



Отношение наименьшей стороны реверберационных камер и помещений к наибольшей не должно превышать 1:3.

Коэффициент звукопоглощения поверхности камеры, на которой устанавливается или к которой крепится источник шума, должен быть не более 0,06, а в реверберационном помещении средний коэффициент звукопоглощения не должен превышать 0,2 во всём диапазоне частот измерения.

При аттестации реверберационных камер определяют:

1. Уровень помех в камере.

2. Степень диффузности поля.

3. Частотные характеристики времени реверберации.

Оценка степени диффузности поля. Существует несколько методов количественной оценки степени диффузности поля в помещении: метод В.В.Фурдуева, оценка по времени реверберации, способ Р.Тилля, метод С.Г.Гершман и другие [1]. Рассмотрим здесь только два первых метода.

Метод, предложенный В.В. Фурдуевым, заключается в сравнении полярных характеристик направленного микрофона, снятых в свободном пространстве (в поле бегущей волны), степень диффузности которого равна нулю, и в исследуемом помещении при достаточном удалении микрофона от источника звука. Чтобы избежать влияния резонансных явлений помещения, полярную характеристику снимают при воздействии на микрофон сигналом в виде узкой полосы «белого» (равно амплитудного) шума.

В идеальном диффузном поле полярная характеристика любого микрофона должна иметь форму окружности. Площадь круга, ограниченная полярной характеристикой, равна S_о.

Если, например, в свободном пространстве полярная характеристика имеет вид кардиоиды, площадь которой равна S_к, то в исследуемом помещении полярная характеристика D() того же микрофона может иметь любой промежуточный вид между окружностью и кардиоидой. При площади, ограниченной этой характеристикой, равной S_g, мерой диффузности поля d исследуемого помещения является:

d = (S_g - S_c) / (S_o - S_c)

В идеальном диффузном поле S_g = S_o и d = 1; в поле бегущей волны S_g = S_c и d = 0.

Оценка диффузности по времени реверберации. Акустические свойства реверберационных камер могут быть также оценены по времени стандартной реверберации Т - это время, в течение которого звуковая энергия в помещении уменьшается после выключения источника звука в 10⁶ раз, т.е. на 60 дБ.

Время реверберации в помещении прямоугольной формы можно оценить также расчетным путем с помощью формулы Эйринга

,

где V - объем помещения, м³;

S - общая площадь ограждающих поверхностей, м²;

б - средний коэффициент звукопоглощения для данной полосы частот.

Для малых поглощений поверхностей помещения (б < 0,2), например, для помещений не облицованных звукопоглощающим покрытием, формула Эйринга принимает вид формулы Сэбина:

.

Для реверберационных камер формула Сэбина имеет вид



,

где м - коэффициент поглощения звука в воздухе (зависит от влажности и частоты звука).

Измерение времени реверберации Т в реверберационной камере осуществляют согласно ГОСТ 12.1.025-81. Для этого в камере звуковое поле создают одним или несколькими громкоговорителями, направленными в углы помещения и излучающими шумовой сигнал со сплошным спектром. После того, как в камере установится постоянный уровень звукового давления, превышающий уровень помех в октавной полосе, не менее чем на 40 дБ, включают лентопротяжный механизм самописца уровня (включённого на выход шумомера). Источник шума выключают и на ленте записывают спад уровня.

Измерение следует проводить не менее чем в трёх точках камеры. При этом в каждой точке должно быть сделано не менее трёх удовлетворительных записей. Запись считается удовлетворительной, если наклон записи спада уровня в линейной части записи составляет угол 45^о. По линейной части записи спада уровня вычисляют время реверберации, которое соответствует времени равномерного спада уровня на 60 дБ.

При проверке диффузности звукового поля в реверберационной камере образцовый источник шума размещают в одном или в нескольких положениях, на расстоянии не менее 1,5 м от стен камеры. Ни одна из поверхностей источника не должна быть ориентирована параллельно ближайшей поверхности камеры. Минимальное расстояние между двумя положениями образцового источника шума должна быть не менее /2, где - длина волны самой низкой частоты измерения, м.

Реверберационная камера - удовлетворяет условиям ГОСТ 12.1.025, если полученные в октавных полосах величины среднего квадратического отклонения S_m (по результатам измерений уровней звукового давления в полосах частот в 6 точках при работе образцового источника шума) не превышают величин, приведённых в таблице 2.4.

Реверберационные помещения удовлетворяют условиям ГОСТ 12.1.027, если разность между паспортными и фактически измеренными в этом помещении значениями уровней звуковой мощности в октавных полосах частот образцового источника шума не превышают по абсолютной величине значений, приведённых в таблице 2.4.

Таблица 2.4

Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц	Величины, дБ	Разность уровней звуковой мощности, дБ
	Широкополосный шум	Тональный шум
125	1,5	3,0	5
250	1,0	2,0	3
500	1,0	1,5	3
1000, 2000	0,5	1,0	3
4000	1,0	1,5	3
8000	1,0	2,0	4

8. Средства измерений в области физиологической акустики

Аудиометрия (от лат. audio -- cлышу и ...метрия), акуметрия (от греч. akъo -- слышу), измерение остроты слуха. Так как острота слуха определяется главным образом порогом восприятия звука, то аудиометрия сводится к определению наименьшей силы звука, воспринимаемого человеком. Наиболее простыми методами аудиометрии являются обнаружение восприятия звуков различной громкости, производимых человеческой речью или камертонами с разных расстояний.

В основном аудиометрию производят специальными электроакустическими приборами -- аудиометрами. При изменении на аудиометре высоты (от 100 до 8000 гц)и силы звука (от 0 до 125 дб) устанавливают их минимальную интенсивность, при которой звук становится едва слышимым (порог восприятия). Результаты аудиометрии записываются в виде аудиограммы -- кривой, нанесённой на специальную аудиометрическую сетку. Определив по шкале пороговую интенсивность звука у обследуемого, устанавливают степень снижения слуха. Аудиометры служат также для определения других, более сложных тестов.

Аудиометры. Одна из основных задач измерений в области физиологической акустики заключается в исследовании общего состояния слуха, определении повреждения слуха в диагностических целях и при подборе слуховых протезов. Приборы, применяемые для этой цели, называются аудиометрами.

Различают аудиометры тональные, речевые и сплошного спектра частот. Результаты измерений аудиометром выражают в децибелах относительно порога слышимости при воздушной и костной проводимостях среднего здорового человеческого уха.

В любой аудиометр входят:

1) источник звука (генератор синусоидальных сигналов с телефоном на выходе в тональных аудиометрах; магнитофон, воспроизводящий предварительно записанный текст или речевые колебания, возбуждаемые человеческим голосом в речевых аудиометрах; шумовой генератор с телефоном на выходе, воспроизводящий электрические колебания в диапазоне частот 100 - 5000 Гц в аудиометрах сплошного спектра частот);

2) усилитель - прибор, усиливающий сигнал источника звука и корректирующий частотную характеристику аудиометрического тракта, (генератор, усилитель, аттенюатор, телефон, вибратор) так чтобы она соответствовала характеристике порога слышимости среднего человеческого уха; 3) аттенюатор - устройство, регулирующее интенсивность звукового сигнала; 4) телефон или громкоговоритель - устройство, подводящее звуковой сигнал к внутреннему уху при воздушной проводимости;

5) аудиометрический вибратор - устройство, подводящее звуковой сигнал к внутреннему уху через костную проводимость при нагрузке на сосцевидный на отросток височной кости (мастоид) или лобную кость.

В измерительной практике наибольшее распространение получили аудиометры синусоидального тона (тональные). Их основными техническими характеристиками являются следующие:

1) звуковое давление, развиваемое телефоном и аудиометрическим вибратором в человеческом ухе при любой частоте рабочего диапазона и нулевом положении аттенюатора аудиометра, соответствует порогу слышимости по воздушной и костной проводимости звука;

2) рабочий диапазон частот аудиометра с телефоном составляет 100 - 10000 Гц, с вибратором - 125 - 8000 Гц. Реперные частоты аудиометров с фиксированными частотами равны 125, 250, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 3000, 4000, 6000, 8000 и 10000 Гц;

3) динамический диапазон уровней звукового давления, развиваемого телефоном аудиометра в ухе на различных частотах, должен находиться в пределах от - 10 до 100 дБ относительно порогового давления.

Единообразие аудиометрических измерений, проводимых в различных клиниках страны, может быть обеспечено при условии, что все находящиеся в эксплуатации аудиометры будут иметь единый аудиометрический нуль, т. е. соответствующие порогу слышимости по воздушной и костной проводимостям звуковые давления, развиваемые телефоном и вибратором в ухе среднего слушателя.

Результаты субъективных измерений порогов слышимости в значительной степени зависят от условий и методы измерений, количества обследуемых лиц, их возраста, профессии, тренировки и ряда других причин. Так как эти измерения требуют больших затрат труда и времени, то метрологическое хранение и воспроизведение порога слышимости осуществляют при помощи прибора "искусственное ухо" и телефона (при воздушной проводимости звука), прибора "искусственный мастоид" и аудиометрического вибратора (при костной проводимости звука).

Условия испытаний аудиометров должны соответствовать ГОСТ 20790-82 и ГОСТ 27072-86. «Генераторы сигналов диагностические звуковые. Аудиометры. Общие технические требования и методы испытаний».

Прибор "искусственное ухо" предназначен для измерения звукового давления, развиваемого в акустической камере телефонами, применяемыми в аппаратуре связи, радиовещании и аудиометрах. При помощи приборов "искусственное ухо" градуирует (поверяют) измерительные телефоны и телефоны воздушной проводимости аудиометров.

Основными элементами прибора являются: конденсаторный микрофон, усилительно - питающее устройство и камера, образующая с микрофоном и телефоном аудиометра замкнутую воздушную полость объемом 6 см² . При помощи микрофона измеряют звуковое давление, развиваемое телефоном в камере, акустическое сопротивление которой, измеренное со стороны телефона, соответствует акустическому сопротивлению статистически среднего человеческого уха.

Предметом метрологического хранения при воздушной проводимости звука являются эквивалентные пороговые уровни звуковых давлений, развиваемые телефоном аудиометра в приборе "искусственное ухо", когда к зажимам телефона подведены пороговые напряжения, т. е. напряжения, измеренные при субъективном определении.

Методы и средства поверки измерительных приборов типа «Ухо искусственное» должны соответствовать ГОСТ 8.154-75. «ГСИ. Приборы измерительные типа «Ухо искусственное». Методы и средства поверки».

Прибор "искусственный мастоид" применяется для градуировки (поверки) аудиометрических вибраторов и приборов костной проводимости.

Основными элементами прибора являются элементы , имитирующие массу головы, податливость черепа, упругие и диссипативные свойства кожи. Механическое устройство является сопротивлением нагрузки для испыткемого вибратора. С помощью чувствительного элемента измеряют амплитуду колебаний вибратора. Предметом метрологического хранения при костной проводимости являются эквивалентные пороговые амплитуды колебания аудиометрического вибратора, развиваемые при работе на приборе "искусственный мастоид", когда к вибратору приложено пороговое напряжение, т. е. напряжение, измеренное при субъективном определении порога слышимости по костной проводимости.

Поверка аудиометров. Так как коэффициенты усиления усилительного тракта аудиометра, чувствительности телефона и вибратора могут со временем изменяться, то для обеспечения правильности измерений аудиометры необходимо периодически поверять.

Поверка аудиометра включает:

поверку частотного диапазона;

поверку аттенюатора;

определение частотной характеристики телефона;

определение пороговых напряжений телефона;

определение частотной характеристики чувствительности вибратора;

определение пороговых напряжений вибратора.

Частотный диапазон аудиометра поверяют при всех оцифрованных значениях шкалы частот аудиометра методом сравнения с известной частотой по схеме, приведенной на рис. 2.18.

Рис. 2.18. Блок схема установки для поверки аудиометров



В качестве источника известной частоты применяют звуковой генератор со шкалой плавной расстройки частоты, градуированной в процентах от значения частоты, устанавливаемого по основному лимбу. Наличие шкалы плавной расстройки позволяет определить погрешность аудиометра по частоте непосредственно в процентах.

Частоту генератора сличают с частотой 1000 Гц рабочего эталона частоты с помощью электронного осциллографа по фигурам Лиссажу.

Погрешность аудиометра по частоте не должна превышать ±3 %. Требования столь высокой точности вызваны большой неравномерностью частотной характеристики телефонов и аудиометрических вибраторов (доходящей до 20 дБ), вследствие чего незначительное отклонение по частоте от оцифрованного значения может вызвать погрешность измерения 6 - 10 дБ.

Аттенюатор аудиометра поверяют при частотах 1000 и 10000 Гц методом сравнения с образцовым делителем по схеме, приведенной на рис. 2.19.

Рис. 2.19. Схема поверки электрических параметров аудиометра

Погрешность аттенюатора не должна превышать ± 0,5 % дБ.

Частотную характеристику чувствительности телефона определяют на образцовом приборе "искусственное ухо". При этом телефон устанавливают на прибор "искусственное ухо" и прижимают с силой 5 Н. Подавая от звукового генератора напряжение U_т к клеммам телефона, измеряют электронным вольтметром напряжение U_у, развиваемое прибором "искусственное ухо" под действием звукового давления, создаваемого телефоном.

Измерения проводят в диапазоне частот 125 - 1000 Гц. Строят частотную характеристику чувствительности телефона.

При выходе из строя телефона, входящего в комплект аудиометра, его нельзя заменить телефоном, неотградуированным предварительно на образцовом приборе "искусственного ухо" (под градуировкой телефона понимают определение его частотной характеристики чувствительности).

Пороговые напряжения телефона ( эквивалентные пороговые уровни звукового давления) определяют на приборе "искусственное ухо" при частотах 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 6000, 8000 и 10000 Гц.

Непосредственно измерить эквивалентные пороговые уровни звукового давления, развиваемые телефоном аудиометра, выполнить трудно, вследствие относительно большого уровня собственных шумов прибора "искусственного ухо", по это их измеряют при положении аттенюатора аудиометра " 60 " дБ.

Результаты измерения экстраполируют к пороговому уровню по формуле:

L ₀ = L ₆₀ - К ₆₀ ,

где L₀ - эквивалентный пороговый уровень звукового давления относительно 2.10 ^-5 Па, соответствующий положению аттенюатора "0" дБ;

L₆₀ - измеренный уровень звукового давления, дБ, соответствующий положению аттенюатора "60" дБ;

К₆₀ - затухание, дБ, вносимое аттенюатором при переключении его из положения "60" дБ в положение "0" дБ.

Уровни пороговых напряжений телефона при известной чувствительности определяют по формуле:

L_пор = L _p - L _E

где L_пор - уровень порогового напряжения телефона относительно напряжения 1 в, дБ;

L_p - уровень звукового давления относительно 2•10 ^-5 Па, дБ;

L_E - чувствительность телефона относительно 1 Па / В, дБ.

Частотную характеристику чувствительности аудиометрического вибратора определяют на приборе "искусственный мастоид". На этот прибор устанавливают вибратор и прижимают его с силой 5 Н. Подводя от звукового генератора напряжение U_в к клеммам вибратора, измеряют электронным вольтметром напряжение U_м, развиваемое при этом "искусственным мастоидом ".

Измерения проводят в диапазон частот 125 - 8000 Гц.

Чувствительность аудиометрического вибратора вычисляют на частотах 125, 250, 500, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 4000, 5000, 6000, 8000 Гц по формуле:

Е _в = U_м / U_в• Е _м

где Е_м - чувствительность прибора "искусственный мастоид".

Чувствительности и их частотные характеристики различных экземпляров отличаются друг от друга, поэтому один вибратор нельзя заменить другим без предварительного определения частотной характеристики чувствительности.

Пороговые напряжения аудиометрического вибратора (эквивалентные пороговые уровни звукового давления) находят на частотах 125, 250, 500, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 4000, 5000, 6000 Гц с помощью прибора "искусственный мастоид" при положении аттенюатора "60" дБ. Полученные результаты экстраполируют к пороговому уровню.

9. Гидроакустические приборы

В качестве излучателей и приёмников в звуковой области используются электродинамические и пьезоэлектрические излучатели и гидрофоны, а в ультразвуковой -- пьезоэлектрические и магнитострикционные. Из наиболее существенных применений гидроакустики следует отметить эхолот, гидролокаторы, которыми пользуются для решения военных задач (поиски подводных лодок противника, бесперископная торпедная атака и т.д.); для мореходных целей (плавание вблизи скал, рифов и др.), рыбопромысловой разведки, поисковых работ и т.д.

Пассивным средством подводного наблюдения служит шумопеленгатор, позволяющий определить направление источника шума, например корабельного винта. Подводные мины снабжаются т. н. акустическими замыкателями (взрывателями), вызывающими взрыв заряда мины в момент прохождения над ней корабля. Самонаводящиеся торпеды могут самонаправляться на корабль по его шуму и т.д.

Гидрофон (от гидро... и греч. phone -- звук), гидроакустический звукоприёмник, Гидрофоны являются электроакустическими преобразователями и применяются в гидроакустике для прослушивания подводных сигналов и шумов, для измерительных целей, а также как составные элементы направленных приёмных гидроакустических антенн. Наиболее распространены гидрофоны, основанные на электродинамическом, пьезоэлектрическом и магнитострикционном эффектах. Электродинамические гидрофоны по принципу действия не отличаются от воздушных электродинамических микрофонов, если не считать особенностей конструкции, связанных с изоляцией от воды.

В пьезоэлектрическом гидрофоне используется прямой пьезоэффект некоторых кристаллов (сегнетова соль, кварц, дигидрофосфат аммония, сульфат лития и т.д.), при котором переменная деформация кристалла вызывает появление переменных поверхностных электрических зарядов и соответственно переменной электродвижущей силы на электродах-обкладках. Широко пользуются пьезоэлектрическими керамическими материалами (типа керамики титаната бария, титаната-цирконата свинца и др.). Чувствительные элементы пьезоэлектрических гидрофонов изготавливают в виде пакетов прямоугольной или цилиндрической формы.

Магнитострикционные гидрофоны основаны на обратном магнитострикционном эффекте некоторых ферромагнитных металлов (в основном никеля и его сплавов), при котором деформация вызывает появление переменной магнитной индукции в магнитопроводе и как следствие -- переменной эдс на обмотке. Чувствительные элементы гидрофона (сердечники) набираются, как правило, из тонких пластин для избежания потерь на токи Фуко.

Гидрофоны, предназначенные для измерительных целей, должны быть ненаправленными и обладать ровной частотной характеристикой во всей области исследуемых частот. Для этой цели удобно пользоваться малыми по сравнению с длиной волны полыми сферическими приёмниками из пьезокерамики, совершающими сферические симметричные колебания.

Одна из важнейших характеристик гидрофонов -- чувствительность, представляющая собой отношение электрического напряжения к звуковому давлению в мкв/бар; она лежит в пределах от долей мкв/бар для малых (диаметром в несколько мм) керамических сферических приёмников до сотен мкв/бар для пакетов из пьезоэлектрических кристаллов. Для увеличения чувствительности (а также для устранения шунтирующего действия кабеля) используются гидрофоны с предварительными усилителями, которые монтируются в одном корпусе с приёмником и вместе опускаются в воду.

Эхолот (от эхо и лот), навигационный прибор для автоматического измерения глубины водоёмов с помощью гидроакустических эхо-сигналов. Обычно в днище судна устанавливается вибратор, к которому периодически подаются от генератора электрические импульсы, преобразуемые им в акустические, распространяющиеся в ограниченном телесном угле вертикально вниз.

Отражённый дном акустический импульс принимается тем же вибратором, который преобразует его в электрический. После усиления импульс поступает на индикатор глубины, отмечающий отрезок времени (в сек) от момента посылки импульса до момента возвращения эхо от дна и преобразующий его в визуальные показания или запись глубины. Длительность импульсов -- от 0,05 до 20 мсек с частотой заполнения от 10 до 200 кгц. Малые длительности и высокие частоты используются при измерениях малых глубин, большие длительности и низкие частоты -- при измерении больших глубин.

Вибратором может служить магнитострикционный преобразователь или пьезокерамический. В качестве индикаторов глубин применяются проблесковые указатели с вращающейся неоновой лампочкой, вспыхивающей в момент приёма эхо-сигнала; стрелочные, электроннолучевые и цифровые указатели, а также самописцы, записывающие измеряемые глубины на движущейся бумажной ленте электротермическим или электрохимическим методом.

Эхолоты изготовляются на разные интервалы глубин, в пределах от 0,1 до 12 000 м и работают при скоростях хода судна до 30 узлов (55 км/ч) и даже более. Погрешность Э. от 1% до сотых долей процента. Э. используются также для поиска косяков рыбы, подводных лодок, для исследования звукорассеивающих слоев, определения типа грунта, стратификации донных осадков и др. гидроакустических измерений.

Гидролокация (от гидро... и лат. locatio -- размещение), определение положения подводных объектов при помощи звуковых сигналов, излучаемых самими объектами (пассивная локация) или возникающих в результате отражения от подводных объектов искусственно создаваемых звуковых сигналов (активная локация). Под термином «гидролокация» понимают исключительно звуковую локацию, поскольку звуковые волны являются единственным известным в настоящее время видом волн, распространяющихся в морской среде без значительного ослабления.

Гидролокация имеет большое значение в навигации для обнаружения невидимых подводных препятствий, при рыбной ловле для обнаружения косяков и отдельных крупных рыб, в океанологии как инструмент исследования физических свойств океана, картографирования морского дна, поиска затонувших судов и т.п., а также в военных целях для обнаружения подводных лодок, надводных кораблей и др. и наблюдения за ними, для определения координат целей при применении торпедного и ракетного оружия.

При пассивной локации (шумопеленгации) с помощью шумопеленгатора определяют направление на источник звука (пеленг источника), пользуясь звуковым полем, создаваемым самим источником. При этом применяют различные методы: поворачивают приёмную акустическую антенну с острой направленностью до положения, в котором принятый сигнал имеет максимальную интенсивность (т. н. максимальный метод пеленгования); измеряют разность фаз между сигналами на выходе двух разнесённых в пространстве антенн (фазовый метод); определяют относительную разницу во времени приёма сигналов двумя разнесёнными антеннами посредством измерения взаимной корреляции (корреляционный метод), а также путём комбинации этих методов. Системы пассивной гидролокации применяются главным образом для гидроакустического оснащения подводных лодок и надводных кораблей.

Системы активной гидролокации основаны на явлении звукового эхо (рис. 2) и различаются методами временной модуляции посылаемого сигнала и способами обзора пространства. Для определения дальности объекта чаще всего пользуются импульсной, частотной и шумовой модуляциями сигнала.

Гидролокатор (от гидро... и лат. loco -- помещаю), гидролокационная станция, гидроакустическая станция (прибор) для определения положения подводных объектов при помощи звуковых сигналов. Кроме расстояния до погруженного в воду объекта, некоторые гидролокаторы определяют также его глубину погружения по наклонной дальности и углу направления на объект в вертикальной плоскости. Работа гидролокатора (рис. 2.20) происходит следующим образом. Импульс электрического напряжения, выработанный генератором, через переключатель «приём -- передача» подаётся к электроакустическим преобразователям (вибраторам), излучающим в воду акустический импульс длительностью 10--100 мсек в определенном телесном угле или во всех направлениях.

Рис. 2.20. Принцип работы гидролокатора: 1 -- излучатель; 2 -- приёмник; 3 -- отражающее тело.

По окончании излучения вибраторы подключаются к гетеродинному усилителю для приёма и усиления отражённых от объектов импульсных акустических сигналов. Затем сигналы поступают на индикаторные приборы: рекордер, электродинамический громкоговоритель, телефоны, электроннолучевую трубку (дисплей). На рекордере измеряется и регистрируется электрохимическим способом на ленте расстояние (дистанция) до объекта; с помощью телефонов и электродинамического громкоговорителя принятые сигналы прослушиваются на звуковой частоте и классифицируются, по максимуму звучания определяется пеленг; на дисплее высвечивается сигнал от объекта и измеряется дистанция до него и направление (пеленг). Длительность паузы между соседними посылками импульсов составляет несколько сек.

Большинство гидролокаторов работает в звуковом и ультразвуковом диапазонах частот (4--40 кгц). Это обусловлено необходимостью получения острой направленности антенны (при относительно небольших её размерах) и достижения заданной разрешающей способности.

Основной характеристикой гидролокаторов является дальность обнаружения, которая зависит от мощности излучаемого сигнала, от уровня акустических помех и от условий распространения звука в водной среде.

Наряду с помехами на дальность обнаружения оказывает влияние рефракция, имеющая место в сложных гидрологических условиях. Гидролокаторы различного назначения обладают дальностью действия от сотен метров до десятков километров и обеспечивают точность пеленгования около 1°.

Шумопеленгатор - устройство для обнаружения источника звуковых колебаний или шума и определения направления (пеленга) на него; применяются главным образом в гидролокации. Работают в области звуковых, ультразвуковых и инфразвуковых частот.

Шумопеленгаторы подразделяются на стационарные, которые устанавливаются на дне океана (моря) на специальных опорных конструкциях или на неподвижных (на якоре) буях, и подвижные -- на подводных лодках, на некоторых типах надводных кораблей, в контейнерах, опускаемых в воду с вертолёта, на свободно плавающих (дрейфующих) буях.

Шумопеленгатор состоит из приёмника звука, компенсатора, фильтра, усилителя и индикатора. Приёмником звука чаще всего является акустическая антенна, состоящая из нескольких (до сотен штук) гидрофонов, обладающая нужной диаграммой направленности. Компенсатор служит для поворота оси диаграммы направленности антенны на шумящий объект и определения её направления. При использовании вращающейся антенны компенсатор в составе шумопеленгатора обычно отсутствует.

Фильтр шумопеленгатора пропускает определённую полосу звуковых частот. Выделение низких частот способствует увеличению дальности действия шумопеленгатора, а высоких -- улучшению отношения сигнал/помеха и повышению точности пеленгования. Усилитель увеличивает амплитуду принимаемых сигналов до нужного для индикации уровня. Индикатором может быть телефон, динамик, электроннолучевая трубка, дисплей.

Существуют устройства, сопрягаемые с шумопеленгатором, с помощью которых посредством анализа спектра принимаемого акустического сигнала производится классификация (определение типа) шумящих объектов (подводная лодка, надводный корабль, торпеда и т.п.). Точность пеленгования целей современного шумопеленгатора может достигать долей градуса, а дальность действия -- десятков км.



Контрольные вопросы

1. Что такое гидрофон, принцип его устройства и работы.

2. Что такое эхолот, принцип его устройства и работы.

3. Объясните принцип работы гидролокатора.

4. Что такое шумопеленгатор, принцип его устройства и работы.

1. Перечислите виды преобразователей упругих колебаний и волн?

2. Какую энергию преобразовывают в акустическую и обратно электроакустические преобразователи?

3. В чем заключается прямой и обратный пьезоэлектрический эффект?

4. Какую энергию преобразовывают в акустическую и обратно электростатические и пьезоэлектрические преобразователи?

5. Какую энергию преобразовывают в акустическую и обратно электродинамические, электромагнитные и магнитострикционные преобразователи?

6. Принцип действия электростатических, пьезоэлектрических электродинамических, электромагнитных и магнитострикционных преобразователей.

7. Какой вид преобразователей имеет наибольший КПД?

8. Какой вид преобразователей имеет наибольшую удельную мощность?

9. Какие преобразователи преимущественно используются на мегагерцовом диапазоне частот?

1. Как называется приемники звука в воздушной среде?

2. Для чего применяются микрофоны?

3. Чем отличаются измерительные конденсаторные микрофоны от других микрофонов?

4. По способу преобразования звука на какие группы делятся микрофоны?

5. Перечислите и объясните основные параметры (характеристики) микрофонов.

6. Объясните работу электродинамического катушечного микрофона.

7. Объясните работу электродинамического ленточного микрофона.

8. Объясните работу конденсаторного микрофона.

9. Объясните работу электретного микрофона.

10. Объясните работу пьезоэлектрического микрофона.

11. Объясните работу электромагнитного микрофона.

12. Объясните работу угольного порошкового микрофона.

1. Для чего предназначен образцовый источник шума?

2. Какие требования предъявляются к образцовым источникам шума?

3. Какие метрологические характеристики должны быть указаны в паспорте образцового источника шума?

4. Каким должен быть уровень звукового давления в источниках шума?

1. Что такое громкоговоритель?

2. Что такое акустическая система?

3. Что такое головка громкоговорителя?

4. Дайте классификацию головок по принципу действия.

5. Перечислите технические характеристики головок громкоговорителей.

6. Объясните принцип действия динамического диффузионного громкоговорителя.

1. Что собой представляет шумомер?

2. Принцип действия шумомера.

3. Как устроен шумомер?

4. Как и с помощью каких средств измерений осуществляют калибровку шумомеров?

5. Перечислите состав аппаратуры для измерения шума.

6. Чем отличаются анализатор гармоник и спектрометр друг от друга?

7. Из каких блоков состоит анализатор спектра?

1. Что из себя представляет реверберационная камера?

2. Для чего предназначены реверберационная камера?

3. Что такое объём и эквивалентная площадь звукопоглощения реверберационной камеры?

4. Какие методы оценки степени диффузности поля знаете?

5. Как осуществляется измерение времени реверберации?

6. Как проверяется звуковое поле реверберационной камеры?

1. Какие знаете средства измерений в области физиологической акустики?

2. Что из себя представляет аудиометр?

3. Для чего предназначен аудиометр?

4. Для чего предназначен и из себя представляет прибор «Искусственное ухо»?

5. Для чего предназначен и из себя представляет прибор «Искусственный мастоид»?

6. Объясните схему поверки аудиометров.

Размещено на Allbest.ru

...