CS232517B1

CS232517B1 - Microphone probe

Info

Publication number: CS232517B1
Application number: CS834033A
Authority: CS
Inventors: Ales Boleslav
Original assignee: Ales Boleslav
Priority date: 1983-06-03
Filing date: 1983-06-03
Publication date: 1985-01-16
Also published as: CS403383A1

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.The probe microphone solves the problem of measuring the acoustic pressure at a given point in the space and allows accurate mapping of the acoustic field both in the free space and in close proximity to the rigid bodies present in the acoustic field. The microphone probe passes through a septum located in front of the microphone diaphragm, and the probe side opening of the microphone is expanded by the cavity forming the cavity. The essence of the solution is that the acoustic resistance of the probe in the shape of the ear canal corresponding to the characteristic impedance of the probe is formed by a slit between the partition and the membrane of the microphone, the partition being provided at its periphery with openings opening into a space separated from the measured acoustic field. The solution according to the invention is possible in different conditions, for example in determining the pressure fluctuation of a flowing gaseous medium in close proximity to wing profiles, gas turbine blades, turbine blades, turbocompressor blades, sound attenuation distributions in loudspeaker ears, in medicine in the vicinity of the ear and other cases. The arrangement of the probe microphone is shown in Figure 1.

Description

(54) Mikrofon m sondou(54) Microphone with probe

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.The microphone with the probe solves the problem of measuring the acoustic pressure at a given point of the space and allows accurate mapping of the acoustic field both in the free space and in close proximity to the solids occurring in the acoustic field. The microphone probe extends through a septum located in front of the microphone membrane, with the orifice of the probe on the microphone side being extended by a rounding forming a cavity. The principle of the solution consists in the fact that the acoustic resistance forming the load of the horn-shaped probe corresponding to the characteristic impedance of this horn is formed by a gap between the baffle and the microphone diaphragm, the baffle being provided with through holes. The solution according to the invention is possible in various conditions, for example when detecting pressure fluctuation of flowing gaseous medium in close proximity to wing profiles, gas blades, turbines, turbocompressor blades, when detecting sound pressure distribution in loudspeakers, in medicine when detecting acoustic pressure close to ear and many other cases. The arrangement of the microphone with the probe is shown in Fig. 1.

OBR, 1FIG

Vynález se týká mikrofonu se sondou určeného pro měření akustického tlaku ve zvoleném místě akustického pole.The present invention relates to a microphone with a probe for measuring acoustic pressure at a selected location in an acoustic field.

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.Probe microphones are known, of which the best transmission characteristics are those in which the horn-shaped probe is terminated near its own microphone by an element with an acoustic resistance equal to its characteristic impedance.

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 podleFor example, the arrangement of the microphone with the probe according to MS. AO 210 393, in which the acoustic resistance element is located in the openings of the probe itself, situated close to the microphone, and a more advantageous arrangement according to

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.AO 219 479 and AO 231133-, in which the acoustic resistance of a value equal to the characteristic impedance of the ear canal of the probe is realized by a breathable material in the openings of the baffle located in front of the microphone membrane. In the tphoto arrangement, the volume of the cavity in front of the microphone diaphragm and the baffle through which the probe passes can be selected such that the value of the acoustic impedance of the treated cavity is approximately constant over a wide frequency range.

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.The disadvantage of said arrangement is the limitation of the minimum height of the cavity above the diaphragm of the microphone due to the fact that the acoustic resistance slit forming the cavity for the air flowing from 'the probe into the cavities or openings in the bulkhead covered breathable ⁰¹ material must be used for proper operation of the device considerably smaller than the acoustic resistance of a breathable material equal to the characteristic impedance of the ear canal.

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.Another disadvantage of known probe microphones is the relatively difficult assembly of the breathable acoustic resistance elements due to the small hole diameters and the small diameters of the discs of the breathable material covering the holes, and in particular the difficult adjustment of the correct acoustic resistance value. Indeed, the resistance of the breathable material covering the openings in the partition in front of the microphone membrane can only be increased by sticking a portion of its free area, which, however, is difficult to achieve with small dimensions.

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.However, the biggest disadvantage of the present solutions is that when using custom-made microphones for a given application, the void volume between the diaphragm and the baffle is undesirably increased by the space around the diaphragm tensioning ring and the sleeve carrying the baffle with acoustic resistors. below a certain limit.

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.The aforementioned drawbacks are overcome by a microphone with a probe for measuring the sound pressure at a selected location in the acoustic field, the probe passing through a baffle located in front of the microphone membrane, the orifice of the probe on the microphone side being widened by a rounding forming a cavity. SUMMARY OF THE INVENTION The acoustic resistance of the horn-shaped probe corresponding to its characteristic impedance is formed by a gap between the baffle and the microphone diaphragm, the baffle having circumferential openings leading to a space separated from the measured acoustic field.

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.The higher effect of the microphone with the probe according to the invention is that the space behind the membrane edge, which is connected through the through holes in the partition to the cell with the outer space or the cavity of the auxiliary housing separating the front part of the microphone membrane from the ambient air by adjusting the distance of the baffle front from the microphone diaphragm, adjust the necessary acoustic resistance value closing the ear canal so that the resulting frequency response of the probe-microphone system is as favorable as possible.

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.The probe microphone of the present invention will be described in greater detail below with reference to the accompanying drawings, in which: Fig. 1 shows a cross-section of a microphone with a probe and a housing; and Fig. 2 shows a plan view of the cavity confinement above the microphone membrane.

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 membránouThe horn-shaped probe 1 shown in Fig. J passes through a rigid baffle X whose face is parallel to both the membrane and the microphone X and opens into a slot 6 between the baffle X and the membrane

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.The mouth of the horn-shaped probe is provided at the entrance of the slot 2 with a rounding 6 of the mouth of the probe 1 on the microphone side g so that the slot 1 exerting an acoustic resistance terminating the ear canal begins at diameter D1 and ends at the periphery of diaphragm 4. Part. Rounding 6 results in a probe cavity 8 on the microphone side.

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.The height / slots 2 are chosen such that their acoustic resistance for radial air flow is equal to the characteristic impedance of the probe 1 in the form of an ear canal having an internal diameter *. This is possible if the microphone g is outside the acoustic field or into the cavity 10 of the housing 2 filled with a breathable sound absorbing material. This second arrangement is necessary if the horn-shaped probe 1 with microphone g is situated in an acoustic field. At the height ^ of the slot 2 and the inner diameter £ of the probe 1 in the form of the ear canal, the condition s = = exp (1.49, 10 ^{5 —} 5), ^υ ι a ² kde must be satisfied. the height ' of the slot 2 satisfies the condition where 172 is a constant af and _f is the upper cutoff frequency of the system in 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.This is true if the input sound impedance of microphone g used is very high, that is, the equivalent volume of microphone g is less than 50 mm ³ .

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 přibližněThe probe opening 8 on the microphone side g formed by the rounding 6 when it enters the slot 2 in front of the diaphragm X permits the application of a circuit of predominantly real acoustic impedance according to AO 174 742, resulting in an increase in the cutoff frequency of the system. The volume of the cavity g should be approximately

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.V «1.46. 10. ³ (d i) ² where V is the volume in mm ^3, g is in mm <fv and 1.46 pm. 10 ~ ³ is a constant. These are indicative values that need to be experimentally verified.

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.In function of the microphone with the probe 1, an acoustic signal enters the free end of the probe 1 in the form of an ear canal of internal diameter g and passes it into the cavity 8 of the probe opening on the microphone side g resulting from the rounding 6 of this opening. At the diameter E1, the signal enters the slot 2 between the baffle g and the membrane X of the microphone g. When it enters the cavity ga when passing through the slot 2, the acoustic pressure exerts on the membrane X of the microphone g. the openings 2 into the outer space when the microphone is located outside the acoustic field, or the cavities 10 closed by the housing 2 when the microphone is in the acoustic field. In this case, the housing 2 eliminates the undesirable influence of this external field on the membrane X of the microphone 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.The microphone with the probe according to the invention can be used in particular for acoustic field measurement and detailed mapping thereof. Advantageously, the input diameter of the probe can be very small, even at a relatively high upper cutoff frequency.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A microphone with a probe for measuring the sound pressure at a selected point in the acoustic field, the probe passing through a baffle located in front of the microphone diaphragm, the orifice of the probe on the microphone side being extended by a cavity rounding; , corresponding to the characteristic impedance of the probe (1), is formed by a slot (5) between the partition (3) and the membrane (4) of the microphone (2), the partition (3) having circumferential openings (7) from the measured acoustic field.