CS210393B1

CS210393B1 - Microphone Probe

Info

Publication number: CS210393B1
Application number: CS707379A
Authority: CS
Inventors: Ales Boleslav
Original assignee: Ales Boleslav
Priority date: 1979-10-18
Filing date: 1979-10-18
Publication date: 1982-01-29

Abstract

Mikrofonní sonda tvaru trubky ústící do uzavřené dutiny před membránou tlakového mikrofonu se používá zejména pro měření akustického tlaku v daném, úzce omezeném místě akustického pole. Její podstata spočívá v tom, že stěna trubky tvořící zvukovod mikrofonní sondy je v blízkosti dutiny vytvořené nad membránou mikrofonu opatřena nejméně jedním otvorem vyplněným,anebo zakrytým prodyšným materiálem, přičemž celkový akustický odpor všech otvorů je roven s tolerancí - 10 % hodnotě charakteristické impedance zvukovodné trubky, která je rovna poměru vlnovodového odporu vzduchu a světlého průřezu této trubky. Část stěny trubky může být v blízkosti dutiny nad membránou mikrofonu zhotovena z prodyšného tuhého materiálu. Nachází-li se sonda včetně mikrofonu ve zvukovém poli, může část trubky opatřená otvory být uzavřena v dutině pomocného pouzdra, která může být úplně nebo částečně vyplněna porézním, zvuk absorbujícím materiálem, čímž se zabrání nežádoucím odrazům zvukových vln v dutině pomocného pouzdra.A microphone probe in the shape of a tube opening into a closed cavity in front of the diaphragm of a pressure microphone is used mainly for measuring acoustic pressure in a given, narrowly limited location of the acoustic field. Its essence lies in the fact that the wall of the tube forming the sound duct of the microphone probe is provided with at least one hole filled or covered with a breathable material near the cavity formed above the microphone diaphragm, while the total acoustic resistance of all holes is equal to, with a tolerance of - 10%, the value of the characteristic impedance of the sound duct tube, which is equal to the ratio of the waveguide resistance of air and the clear cross-section of this tube. A part of the tube wall near the cavity above the microphone diaphragm can be made of a breathable solid material. When the probe including the microphone is located in the sound field, the part of the tube provided with holes can be closed in the cavity of the auxiliary housing, which can be completely or partially filled with a porous, sound-absorbing material, thereby preventing unwanted reflections of sound waves in the cavity of the auxiliary housing.

Description

Vynález se týká mikrofonní sondy tvaru trubky o konstantním průměru ústící do uzavřené dutiny před membránou tlakového mikrofonu.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microphone probe of constant diameter tube opening into a closed cavity in front of a pressure microphone membrane.

Měřicí mikrofon se sondou se používá pro měření akustického tlaku v daném, úzce omezeném místě akustického pole. Přednost měřicího mikrofonu se sondou, jehož membrána má několikráte větší plochu než průřezy sondy, ve srovnání s měřicím, mikrofonem o průměru membrány rovném vstupnímu průměru sondy spočívá v tom, že vzhledem ke zvýšenému výstupnímu signálu mikrofonu o větším průměru membrány se podstatně zvětší rozpětí měřitelných akustických tlaků směrem k malým hodnotám.The measuring microphone with probe is used to measure the sound pressure at a given, narrowly limited area of the acoustic field. The advantage of a measuring microphone with a probe whose membrane is several times larger than that of the probe cross-section compared to a measuring microphone with a diaphragm diameter equal to the probe input diameter is that due to the increased output signal of the larger diaphragm microphone pressures towards small values.

Hlavní nevýhoda mikrofonu se sondou dosud používané konstrukce, u něhož sonda sestává z trubky o konstantním průřezu, obvykle cylindrické, ústící do uzavřené dutiny před membránou tlakového měřicího mikrofonu, spočívá v omezeném kmitočtovém rozsahu a zejména pak v obtížnosti dosáhnout vyrovnaného kmitočtového průběhu. Pro dosažení prakticky použitelné kmitočtové charakteristiky je nezbytné, aby vstupní otvor sondy byl uzavřen zátkou z prodyšného materiálu o přesně definované hodnotě akustického odporu, zhotovenou obvykle z vaty, anebo jiného vláknitého materiálu.The main disadvantage of a probe microphone of the prior art construction in which the probe consists of a tube of constant cross-section, usually cylindrical, leading into a closed cavity in front of the pressure measuring microphone membrane lies in a limited frequency range and in particular difficulty in achieving a balanced frequency response. In order to achieve a practically applicable frequency response, it is necessary that the inlet opening of the probe be closed by a plug of a breathable material with a precisely defined acoustic resistance value, usually made of cotton or other fibrous material.

Z aplikačního hlediska je nevýhodné, že hodnota akustického odporu takto realizované zátky je nestabilní. Proto před každým náročnějším měřením je nutná kontrola přenosových vlastností celé soustavy, to je mikrofonu se sondou, což je nevýhodné.From an application point of view, it is disadvantageous that the acoustic resistance value of the plug so realized is unstable. Therefore, before any more demanding measurements, it is necessary to check the transmission properties of the whole system, that is, the microphone with the probe, which is disadvantageous.

Uvedené nepříznivé vlastnosti se odstraní mikrofonní sondou ve tvaru, trubky o konstantním průřezu, která ústí do uzavřené dutiny, umístěné před membránou tlakového měřicího mikrofonu podle vynálezu. Její podstata spočívá v tom, že stěna trubky tvořící zvukovod sondy je v blízkosti dutiny opatřena alespoň jedním otvorem, vyplněným,anebo zakrytým prodyšným materiálem, přičemž celkový akustický odpor všech otvorů je roven, anebo se blíží v tolerancích alespoň - 10 % hodnotě charakteristické impedance trubky uplatňující se jako zvuková sonda, která je rovna poměru vlnového odporu vzduchu a světlého průřezu trubky.Said unfavorable properties are eliminated by a microphone probe in the form of a tube of constant cross section which opens into a closed cavity located in front of the diaphragm of the pressure measuring microphone according to the invention. It is based on the fact that the tube wall forming the ear canal is provided with at least one opening, filled or covered with a breathable material near the cavity, with the total acoustic resistance of all openings equal or close to at least - 10% of the characteristic impedance of the tube. applied as a sound probe, which is equal to the ratio of the air wave resistance to the pipe cross section.

Přitom část trubky v blízkosti dutiny nad membránou mikrofonu může být zhotovena z prodyšného tuhého materiálu. Tato část trubky může být rovněž uzavřena v dutině pomocného pouzdra, která může být úplně nebo částečně vyplněna porézním, zvuk absorbujícím materiálem.The part of the tube near the cavity above the microphone membrane can be made of a breathable, rigid material. This portion of the tube may also be enclosed in a cavity of the auxiliary housing, which may be wholly or partially filled with a porous, sound absorbing material.

Hlavní předností uspořádání mikrofonní sondy podle vynálezu je vyrovnaný kmitočtový průběh, stabilita přenosových vlastností a možnost zhotovení sondy o postatně větší délce než u sond dosavadní konstrukce.The main advantage of the microphone probe arrangement according to the invention is the balanced frequency response, the stability of the transmission properties and the possibility of making the probe of a considerably longer length than the probes of the prior art.

Vynález bude dále blíže popsán na příkladovém provedeni podle přiloženého výkresu, kde na obr. 1 je schematicky znázorněno základní provedeni mikrofonní sondy podle vynálezu, na obr. 2 je tatáž sonda, u níž část trubky s otvory je uzavřena v dutině pomocného pouzdra, obr. 3 a obr. 4 představují sondu, u níž část zvúkovodné trubky je vyrobena z¹ prodyíného materiálu.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will now be described in more detail by way of example with reference to the accompanying drawing, in which: FIG. 3 and 4 show a probe in which a part of the tube is made of ¹ breathable material.

Trubka £ tvořící zvukovod mikrofonní sondy je v blízkosti dutiny 2 umístěné před membránou tlakového měřicího mikrofonu £ opatřena alespoň jedním otvorem £. Tento je vyplněn nebo zakryt prodyšným materiálem £, voleným tak, že celkový akustický odpor r všech otvorů je roven nebo se blíží v tolerancích í 10% hodnotě charakteristické impedance Zo trubky £The tube 6 forming the ear canal of the microphone probe is provided with at least one opening 6 near the cavity 2 located in front of the diaphragm of the pressure measuring microphone. This is filled or covered with a breathable material 6, selected such that the total sound resistance r of all openings is equal to or close to within 10% of the characteristic impedance value Z of the tube 6.

Tato charakteristická impedance je rovna poměru vlnového odporu vzduchu Co J děleného světlým průřezem S trubky £ mikrofonní sondy. Platí tedy, že Co?This characteristic impedance is equal to the ratio of the wavelength of the air Co J divided by the clear cross-section S of the microphone probe tube. So what?

r = Zo =r = Zo =

S kde Co je rychlost Síření zvuku, (> specifická hmotnost vzduchu a S plocha světlého průřezu trubky Ί.S where Co is the speed of the sound propagation, (> specific gravity of the air and S the pipe cross-sectional area Ί.

Aby akustická impedance otvorů £ byla v co nejSirším rozsahu kmitďčtů reálná, což je z funkčního hlediska důležité, je účelné, aby jejich plocha byla větěí, anebo alespoň rovna průřezu trubky J_.In order for the acoustic impedance of the apertures to be as real as possible in the widest possible range of frequencies, which is important from a functional point of view, it is expedient for their surface to be larger or at least equal to the cross-section of the pipe.

Významnou předností sondy podle vynálezu je vyrovnaný kmitočtový průběh až do kmitočtu fn, při němž je impedance dutiny 2 před membránou mikrofonu J srovnatelná s charakteristickou impedancí Zo trubky J_. Pro tento kmitočet platí ⁼ 2JTCZo >An important advantage of the probe according to the invention is the balanced frequency response up to the frequency fn at which the impedance of the cavity 2 in front of the microphone membrane J is comparable to the characteristic impedance Z of the tube. For this frequency ⁼ 2JTCZo>

kde akustická poddajnost jc dutiny 2 o objemu V je dána vztahemwherein the acoustic compliance of the cavity 2 of volume V is given by the relation

VIN

C =-->C = ->

po Jf kde PO je statický tlak vzduchu a Poissonova konstanta pro vzduch.po Jf where PO is the static air pressure and the Poisson constant for air.

Další nespornou předností sondy podle vynálezu je stabilita kmitočtového průběhu a nepatrná závislost přenosových vlastností sondy na její délce.Another indisputable advantage of the probe according to the invention is the stability of the frequency response and the slight dependence of the transmission properties of the probe on its length.

Pokud se nachází sonda včetně mikrofonu J ve zvukovém poli, je nezbytné její uspořádání podle obr. 2, při němž je konec trubky 1, opatřený otvory 4» umístěn v uzavřené dutině 6 pomocného pouzdra 2, o objemu θ zvukotěsně oddělen od vnějšího prostoru. Objem této dutiny 6 o akustické poddajnosti c.| musí být volen tak, aby v kmitočtové oblasti, v níž je délka vlny Λ snímaného akustického signálu rovna, anebo menši než čtyřnásobek délky h trubky 1 od jejího vstupu až k otvorům £, byla její impedance menší než charakteristická impedance Zo trubky i. Musí tedy platit, že pro kmitočetIf the probe, including the microphone J, is located in the sound field, its arrangement according to FIG. 2 is necessary, in which the end of the tube 1 provided with the openings 4 is located in the closed cavity 6 of the auxiliary housing 2. Volume of this cavity 6 of acoustic compliance c it shall be chosen so that, in the frequency range where the wavelength Λ of the sensed acoustic signal is equal to or less than four times the length h of the pipe 1 from its inlet to the holes 6, its impedance is less than the characteristic impedance Z of the pipe. apply that for the frequency

Co —What -

jeYippee

27Cfc_í 27Cfc _í

ZoZo

Vyjádríme-li akustickou poddajnost c.j objemu dutiny 6 výrazemExpressing the acoustic compliance cj of the volume of the cavity 6 by the expression

C . “ y po <?6 platí pro hodnotu objemuC. “Y after <66 applies to the volume value

kde d je světlost trubky 1Nežádoucí vliv odrazů zvukových vln v dutině 6 pomocného pouzdra 2 lze odstranit porézním materiálem, například vatou nebo prodyšným pěnovým molitanem, kterým se dutina 6 vyplní. Ja ovšem možné i takové uspořádání otvorů. £ sondy, kde stěny zvukovodu £ v blízkosti komůrky 2 jsou zhotoveny z prodyšného porézního materiálu, uplatňujícího se jako akustický odpor, jak je patrno z obr. 3 a 4. Jedná se o vložku, nahrazující původní neprodyšnou stěnu zvukovodu sondy.where d is the diameter of the tube 1 An undesired effect of the sound wave reflections in the cavity 6 of the auxiliary housing 2 can be eliminated by a porous material, for example cotton or breathable foam foam, through which the cavity 6 fills. However, such an arrangement of openings is also possible. 3, 4. The inserts, wherein the walls of the ear canal 6 near the chamber 2 are made of a breathable porous material, acting as acoustic resistance, as shown in Figures 3 and 4. It is an insert replacing the original airtight wall of the ear canal.

U uspořádání podle obr. 3 je část trubky 1 nahrazena prodyšnou trubkou 8 o stejné svět losti a pokud možná i stejném vnějším průměru, takže původní otvor 4 má tvar válcové plochy. U uspořádání podle obr. 4 má otvor £ tvar části válcové plochy. V obou případech je výhodná aplikace porézního materiálu zhotoveného například ze sintrovaných bronzových kuli ček.'In the arrangement of FIG. 3, a portion of the tube 1 is replaced by a breathable tube 8 with the same clearance and preferably the same outer diameter, so that the original opening 4 has the shape of a cylindrical surface. In the arrangement of FIG. 4, the aperture 6 has the shape of a portion of a cylindrical surface. In both cases, it is preferable to apply a porous material made, for example, of sintered bronze balls.

Claims

OBJECT OF THE EXCAVATION OF Z.U

Microphone probe in the form of a tube of constant cross-section, leading into a closed cavity in front of the pressure microphone diaphragm, characterized in that the wall of the tube (1) forming the probe horn is provided with at least one cavity (2) above the microphone diaphragm (3). orifice (4) filled or covered with a breathable material (5), the total acoustic resistance of all orifices (4) being equal to or less than 10% of the characteristic impedance of the pipe (1) used as the ear canal air resistance and pipe cross section (1).

Microphone probe according to claim 1, characterized in that the part of the wall of the tube (1) forming the electrode of the probe near the cavity (2) above the membrane of the microphone (3) is made of a breathable rigid material.

Microphone probe according to Claims 1 and 2, characterized in that the part of the tube provided with openings (4) is enclosed in a cavity (6) of the auxiliary housing (7).

. Microphone probe according to claim 3, characterized in that the cavity (6) of the auxiliary housing (7) is completely or partially filled with a porous, sound absorbing material.