CS219479B1 - Mikrofonní sonda - Google Patents

Description

(54) Mikrofonní sonda

Vynález se týká mikrofonní sondy vytvořené ze zvukovodu, jehož výstupní ústí je upevněno k válcové komůrce před membránou tlakového měřicího mikrofonu· Mikrofonní sonda podle vynálezu je určena pro měření akustického tlaku v daném, úzce omezeném místě akustického pole, přičemž její předností a výhodou je podstatné zvětšení rozsahu měřitelných akustických tlaků směrem k malým hodnotám vlivem toho, že membrána měřicího mikrofonu má podstatně větší plochu, než-li je plocha výstupního ústí zvukovodu, a proto výstupní signál mikrofonu je vyšší, nežli u mikrofonu, jehož membrána má průměr vstupního ústí zvukovodu.

Dosud známé mikrofonní sondy jsou vytvořeny ze zvukovodu stálého průřezu, který ústí do dutiny před membránou tlakového měřicího mikrofonu pro indikaci akustického tlaku. Nevýhodou této konstrukce sondy je nutnost velmi přesného nastavení akustického odporu prvku, určeného pro jeho vytvoření a umístění ve vstupním průřezu sondy, má-li být výsledný kmitočtový průběh vyrovnaný. Protože jde o poměrně malý akustický odpor, který lze realizovat pouze zátkou zhotovenou z tenkých a poddajnýcíi vláken snadno porušitelných, je nutné před každým měřením poměrně prac2 ným způsobem kontrolovat správnou hodnotu zmíněného akustického odporu a znova ji nastavovat.

Podstatně výhodnější vlastnosti má mikrofonní sonda podle čs. autorského osvědčení č. 210 393. Tato sonda je vytvořena ze zvukovodu stálého průřezu, který je na straně v blízkosti mikrofonu opatřen aspoň jedním otvorem, zakrytým prodyšným materiálem, jehož akustický odpor je roven charakteristické impedanci zvukovodu sondy. Podobné vlastnosti vykazuje také sonda s proměnným průřezem zvukovodu, například exponenciálním, rozevírajícím se směrem k měřicímu mikrofonu v analogickém uspořádání.

Určité omezení použitelného kmitočtového rozsahu u popsané koncepce sondy je způsobeno tím, že plocha akustického odporu, uzavírajícího otvory sondy a umístěného v blízkosti mikrofonu, je zatížena jeho vyzařovací impedancí, jejíž imaginární složka, která se uplatňuje v oblasti vysokých kmitočtů, způsobuje, že reálná složka impedance otvorů sondy přechází v komplexní, což má za následek zvlnění kmitočtové charakteristiky.

Mikrofonní sonda podle vynálezu nevykazuje popsané nevýhody stávající známé konstrukce a koncepce· Výsledný kmitočto219479 vý průběh je vyrovnaný až do mezního kmitočtu použitého akustického obvodu, který je závislý pouze na geometrických rozměrech mikrofonu a kotouče s upevněným prvkem pro vytvoření akustického odporu. Další výhodou mikrofonní sondy podle vynálezu je možnost volby délky zvukovodu podle požadavku a účelu jejího použití. Umožňuje taktéž použít sondy při měřeních, při nichž je nutno· zvukovod zavést například do prostoru s vysokou teplotou; není překážek proti opatření zvukovodu chladicím zařízením na ochranu vlastního mikrofonu. Další výhodou této sondy je její schopnost umístění na nepřístupných místech nebo na místech s nebezpečným zářením apod., a to právě následkem možného vytvoření zvukovodu o potředné délce bez ovlivnění funkční účinnosti a přesnosti.

Podstatou vynálezu je mikrofonní sonda vytvořená ze zvukovodu,, jehož výstupní ústí je upevněno ke komůrce před membránou měřicího tlakového mikrofonu, s níž je komůrka svým tvarem a rozměry shodná, přičemž vnější prostor kolem zvukovodu před komůrkou je bud¹ otevřen do ostatního prostoru, nebo je uzavřen pouzdrem alespoň částečně vyplněným materiálem absorbujícím zvuk. Podle vynálezu je stěna komůrky, k níž je upevněno výstupní ústí zvukovodu, který má buď stálý průřez, nebo průřez zvětšující se směrem od jeho vstupního ústí k jeho výstupnímu ústí, rovnoběžná s membránou měřicího tlakového mikrofonu, a je opatřena alespoň jedním otvorem buď zakrytým, nebo vyplněným prodyšnou příložkou tak, že akustický odpor stěny komůrky je roven charakteristické impedanci zvukovodu s tolerancí nejvýše + 15 %.

Podstata vynálezu je dále vysvětlena na příkladu jeho provedení, které je popsáno pomocí výkresu, na němž je znázorněno: na obr. 1 — uspořádání mikrofonní sondy s neprodyšnou príložkou s otvory, zakrytými príložkami z prodyšného materiálu, na obr. 2 — uspořádání mikrofonní sondy opatřené pouzdrem., zakrývajícím prvek pro vytvoření akustického odporu obvodu o převážné reálné akustické impedanci·

Na obr. 1 zvukovod 1 mikrofonní sondy, který může mít bud stálý průřez., nebo průřez zvětšující se směrem od vstupního ústí 10 k výstupnímu ústí 2, ústí do komůrky 4 válcového tvaru, jejíž jednou základnou je membrána 8 měřicího mikrofonu 3 a druhou přibližně paralelní základnou je deska 5, jež se uplatňuje jako akustický odpor. Deska 5 může být zhotovena celá z prodyšného materiálu nebo může být kompaktní, opatřená otvory 6, zakrytými a/nebo· vyplněnými príložkami 7 z prodyšného materiálu, například textilu. Akustický odpor desky 5 musí mít hodnotu charakteristické impedance Z_o zvukovodu sondy, uvažované na jeho výstupním ústí 2 a tato hodnota má být dodržena s tolerancí nejvýše + 15

Akustická impedance obvodu vytvořeného komůrkou 4 o objemu V a akustickým odporem desky 5 má až do horního mezního kmitočtu f_h prakticky čistě reálnou hodnotu. Obvod vytvořený komůrkou 4 a akustickým odporem desky 5 v podobném prostorovém uspořádání, určený pro jiné účely, je popsán ve vynálezu „Prvek io převážně reálné akustické impedanci” podle čs. autorského osvědčení č; 174 742.

Na obr. 1 je znázorněna přepážka 9, jež odděluje prostředí, v němž je vstupní ústí 10 zvukovodu 1, například prostředí o vyšší teplotě a/nebo o vyšším tlaku a/nebo prostřední se škodlivým zářením, od prostředí s normální teplotou a tlakem a bez škodlivého záření, v němž je umístěno zařízení. Délka 1 zvukovodu 1 se mění od výstupního ústí 2 zvukovodu do komůrky 4 až ke vstupnímu ústí 10 zvukovodu 1 do prostředí odděleného přepážkou 9 od normálního prostředí·

Na obr. 2 je znázorněna úprava mikrofonní sondy podle obr. 1 pro použití v případě, že je celá sonda při měření umístěna v akustickém poli včetně mikrofonu 3 a otvorů 6 v desce 5. V tom případě musí být otvory 6 zakryty těsným pouzdrem 11 o objemu Vi. Dutina 12 pouzdra 11 má být z důvodu potlačení dílčích rezonancí vyplněna porézním materiálem absorbujícím zvuk, například pěnovým molitanem nebo vláknitým materiálem. Objem Vi dutiny 12 pouzdra 11 je nutno volit tak, aby byla splněna podmínka

20*1.

přičemž 1 je délka zvukovodu a Ri je poloměr výstupního ústí 2 zvukovodu 1 do komůrky 4.

Hodnota charakteristické impedance Z_o zvukovodu 1 je určena výrazem v němž p je specifická hmotnost vzduchu, c_o je rychlost šíření zvuku, Ri je poloměr výstupního ústí 2 zvukovodu do komůrky 4.

Má-li imaginární složka akustické impedance zatěžující plochu desky 5, jež se uplatňuje jako akustický odpor, hodnotu wm, přičemž ω je kruhová frekvence akustického signálu a m je spolukmitající hmotnost vzduchu zatěžujícího plochu desky 5, a má-li hmotnost vzduchu kmitajícího v otvorech 6 hodnotu mi, přičemž celková hmotnost m_c je rovna součtu m_c = m + mi

213479 volí se objem V komůrky 4 takový, aby rezonanční kmitočet f_r obvodu, v němž se uplatňuje celková hmotnost m_c a objem V komůrky 4 byl 3krát až 4krát vyšší než horní mezní kmitočet f_h sondy s mikrofonem, to znamená, že

c

P_o · X = (3 h/ přičemž c je hodnota akustické poddajnosti komůrky 4, p₀ je hodnota statického tlaku vzduchu a rovná se 10⁵ Pa, x je Poissonova konstanta vzduchu a rovná se 1,4. Zároveň musí být splněna podmínka, že

Činnost mikrofonní sondy podle vynálezu lze popsat takto: akustický signál vstupuje do zvukovodu, v němž se vytvářejí postupující akustické vlny, šířící se směrem rozevírání zvukovodu 1 k mikrofonu 3. Vzhledem k tomu, že zvukovod 1 je uzavřen charakteristickou impedancí, nevzniká žádný odraz a akustický tlak působící na membránu 8 mikrofonu 3 je přibližně roven hodnotě akustického tlaku na vstupním ústí 10 zvukovodu. Záměrem řešení podle vynálezu je získání co nejnižší hladiny ekvivalentního rušivého signálu při vyrovnané kmitočtové charakteristice.

Mikrofonní sonda podle vynálezu skýtá více možností použití: především je možno měřit akustický tlak ve velmi malé oblasti akustického pole, přičemž tato velmi malá oblast se může prakticky považovat za bod. Dále je možno vlivem existence zvukovodu měřit tlaky v prostředí se zvýšenou teplotou, případně při použití chladicího zařízení na zvukovodu lze měřit tlaky v prostředí s vysokou teplotou. Kromě toho umožňuje mikrofonní sonda podle vynálezu měřit tlak na místech obtížně přístupných nebo v místech s nebezpečným zářením.

Specifickými přednostmi mikrofonní sondy podle vynálezu jsou: stabilita přenosových vlastností, vyrovnaný kmitočtový průběh a relativně vysoký horní mezní kmitočet.

V důsledku popsaných vlastností a specifických předností má využití mikrofonní sondy podle vynálezu velmi široké uplatnění; její použití a využití výhodných vlastností je stejně tak účelné v oblasti základního výzkumu jako v průmyslové oblasti. Z hlediska oborů je uplatnění sondy možné v elektroakustice,, fyzice, a to zejména v termodynamice a aerodynamice. Z hlediska průmyslu je využití sondy účelné ve strojírenském průmyslu, tj. v automobilkách, v leteckých továrnách, v kotlárnách. Navíc je možné využití sondy také při výrobě hudebních nástrojů, atd.

Claims (1)

1. PREDMET

   Mikrofonní sonda vytvořená ze zvukovodu, jehož výstupní ústí je upevněno ke komůrce před membránou měřicího tlakového mikrofonu, s níž je komůrka svým tvarem a rozměry shodná, přičemž vnější prostor kolem zvukovodu před komůrkou je buď otevřen do ostatního prostoru, nebo je uzavřen pouzdrem, alespoň částečně vyplněným materiálem absorbujícím zvuk, vyznačená tím, že deska (5) komůrky (4), k níž je upevněno výstupní ústí (2j zvukovoVYNÁLEZU du (1), který má buď stálý průřez, nebo průřez zvětšující se směrem od jeho vstupního ústí k jeho výstupnímu ústí (2), je rovnoběžná s membránou (8) měřicího tlakového mikrofonu (3), a je opatřena alespoň jedním otvorem (6) buď zakrytým, nebo vyplněným prodyšnou přiložkou (7), přičemž akustický odpor stěny (5) komůrky (4) je roven charakteristické impedanci zvukovodu (1) s tolerancí nejvýše + 15 %·