DK153424B - Apparat til maaling af akustisk effekt - Google Patents

Description

i

DK 153424 B

o

Opfindelsen angår et apparat til måling af den samlede eller i en bestemt retning udsendte akustiske effekt fra en hvilken som helst kilde, der er anbragt i et fluidummiljø, hvilket apparat gør det muligt ud fra må-5 linger i det akustiske felt nær ved den pågældende lydkilde, som kan være stationær eller mobil, at rekonstruere det akustiske fjernfelt.

Opfindelsen angår især et apparat, hvormed det er muligt at foretage in situ-analyser af forekommende 10 vibratoriske og akustiske felter og uden særlige operationer direkte på kilderne, såsom afskærmning, indkapsling, demontering m.v..

På teknikkens nuværende stade er det meget svært at foretage målinger af den akustiske effekt af støj, der 15 udsendes af forskellige støjkilder, dersom disse kilder er stationære, og dersom de er i bevægelse, er det praktisk taget umuligt.

Den mest almindelige løsning består i at anbringe den pågældende kilde stationært i et frit rum, f.eks. i fri 20 luft, og måle fjerntrykfeltet ved hjælp af en mikrofon, som bevæges omkring kilden i stor afstand fra denne. Disse målinger er besværlige og langsomme, dersom man ønsker en god nøjagtighed, idet målingerne skal foretages i særdeles mange punkter med ringe indbyrdes afstand.

25 Desuden kan disse målinger forstyrres af tilstede værelsen af andre udendørs lydkilder.

En anden løsning, hvormed det er muligt at foretage nøjagtige målinger, er at anbringe lydkilden i et ekko-frit eller lyd-dødt rum, hvormed det er muligt at simulere 30 et frit akustisk rum.

I de tilfælde, hvor man kan nøjes med at kende den samlede akustiske effekt uden nogen som helst retningsangivelse, anbringes kilden sædvanligvis i et efterklangsrum, hvad der gør det muligt at finde effektens størrelse 35 hurtigere og med en bedre nøjagtighed.

2

DK 153424B

O

Disse metoder er imidlertid ikke fuldt tilfredsstillende, de kræver i almindelighed lang tid og kostbart udstyr, og de er ikke egnet til måling på bevægelige lydkilder.

Af disse årsager er det allerede blevet foreslået 5 at finde den samlede akustiske effekt ved direkte måling af den akustiske intensitet ved hjælp af et mikrofon-par, som bevæges mellem et stort antal punkter på en flade, der omgiver kilden, samt på selve kilden. En sådan målemetode gør det imidlertid ikke mulig at bestemme lydkildens retnings-10 virkning.

I øvrigt er det, navnlig med henblik på udførelse af undervands-målinger, blevet foreslået at anvende plane akustiske antenner bestående af et antal hydrofoner, som er anbragt i et enkelt plan, og hvormed det er muligt ud fra 15 målinger af trykket i nærfeltet at rekonstruere det akustiske fjernfelt, jfr. de såkaldte Trott-antenner. Denne teknik er navnlig beskrevet i tidsskriftet "Journal of the Acoustical Society of America", Vol. 53, No. 5, 1973, p. 1412.

Det er opfindelsens formål at anvise udformningen 20 af et apparat af den indledningsvis angivne art, hvormed det er muligt at overvinde de med den tidligere teknik forbundne vanskeligheder, og hvormed det er muligt ud fra målinger af trykket i det akustiske felt nær ved den pågældende lydkilde at rekonstruere det akustiske fjernfelt, idet lydkilden er 25 anbragt i et fluidum-miljø, og hvormed det er muligt at finde udtryk for lydkildens samlede effekt og retningseffekt uden at skulle gøre antagelser om lydkildens karakter.

I den efterfølgende beskrivelse skal der med udtrykket "samlet effekt" forstås den i afstand fra kilden 30 udstrålede gennemsnitseffekt, summeret over samtlige retninger, og med udtrykket "retningseffekt" den del af den nævnte effekt, der udstråles i en rumvinkel omkring en given retning. Størrelsen af den således definerede rumvinkel, der i det følgende omtales som "opløsningsvinklen", skal 35 angives i det følgende.

Med henblik på ved hjælp af beregning at rekonstruere det akustiske fjernfelt, udføres ved hjælp af

O

DK 153424 B

mikrofoner, der er fordelt på indbyrdes parallelle flader under dannelse af et netværk eller gitter, en dobbelt informationsoptagning i det akustiske nærfelt i et stort antal -punkter i nærheden af lydkilden, nemlig for det 5 første det akustiske tryk, og for det andet partikel-accel-lerationen, udregnet ved hjælp af trykforskellen mellem to tæt på hinanden beliggende punkter på hver af de flader, der dannes af mikrofon-netværket.

Det ved opfindelsen tilvejebragte apparat er 10 af en art, som omfatter - en akustisk antenne, der er anbragt i nærheden af lydkilden og består af mindst én lydoptager, - et til antennen knyttet udstyr til behandling af de af antennen afgivne informationer, 15 og apparatet er ejendommeligt ved, at den lydoptager eller de lydoptagere, der udgør antennen, består af et netværk af mikrofoner, der er fordelt over bag hinanden beliggende indbyrdes parallelle flader og tilsammen danner et tredimen- 20 sionalt mønster, idet den tredje dimension gør det muligt at beregne fluidets partikelacceleration, samt at det til antennen knyttede behandlingsudstyr indbefatter summations-, forstærker- og multipli-25 katormoduler, der er indrettet til at udføre en filtrering, en summation af alle tryk-informationer på hver overflade i lydoptageren med henblik på at beregne den rumlige gennemsnitsværdi, og 30 derpå følgende summationer af gennemsnitstrykkene og differentialberegning af de gennemsnitlige partikelaccelerationer med henblik på at gøre det muligt at udregne de rumlige gennemsnitsværdier af partikelacceleration og partikelhastigheden, trykket 35 og dettes afledede med hensyn til tiden, såvel som at udregne trykket i fjernfeltet i en bestemt retning enten ved summation af den gennemsnitlige « i i i 4

DK 153424B

O

acceleration og gennemsnitsværdien af den afledede af trykket med hensyn til tiden, eller ved multiplikation af gennemsnitstrykket og gennemsnitshastigheden .

5 Man kommer frem til trykket i fjernfeltet eller dettes energimæssige udtryk i en valgt retning ved geometrisk positionsindstilling af lydoptagerne eller ved at vælge tidsforskydninger, der indføres i tryksignalerne, enten i form af et tidsmæssigt signal eller i form af 10 effektiv-værdien ved summation med eller uden tids forskydninger af de elementær-bidrag, der svarer til de lokale størrelser, som er det akustiske tryk og partikel-accelerationen, eller i form af en akustisk retnings-intensitet under 15 dannelse af produktet mellem gennemsnitstrykket og gennemsnitshastigheden, der er frembragt på målefladen.

Disse to bearbejdningsmetoder, som fører til lignende resultater ved forskellige beregningsmåder, men som i 20 stor udstrækning er baseret på den samme måde at indsamle information fra det akustiske felt, skal i det følgende omtales sideløbende med hinanden, idet de vil blive betegnet på følgende måde: den første metode som "den additive bearbejdningsmetode", og 25 den anden metode som "den multiplikative bearbejdningsmetode".

I den efterfølgende beskrivelse skal udtrykket "lydoptager" være forbeholdt et tredimensionalt netværk eller gitter af mikrofoner, idet der med betegnelsen "mikrofon" her skal forstås et organ, hvormed det akustiske 30 tryk kan afføles i luft eller i vand.

Eventuelt kan bearbejdningsudstyret også være indrettet til at indføre elektriske forsinkelser mellem mikrofonerne eller grupper af mikrofoner inden for en lydoptager med henblik på at udføre en fiktiv drejning af udreg-35 ningsretningen for fjernfeltets tryk, eller også til at ind- ' føre en fælles forskydning mellem de af hver enkelt lydopta ger afgivne informationer.

«Ί i Å 3 i i

O

5

DK 153424 B

I øvrigt kan udstyret med fordel udgøres af et elektronisk udstyr og omfatte et gennemsnitsmultiplikatormodul, der gør det muligt at udregne vekselvirknings-effekterne mellem de af de enkelte lydoptagere dækkede zoner.

5 Det foretrækkes, at lydoptagerne udgøres af en samling af mikrofoner af kendt omnidirektional punkt-udformning, f.eks. elektret-kondensatormikrofoner, som er fastgjort i forhold til hinanden på en sådan måde, at de danner en åben struktur, som kan være ensartet eller uens-10 artet, bestående af elementær-mønstre af rektangulær, kvadratisk, trekantet eller uregelmæssig form.

Eventuelt kan mikrofonerne, i deres egenskab af trykmåleorganer, erstattees med trykfølsomme linie- eller fladeformede organer.

15 I almindelighed er afstanden mellem de flader, hvori mikrofonerne er anbragt i net- eller gitterform, i en enkelt lydoptager, højst lig med en kvart akustisk bølgelængde af de i det pågældende tilfælde korteste iagttagne bølger, dersom målingerne af gennemsnitstrykforskellene 20 med henblik på udregning af accelerationen udføres direkte. F.eks. er for målinger, der foretages op til 2500 Hz, den maksimale afstand af størrelsesordenen 30 mm.

Den indbyrdes afstand mellem mikrofonerne i en enkelt netværks- eller gitter-flade bestemmer den øvre 25 grænse for frekvensen i den påtænkte anvendelse.

Den mindste ønskelige maskevidde i gitrene er den, hvor den indbyrdes afstand mellem mikrofonerne i et og samme gitter er af størrelsesordenen en halv akustisk bølgelængde ved den højeste frekvens i det bånd, der skal analy-30 seres, uanset om maskerne er regelmæssige eller uregelmæssige .

Den nedre frekvensgrænse fastlægges ikke på forhånd af lydoptageren, men af den nedre afskæringsfrekvens i de elektroniske overføringsorganer (kapacitiv kobling, 35 minus 3 dB ved omtrent 20 Hz), og den nedre grænse for udregningsprincippet gives alene i .1

J

3

DK 153424B

O

6 a) ved den additive bearbejdningsmåde: af gitterets dækning i forhold til lydkilden? imidlertid er det ved anvendelse af to lydoptagere, én stationær og én mobil, og takket være udregningen af vekselvirknings- 5 effekten mellem disse to lydoptagere, muligt at "strække" gitterets tilsyneladende areal, eller b) ved den multiplikative bearbejdningsmåde: af antennens vinkelopløsningsevne, hvad der også kan udtrykkes ved dimensionsforholdene mellem lydoptagernes omfang (fr.

10 "envergure") e og den akustiske bølgelængde, der be tragtes som værende tilstrækkelig.

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor fig. 1, 2 og 3 skematisk og i perspektiv viser 15 forskellige udførelseseksempler på lydoptagere ifølge opfindelsen, fig. 4 og 5 er diagrammer, som skematisk belyser de to former for bearbejdning, der anvendes til udregning af trykket i fjernfeltet, og 20 fig. 6-17 belyser et særlig tilfælde med et udfø relseseksempel, hvori lydoptagerne består af to parallelle gitre med regelmæssigt maskemønster, og hvor bearbejdningen er af den additive art, idet fig. 6 viser, med delene ført bort fra hinanden, 25 et udførelseseksempel på en lydoptager, hvor afstanden mellem de to gitre, der danner lydoptageren, kan ændres mellem to værdier, fig. 7 og 8 viser skematisk og set fra siden, hvorledes afstanden kan ændres i den i fig. 6 viste lydopta-30 ger, fig. 9 er et skematisk diagram over den bearbejdnings-elektronik, der er tilknyttet lydoptagerne, fig. 10-13 belyser den måde, hvorpå målingerne 35 4 jf 4

7 DK 153424 B

O

udføres med et sådant udstyr, fig. 14 belyser skematisk udregningen af fluidets partikelacceleration ud fra simple trykmålinger, fig. 15 og 16 belyser udførelsen af den multi-plikative informationsbearbejdningsmåde, og fig. 17 viser et ændret udførelseseksempel på bearbejdningsudstyret, hvori der kan udføres en elektrisk drejning af udregningsretningen.

Apparatet ifølge opfindelsen omfatter to lydoptagere i form af plane mikrofonbatterier, som hvert i den i 1 o fig. 1, 2, 3, 6, 7 og 8 viste udformning udgøres af to plane gitre 1 og 2, der danner et todimentisonalt maskenet af mikrofoner 3, 4, som er anbragt med regelmæssige indbyrdes afstande.

Disse to gitre 1, 2 er anbragt i to indbyrdes parallelle planer med en indbyrdes afstand Λ , der er en funktion af det frekvensområde, der skal undersøges, og som i almindelighed ligger mellem 20 mm og 200 mm for frekvensområdet mellem 100 Hz og 2500 Hz.

I det udførelseseksempel, der er vist i fig. 6, 7 w ϋ og 8, holdes mikrofonerne 3, 4 i ens indbyrdes afstande ved hjælp af tråde 5, 6, som ved enderne fastholdes i en stiv ramme 7, 8.

I det foreliggende tilfælde er rammerne 7, 8, som bærer gitrene 1, 2, udformet på en sådan måde, at mikrofo- 2 5 nerne enten - jfr. fig. 7 - er beliggende i to planer med ; ringe indbyrdes afstand, eller - jfr. fig. 8 - med en større indbyrdes afstand. I sidstnævnte tilfælde gør mellemstykket 9, hvoraf et enkelt er vist i fig. 6, det muligt at holde afstanden mellem de to gitre 1 og 2.

30

Det foretrækkes, at enderne på trådene 5, 6, som holder mikrofonerne 3, 4, er forbundet med hinanden inden i de hule rammestykker 10, 11, 12, 13, hvad der letter tilpasningen til det elektroniske udstyr under indkapsling af en del deraf på en sådan måde, at forbindelsen mellem mikrofon-35 batterierne og det elektroniske hovedudstyr kan etableres på en bekvem måde.

i i I ...

β DK 153424 B

I det foreliggende tilfælde er der'som mikrofoner anvendt elektret-mikrofoner, som i hvert gitter er anbragt med indbyrdes afstande af 70 mm med henblik på at arbejde op til 2400 Hz, idet de holdes i stilling af en eller to nylon-tråde, som er udspændt mellem rammestykkerne 10, 11 og 12, 13 i hvert af girrene. Hvert gitter har 64 mikrofoner og måler udvendigt ca. 50 cm x 50 cm.

Beregnings-elektronikken er vist med et udførelseseksempel i fig. 9, og bæres i det foreliggende eksempel delvis af mikrofonbatterierne. Den er indrettet til for hvert gitter at foretage en analog summation af de tryk-in- — · formationer, der afgives af samtlige mikrofoner i det samme ~ gitter. Derfor kan hvert mikrofonbatteri levere to signaler, der repræsenterer sumværdierne £. for hvert gitter.

Det elektroniske hovedudstyr beregner 3 a) V2X (£i “$2^' som er et udtrYk for det rumlige gennemsnit af partikel-accelerationen normalt på mikrofonbatteriets plan, og b) 1/2 X + --2) , som er et udtrYk for det rumlige gennemsnit af trykket i et plan, der er beliggende mellem de 20 to gitre.

Derpå underkastes disse to basis-størrelser 1) en integration på analog måde med henblik på at finde hastigheden, og 2) en differentiation, der udføres således, at resultatet ; 2 5 kan adderes til accelerations-leddet med henblik på at opnå en bedømmelse af trykket i et område, der ligger fjernt fra normalen gennem mikrofonbatteriernes plan, eller ifølge en anden orientering, dersom der anvendes elektriske faseforskvdninger mellem mikrofonerne eller 30 * grupper af sadanne.

For hvert af mikrofonbatterierne har man således I) gennemsnitshastighederne V]_, V2 i hvert mikrofonbatteris plan, II) gennemsnitsaccelerationerne γη, γ„ i hvert mikrofonbatte-35 12 ns plan, ; III) gennemsnitstrykkene P1Q, P2Q ^ hvert mikrofonbatteris I plan, f !

O

9

DK 153424 B

IV) gennemsnittene af trykkenes afledte ^P1, ^P2 * hvert mikrofonbatteris plan, V) bidragene og til trykket fjernt fra de af hvert mikrofonbatteridækkede flader.

5 Endelig opnås ved multiplikation VI) vekselvirkningseffekterne ^P^ . P2cc/ t' eventuelt efter indførelse af en elektrisk forsinkelse.

Tilvejebringelse af størrelserne P^q og V^ eller V2 gør det blandt andet muligt at opnå et energimsssigt ud-30 tryk for det akustiske fjernfelt ved en såkaldt multiplikativ behandling ved bearbejdning af de tidsmæssige gennemsnitsprodukter CP10’V1^ t eller <C#P20’V2/ t' sora ^vert rePræ“ senterer den akustiske intensitet på tværs af mikrofonbatteriets (1 eller 2) overflade ved forplantning perpendiku-35 lært på batteriets plan eller i en anden retning, der er fremkommet ved anvendelse af forsinkelseslinier.

Et sådant udstyr sættes i drift på følgende måde: de to mikrofonbatterier anbringes i nærheden af en støjkilde, som kan være fast eller bevægelig, og som er belig-2Q gende i et fluidum-miljø; de gør det muligt, ud fra de dobbelte målinger af trykket, der udføres i to flader i det akustiske nærfelt, at fastlægge a) den aktive effekt, der udsendes i valgte retninger, ved geometrisk eller elektrisk positionsindstilling af det 25 af de to mikrofonbatterier bestående aggregat, og b) den samlede aktive effekt, ved summation af retnings-informationerne .

På denne måde er det muligt at opnå en energimæssig rekonstruktion af det akustiske fjernfelt, hvad der gøres 2Q under anvendelse af de kendte teoretiske principper og formler, nemlig Huygens' princip, og Helmholtz' integral-formel, i den udstrækning den gælder for den såkaldte additive bearbejdning.

Sådan som det er vist i fig. 10-13, er det muligt 35 ifølge Huygens' princip og ved at gå vejen om Helmholtz' integral-udtryk at rekonstruere det akustiske felt uden for en lukket flade £ , der omgiver kilderne, ved at summere i

J

\ \ i ΘΙ nr 586

O

10 DK 153424 B

de på fladen £ fordelte virkninger af elementær-kilderne. ~

Disse elementær-kilder er af to typer: a) bevægelseskilder eller monopolære kilder, som er karakteristiske ved (t), partikel-accelerationen, og 5 b) effekt-kilder eller dipolære kilder, som er karakteristiske ved p(t), det akustiske tryk.

Trykket uden for fladen Z kan derfor udtrykkes som 10

Derpå kan denne formel anvendes til at udregne trykket i et hvilket som helst punkt M, der ligger i en afstand fra kilden.

15 Idet beregningen er udført på et fjernfelt, vil det være nemt derefter at gå over til et effekt-begreb ved skrivning af, at den akustiske intensitet I, der forplanter sig i den retning, som beregningen gælder, helt enkelt kan udtrykkes som funktion af trykket, nemlig som 20 2 I = ---

Ud fra dette, og som vist skematisk i fig. 10 og 11, er det muligt at udføre denne operation i praksis ud fra 25 målingen af partikel-accelerationen og trykket ved en lukket flade £ , der er valgt på en særlig måde under målingen, eller som udgøres af et plan TT tæt ved kilden, som lukker sig i uendelig afstand fra kilden til dannelse af en kugleflade S, der omgiver kilden.

30 Valget af denne plane flade svarer til det særlige udførelseseksempel, der er omtalt ovenfor og er baseret på anvendelsen af plane lydoptagere. Der kan tænkes andre valg, men i så fald bliver det til ulempe for den elektroniske bearbejdning, som ville blive mere besværlig.

35 I denne situation kan det antages, at ved et punkt M i et plan P, der er parallelt med planet Tf , og .i ligger på en normal fra kilden gennem dette i afstanden R fra *.ΐ a; -* '1 "-w 686 11

DK 153424 B

o kilden, kan trykket udtrykkes som P fc 4Ϊ* Jr ['r·* ·Hf ('*·)] (t - i) 5

Dette kan retfærdiggøres ved to argumenter: 1) bidraget i punktet M fra de på S beliggende kilder går imod nul, når R går imod uendelig (forplantning af energien udadtil), og 2) det kan vises fysisk, at bidragene fra tænkte kilder langs med planet Ti aftager, når afstanden til kilden bliver større.

Under disse betingelser fremkommer der et "anvendeligt område" på planet'jjT og betegnet med^, hvis størrelse er en funktion af omfanget ("1'envergure") af kildefeltets kohærens-zoner i forhold til kildens omfang.

Imidlertid er størrelsen af "det anvendelige område" 0 i de fleste tilfælde af samme størrelsesorden som kildens størrelse, dvs. at kilden kan siges at være "dækket".

I denne situation kan det antages, at i virkelig-heden er det pågældende område 6^på planet^ af tilstrækkeligt lille dimension i forhold til afstanden R, til at de bølger, der udgår fra elementær-kilder, der er beliggende i dette område, vil være plane i punktet M og parallelle med planet P.

Dette viser, at det pågældende område^ på planet ΊΤ r set fra 25 M indeholdes i en lille rumvinkel.

Under disse betingelser kan det antages, at ved ; punktet M modtages elementær-bidragene fra de i området 6” be liggende kilder, normalt på planetTf ; derfor undertrykkelsen af leddet cos Θ og antagelsen om lige lange løbetider for ^ samtlige punkter.

I overensstemmelse med opfindelsen, således som vist i fig. 12 og 13, kan planetTf beskrives delvis ved hjælp af de to lydoptagere, der dækker elementær-fladerne si, sj[ (jfr. fig. 12), hvis dimensioner på samme tid er defineret 35 af parametre, der er knyttet til fænomenernes fysik, og af parametre, der er knyttet til den geometriske udformning af det påtænkte udstyr. Denne deling er ikke uomgængeligt i i { i i I Bl nr 686

X2 DK 153424 B

\ ^ nødvendig, men den åbner muligheden for at udføre en analyse af strålingsmekanismerne.

I dette tilfælde vil man således kunne skrive 5 K ^ -- $ {hi i e. rte t. t k & (=, t-%) I den udstrækning, hvor de informationer, der 10 udsendes fra positionerne s_i og beskriver området tf , ikke kendes på samme tid, er det nødvendigt at gå omvejen om et statistisk udtryk for gennemsnitseffekten: <e*< \ -- < {4 X, F (¾ t - £) »i Sj1 ^ 15

Her betyder de spidse parenteser med suffix'et "t", at det drejer sig om en tidsmæssig gennemsnitsværdi.

_ Følgelig er operationsprocessen som følger, 25 jfr· fi9· 14: i a) vinkelindstilling af den første lydoptager i en flade si til bestemmelse af en bedømmelsesretning for fjernfeltets tryk. Denne operation kan udføres, enten ved fysisk rotation af lydoptageren, eller ved en fiktiv rotation ved hjælp 20 af forsinkelseslinier og cos θ-vægtning af trykkilderne.

Det til lysoptagerne knyttede elektroniske udstyr udregner 36 13

O

DK 153424B

K er en konstant, der er bestemt på sædvanlig måde og er proportional med den til fladen £i hørende del-effekt i den udvalgte retning. Det tidsafhængige signal (t) er således til rådighed.

5 b) udforskning af nabo-positionerne sj_ ved hjælp af den anden lydoptager, hvad der giver adgang til vekselsvirkningseffekterne mellem £i og sq. Den anden lydoptager anbringes i det samme plan som si: c) iternativ forskydning af den første lydoptager i området ^ til en anden position £i, samt gentagelse af operationerne a) og b).

Positionerne si, £2 som helhed gør det muligt at opnå en fuldstændig dækning af den i det foregående definerede fladed , hvilken dækning udnytter muligheden af, at 20 udregne summen af produkterne < U- · * d) summation af de forskellige led pi og hvad 25 der giver adgang til effekt-tætheden omkring retningen af normalen på planet Tf eller en retning, der er vinkel-, forskudt med Θ, dersom der anvendes elektrisk vinkel- -indstilling.

e) rotation af lydoptagerne til udførelse af bedømmelsen ved 30 andre vinkler, idet integrationen af effekt-tætheden i hele rummet gør det muligt at udregne den samlede effekt.

Det bør bemærkes 1) at dersom valget af lydoptagernes størrelse, som træffes af den der udfører forsøgene, har været 35 sådan, at en enkelt lydoptager kan dække kilden, er operationerne b), c) og d) overflødige, og en i enkelt lydoptager er nok, •3 686

14 DK 153424B

^ 2) at visse praktiske fremgangsmåder gør det muligt — at slå operationerne b) og c) sammen, idet den ovenfor givne definition er den præcise definition, og 3) at værdien af den vinkel, der betegnes som 5 "opløsningsvinkelen" og som angiver bedøm melsens vinkel-tolerance, er en funktion af lydoptagerens relative spændvidde (e) (reel størrelse eller fiktiv størrelse i tilfælde af to med indbyrdes afstande beliggende lydoptagere), og ^ af den akustiske bølgelængde, og har sit maksimum ved 2 Arcs i^·.

e

Fig. 9 viser skematisk det samlede behandlingsudstyr, der er tilknyttet apparatet ifølge opfindelsen.

15 Ifølge opfindelsen og i overensstemmelse med formlen (1) p 11 ” -r) --άκΐX [r.* *^ )] -f s 20 bør lydoptageren udføre en dobbelt informationsoptagelse i sin overflade, nemlig a) det akustiske tryk, for derefter at udregne dettes afledede med hensyn på tiden, og 25 b) partikel-accelerationen normalt på dens plan.

For at kunne udføre dette, er lydoptageren udformet på den i det foregående omtalte måde af et batteri af omni-direktionale mikrofoner, der er anbragt ifølge et bestemt mønster, der er åbent og danner et net eller gitter bestående 30 af rektangler, kvadrater eller trekanter, eventuelt uregelmæssige sådanne. Desuden er mikrofonerne anbragt i to planer, som ligger indbyrdes parallelt og i afstand fra hinanden, hvad der muliggør bedømmelsen af fluidumpartikelaccelerationen ud fra simple trykmålinger, jfr. fig. 14.

35 Fig. 15 og 16 viser det fysiske bevis for den så kaldte multiplikative behandling ifølge opfindelsen.

Dersom man på disse figurer anbringer sig på en !«i i 3 -i 8» nr 666

is DK 153424B

o flade i nærheden af en akustisk kilde og dér bedømmer, hvorledes det er blevet udtrykt ved hjælp af en lydoptager, således som det er omtalt i det foregående, vil gennemsnitstrykket på lydoptagerens overflade og gennemsnitshastigheden 5 ved denne overflade danne det tidsmæssige gennemsnitsprodukt <^P(t) · Vn (t) t , som derfor (fig. 15) repræsenterer den gennemsnitlige akustiske intensitet omkring den forplantningsretning, der ligger nor-malt på lydoptageren, eller en anden retning, der er skabt kunstigt ved hjælp af elektriske forsinkelsesorganer, i en rumvinkel svarende til e, antennens dimension ved den akustiske bølgelængde Λ · I dette tilfælde er operationsforløbet som følger, ^ og kan udføres ved hjælp af en enkelt lydoptager: a) Anbringelse af lydoptageren i nærheden af kilden og i denne position udregning af gennemsnitsproduktet p(t) . Vn(t)^ t b) Undersøgelse af andre retninger ved mekanisk eller 20 elektrisk (forsinkelseslinier) rotation af lydopta geren.

Herved opnås et lokalt retningsdiagram.

c) Gentagelse af operationen ved et vist antal punkter omkring kilden, jfr. fig. 16.

? C

J Summationen af disse diagrammer, retning for ret ning, vil, efter multiplikation med værdien af fladen^ , give *'j den samlede effekt udsendt inden for opløsningsvinkelen og omkring den valgte retning.

Denne størrelse kan helt sammenlignes med en af-30 standskoefficient nær ved den størrelse, der opnås ved den første fremgangsmåde til behandling under målingen, dersom sidstnævnte er udregnet som effektiv-værdi.

Opfindelsen er imidlertid ikke begrænset til de ovenfor beskrevne udførelsesformer, men dækker ligeledes 35 samtlige varianter, som af fagfolk på området vil kunne ses at være ækvivalente dermed.

% >»} *?< 686 15

O

DK 153424 B

Således er det muligt at kompensere for en vinkelforskel mellem lydoptagerne ved hjælp af en forsinkelseslinie med henblik på at udføre målinger i planer, der danner en vinkel med hinanden. Dette er nyttigt i det tilfælde, 5 hvor de valgte måleflader udgør dele af planer i forskellige vinkler, med henblik på at finde den flade, der passer bedst til en maskine, eller for at bedømme tilsyneladende fasehastigheder, osv.

Det er ligeledes muligt at give et skøn over den 10 gennemsnitlige impedans i lydoptagerens plan: <%\xAV>;

Det er muligt at forestille sig en elektrisk drejning af udregningsretningerne, navnlig ved anvendelse af 15 forsinkelseslinier, således som det er vist i fig. 17.

Et sådant apparat gør det muligt, ved behov, præcist at rekonstruere strålingsdiagrammet for en hvilken som helst kilde ud fra målinger i nærfeltet og - under visse fysisk-praktiske forudsætninger - at knytte den af antennen 20 dækkede zone til en i forhold hertil fysisk adskillelig kilde-zone (lille felt-område i kohærens), og derved hierarkisere disse zoners partielle bidrag i en given retning.

Apparatet er navnlig interessant med henblik på at analysere de akustiske udstrålingskarakteristikker for 25 stationære lydkilder, og kan ligeledes anvendes til analyse af bevægelige lydkilders karakteristikker (f.eks. kilder, der er anbragt på køretøjer), og kan let tilpasses til anvendelse i et afløb (fr."écoulement") eller til udførelse af målinger på et køretøj i bevægelse med påsatte antenner, osv.

30 Endelig er det muligt at udforme et elektronisk udstyr, der omfatter begge behandlingsmåder, dvs. den multi-plikative behandlingsmåde og den additive behandlingsmåde, således som de er vist skematisk i fig. 9.

35 i 3 s' V* 3 > Bl or 686

Claims (7)

1. Apparat til måling af den samlede eller i en bestemt retning udsendte akustiske effekt fra en 5 hvilken som helst kilde, der er anbragt i et fluidum--miljø, hvilket apparat gør det muligt ud fra målinger af trykket i det akustiske felt nær ved den pågældende lydkilde at rekonstruere det akustiske fjernfelt ved en behandling af den additive type, med eller uden tidsmæs-10 sige forskydninger, af elementær-bidragene fra fiktive akustiske kilder, der er beliggende på en flade i nærheden af kilden, hvilket apparat er af den art, der omfatter a) en akustisk antenne, der er anbragt i nærheden af lyd- 15 kilden og består af mindst én lydoptager, samt b) et til antennen knyttet udstyr til behandling af de af antennen afgivne informationer, kendetegnet ved c) at den lydoptager eller de lydoptagere, der udgør an- 20 tennen, består af et netværk af mikrofoner (3,4), der er fordelt over bag hinanden beliggende indbyrdes parallelle flader (1,2) og tilsammen danner et tredimensionalt mønster, idet den tredje dimension gør det muligt at beregne fluidets partikelacceleration, samt 25 d) at det til antennen knyttede behandlingsudstyr indbefatter summations-, forstærker- og multiplikatormoduler, der er indrettet til at udføre dl) en filtrering, d2) en summation af alle tryk-informationer på hver over-30 flade (1,2) i lydoptageren med henblik på at beregne den rumlige gennemsnitsværdi, og d3) derpå følgende summationer af gennemsnitstrykkene og differentialberegning af de gennemsnitlige partikelaccelerationer med henblik på at gøre det muligt at 35 udregne de rumlige gennemsnitsværdier af partikelac celeration og partikelhastigheden, trykket og dettes ϊ DK 153424 B O afledede med hensyn på tiden, såvel som at udregne trykket i fjernfeltet i en bestemt retning enten ved summation af den gennemsnitlige acceleration og gennemsnitsværdien af den afledede af trykket med 5 hensyn til tiden, eller ved multiplikation af gennem snitstrykket og gennemsnitshastigheden.

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at antennen består af to lydoptagere, som hver især indbefatter et tredimensionalt net af mikrofoner, som er 10 placerede i en enhed med to plane, parallelle gitre (1,2), idet mikrofonerne (3,4) tilsammen danner regulære tredimensionale mønstre af parallelepipidumform.

3. Apparat ifølge krav 1 og 2, kendetegnet ved, at mikrofonerne (3,4) er punkt-mikrofoner.

4. Apparat ifølge krav 1-3, kendetegnet ved, at behandlingsudstyret omfatter organer, der gør det muligt at udføre summationen af trykkene efter indføring af elektriske forsinkelser mellem mikrofonerne eller grupper af sådanne i en og samme lydoptager, med henblik på 2o frembringelse af en fiktiv drejning af udregningsretningen for fjernfeltets tryk.

5. Apparat ifølge krav 2-4, kendetegnet ved, at lydoptagerne kan orienteres mekanisk og hver består af to plane gitre (l og 2) med en indbyrdes af- 25 stand, som eventuelt kan varieres svarende til de frekvensbånd, som analyseres, og er udstyret med omnidirektio- nelle mikrofoner (3 og 4). Ί

6. Apparat ifølge krav 2-5, kendetegnet ved, at den indbyrdes afstand mellem gitrene (1 og 2) 30 med mikrofonerne (3 og 4) højest er lig med en fjerdedel af bølgelængden af den mindste observerede akustiske bølge i det tilfælde, hvor differensen mellem gennemsnitstryk med henblik på udregningen af accelerationen udføres direkte.

7. Apparat ifølge krav 2-5, kendetegnet ved, at mikrofonerne (3 og 4) i hvert gitter (1 og 2) i s DK 153424 B O i hver lydoptager tilsammen danner kvadratmønstre, hvis sider er tilvejebragt med en længde, som er lig med halvdelen af bølgelængden af den mindste observerede akustiske bølge. 5 10 15 20 25 30 35 i i a ‘4 4