CS232517B1 - Mikrofon m sondou - Google Patents

Abstract

Mikrofon se sondou řeši problém měření akustického tlaku v daném bodu prostoru a umožňuje přesné mapování akustického pole jak ve volném prostoru, tak v těsné blízkosti tuhých těles vyskytujících se v akustickém poli. Sonda mikrofonu prochází přepážkou umístěnou před membránou mikrofonu, přičemž vyústění sondy na straně mikrofonu je rozšířeno zaoblením tvořícím dutinu. Podstata řešení spočívá v tom, že akustický odpor tvořící zátěž sondy ve tvaru zvukovodu odpovídající charakteristické impedanci této sondy je tvořen štěrbinou mezi přepážkou a membránou mikrofonu, přičemž přepážka je na svém obvodu opatřena průchozími otvory ústícími do prostoru odděleného od měřeného akustického pole. Řešení podle vynálezu je možno v růjných podmínkách, například při zjištování fluktuace tlaku proudícího plynného média v těsné blízkosti profilů křídel, lopatek plynových,turbín, lopatek turbokompresorů, při zjištování rozložení akustického tlaku ve zvukovodech reproduktorů, v lékařství při zjištování akustického tlaku v těsné blízkosti ušního bubínku a řadě jiných případů. Uspořádání mikrofonu se sondou je zřejmé z obr. 1.

Description

(54) Mikrofon m sondou

Mikrofon se sondou řeši problém měření akustického tlaku v daném bodu prostoru a umožňuje přesné mapování akustického pole jak ve volném prostoru, tak v těsné blízkosti tuhých těles vyskytujících se v akustickém poli. Sonda mikrofonu prochází přepážkou umístěnou před membránou mikrofonu, přičemž vyústění sondy na straně mikrofonu je rozšířeno zaoblením tvořícím dutinu. Podstata řešení spočívá v tom, že akustický odpor tvořící zátěž sondy ve tvaru zvukovodu odpovídající charakteristické impedanci této sondy je tvořen štěrbinou mezi přepážkou a membránou mikrofonu, přičemž přepážka je na svém obvodu opatřena průchozími otvory ústícími do prostoru odděleného od měřeného akustického pole. Řešení podle vynálezu je možno v růjných podmínkách, například při zjištování fluktuace tlaku proudícího plynného média v těsné blízkosti profilů křídel, lopatek plynových,turbín, lopatek turbokompresorů, při zjištování rozložení akustického tlaku ve zvukovodech reproduktorů, v lékařství při zjištování akustického tlaku v těsné blízkosti ušního bubínku a řadě jiných případů. Uspořádání mikrofonu se sondou je zřejmé z obr. 1.

OBR, 1

Vynález se týká mikrofonu se sondou určeného pro měření akustického tlaku ve zvoleném místě akustického pole.

Jsou známy mikrofony se sondou, z nich nejlepší přenosové vlastnosti mají takové uspořádání, u nichž je sonda ve tvaru zvukovodu na svém konci, v blízkosti vlastního mikrofonu ukončena prvkem o akustickém odporu rovném její charakteristické impedanci.

Jedná se například o uspořádání mikrofonu se sondou podle čs. autorského osvědčeni AO 210 393, u něhož je prvek, uplatňující se jako akustický odpor umístěn v otvorech samotné sondy, situovaných v blízkosti mikrofonu a dále o výhodnější uspořádání podle

AO 219 479 a AO 231133-, u nichž je akustický odpor o hodnotě rovné charakteristické impedanci zvukovodu sondy realizován prodyšným materiálem v otvorech přepážky, umístěné před membránou mikrofonu. U tphoto uspořádání je možno volit objem dutiny před membránou mikrofonu a přepážkou, kterou prochází vlastní sonda tak, aby hodnota vstupní akustické impedance takto upravené dutiny byla v širokém kmitočtovém rozsahu přibližně konstantní.

Nevýhodou zmíněných uspořádání je omezení minimální výšky dutiny nad membránou použitého mikrofonu dané tím, že akustický odpor štěrbiny tvořící dutinu pro vzduch proudící ze' sondy do této dutiny případně otvorů v přepážce zakrytých prodyšný⁰¹ materiálem musí být pro správnou činnost zařízení podstatně menší, než akustický odpor prodyšného materiálu, o hodnotě rovné charakteristické impedanci zvukovodu.

Další nevýhoda známých mikrofonů se sondou je poměrně obtížná montáž prodyšných prvků uplatňujících se jako akustický odpor, způsobená malými průměry otvorů a malými průměry kotoučků z prodyšného materiálu, který otvory zakrývá a zejména pak obtížná justáž správné hodnoty výsledného akustického odporu. Odpor prodyšného materiálu zakrývajícího otvory v přepážce před membránou mikrofonu lze totiž zvýšit jedině tak, že se část jeho volné plochy zalepí, což je však při malých rozměrech obtížně proveditelné.

Největší nevýhodou stávajících řešení je však skutečnost, že při použití běžně vyráběných mikrofonů určených pro danou aplikaci, je objem dutiny mezi membránou a přepážkou nežádoucím způsobem zvětšován prostorem okolo napínacího kroužku membrány a pouzdra, nesoucího přepážku opatřenou akustickými odpory, kterou prochází vlastní sonda a který nelze snížit pod určitou mez.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje mikrofon se sondou určený pro měřeni akustického tlaku ve zvoleném místě akustického pole, jehož sonda prochází přepážkou umístěnou před membránou mikrofonu, přičemž vyústění sondy na straně mikrofonu je rozšířeno zaoblením tvořícím dutinu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že akustický odpor tvořící zátěž sondy ve tvaru zvukovodu, odpovídající charakteristické impedanci této sondy, je tvořen štěrbinou mezi přepážkou a membránou mikrofonu, přičemž přepážka je na svém obvodu opatřena průchozími otvory ústícími do prostoru odděleného od měřeného akustického pole.

Vyšší účinek mikrofonu se sondou podle vynálezu spočívá v tom, že se škodlivě neuplatňuje prostor za okrajem membrány, který je průchozími otvory v přepážce spojen buň s vnějším prostorem anebo s dutinou pomocného pouzdra, oddělujícího přední část membrány mikrofonu od vnějšího ovzduší a hlavně, že lze změnou vzdálenosti čela přepážky od membrány mikrofonu nastavit potřebnou hodnotu akustického odporu uzavírajícího zvukovod sondy tak, aby výsledný kmitočtový průběh soustavy sonda - mikrofon byl co nejpříznivější.

Mikrofon se sondou podle vynálezu bude následovně blíže popsán v příkladovém provedení s pomocí připojených vyobrazení, kde obr. 1 znázorňuje řez mikrofonem se sondou a pouzdrem, a obr. 2 znázorňuje půdorys přepážky omezující dutinu nad membránou mikrofonu.

Sonda 1 ve tvaru zvukovodu znázorněná na obr. J. prochází tuhou přepážkou X, jejíž čelo je rovnoběžné s membránou i mikrofonu X a ústí do štěrbiny £ mezi přepážkou X a membránou

4_ mikrofonu 2. Ústi sondy ve tvaru zvukovodu je při vstupu do štěrbiny 2 opatřeno zaoblením 6 vyústění sondy 1 na straně mikrofonu g, takže vlastní štěrbina í uplatňující se jakó akustický odpor ukončující zvukovod, začíná na průměru D1 a končí na obvodu membrány 4_ o průměru Díl. Zaoblením 6 vzniká dutina 8 vyústění sondy na straně mikrofonu.

Výška / štěrbiny 2 jo zvolena tak, že její akustický odpor pro radiální proudění vzduchu je rovný charakteristické impedanci sondy 1 ve tvaru zvukovodu o vnitřním průměru £ * Přepážka ji před membránou X mikrofonu g je na svém obvodu opatřena průchozími otvory 2 ústícími buď do volného prostoru, což je možné, pokud je mikrofon g mimo akustické pole anebo do dutiny 10 pouzdra 2 vyplněné prodyšným materiálem pohlcujícím zvukovou energii. Toto druhé uspořádání je nezbytné v případě, že sonda 1 ve tvaru zvukovodu s mikrofonem g je situována v akustickém poli. Při výšce ^štěrbiny 2 a vnitřním průměru £ sondy 1 ve tvaru zvukovodu musí být splněna podmínka s“ = exp (1,49 . 10 ⁵ —5), ^υι a² 'kde í je vyjádřeno v pm a £ v mm, přičemž výška & štěrbiny 2 splňuje podmínku kde 172 je konstanto a f_fa je horní mezní kmitočet soustavy v kHz.

Uvedený vztah platí pra případ, že vstupní akustická impedance použitého mikrofonu g je velmi vysoká, to znamená, že ekvivalentní objem mikrofonu g je menší, než 50 mm³.

Dutina 8 vyústěni sondy i na straně mikrofonu g vzniklá zaoblením 6 při jejím vstupu do štěrbiny 2 před membránou X umožňuje aplikaci obvodu o převážně reálné akustické impedanci podle AO 174 742, což vede ke zvýšení mezného kmitočtu soustavy. Objem dutiny g má mít hodnotu přibližně

V« 1,46. 10.³ (d.J)² kde objem V je v mm³, g je v mm,<fv pm a 1,46 . 10~³ je konstanta. Jedná se o hodnoty směrné, které je nutno experimentálně ověřit.

Při funkci mikrofonu se sondou 1 vstupuje akustický signál do volného konce sondy 1 ve tvaru zvukovodu o vnitřním průměru g a postupuje jí do dutiny 8 vyústění sondy na straně mikrofonu g vzniklé zaoblením 6 tohoto vyústění. Na průměru El vstupuje signál do štěrbiny 2 mezi přepážkou g a membránou X mikrofonu g. Při svém vstupu do dutiny g a při průchodu štěrbinou 2 působí akustický tlak na membránu X mikrofonu g. Po průchodu štěrbinou 2 opouští akustický signál na průměru Dg membránu mikrofonu g a vystupuje průchozími otvory 2buď do vnějšího prostoru, pokud je mikrofon umístěn mimo akustické pole, anebo dutiny 10 uzavřené pouzdrem 2, nachází-li se mikrofon v akustickém poli. Pouzdro 2 v takovém přípa» dě eliminuje nežádoucí vliv tohoto vnějšího pole na membránu X mikrofonu g.

Mikrofon se sondou podle vynálezu lze využít především při měření akustického pole “ a jeho podrobném mapování. S výhodou lze využít toho, že vstupní průměr sondy může být velmi malý a to i při poměrně vysokém horním mezném kmitočtu.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Mikrofon se sondou určený pro měření akustického tlaku ve zvoleném místě akustického pole, jehož sonda prochází přepážkou umístěnou před membránou mikrofonu, přičemž vyústění sondy na straně mikrofonu je rozšířeno zaoblením tvořícím dutinu, vyznačený tím, že akustický odpor tvořící zátěž sondy (1) ve tvaru zvukovodu, odpovídající charakteristické impedanci této sondy (1), je tvořen štěrbinou (5) mezi přepážkou (3) a membránou (4) mikrofonu (2), přičemž přepážka (3) je na svém obvodu opatřena průchozími otvory (7) ústícími do prostoru odděleného od měřeného akustického pole.