NL2004628C2

NL2004628C2 - Werkwijze en inrichting voor het bepalen van de akoestische absorptie- en transmissie-coefficient, in het bijzonder op een gekozen positie in een ruimte.

Info

Publication number: NL2004628C2
Application number: NL2004628A
Authority: NL
Inventors: Ysbrand Hans Wijnant
Original assignee: Univ Twente
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2010-04-29
Publication date: 2011-05-23
Also published as: KR20120103648A; US9261399B2; JP5712409B2; WO2011062493A1; CN102741669B; EP2502035A1; PL2502035T3; EP2502035B1; JP2013511712A; DK2502035T3; US20120296600A1; ES2587081T3; KR101899601B1; CN102741669A

Description

WERKWIJZE EN INRICHTING VOOR HET BEPALEN VAN DE AKOESTISCHE ABSORPTIE- EN TRANSMISSIE-COËFFICIËNT, IN HET BIJZONDER OP EEN GEKOZEN POSITIE IN EEN RUIMTE

5 De uitvinding betreft een werkwijze en inrichting voor het bepalen van de akoestische absorptie- en transmissie-coëfficiënt in een ruimte.

Een meting voor de bepaling van de absorptiecoëfficiënt van een (akoestisch) materiaal is algemeen 10 bekend en gebruikelijk. De absorptie-coëfficiënt is gedefinieerd als die fractie van de invallende geluidintensiteit/-vermogen die op een bepaalde positie door een bepaald oppervlak in een ruimte wordt geabsorbeerd. Hij kan echter slechts worden gemeten door het meten van de 15 actieve geluidintensiteit/-vermogen, dat wil zeggen de invallende geluidintensiteit/-vermogen minus de gereflecteerde geluidintensiteit/-vermogen, respectievelijk de invallende geluidintensiteit/-vermogen.

Een dergelijke meting is in de praktijk 20 problematisch en kan niet altijd op een eenvoudige en snelle wijze worden uitgevoerd. Essentieel hierbij is dat, hoewel de actieve geluidintensiteit/-vermogen wel meetbaar is, het bepalen van de invallende geluidintensiteit/-vermogen tot nu toe alleen mogelijk was voor enkele bepaalde, bekende en 25 simpele geluidvelden bijvoorbeeld vlakke golven, bol-golven of een diffuus geluidsveld. Dit betekent, dat de verkregen meetresultaten slechts voor deze geluidvelden van toepassing zijn. Ze zijn dus niet onder alle omstandigheden volledig representatief voor de resultaten in praktijkomstandigheden 30 voor willekeurige geluidvelden.

2

Een meting voor de bepaling van de transmissiecoëfficiënt van een akoestische barrière, bijvoorbeeld een paneel, is minder algemeen bekend. De transmissiecoëfficiënt is gedefinieerd als die fractie van 5 de invallende geluidintensiteit/-vermogen die op een bepaalde positie door een bepaald oppervlak in een ruimte wordt doorgelaten. Ook de transmissiecoëfficiënt kan slechts worden gemeten door het meten van de actieve geluidintensiteit/-vermogen, respectievelijk de invallende 10 geluidintensiteit/-vermogen. Een dergelijke meting is in de praktijk problematisch en kan niet altijd op een eenvoudige en snelle wijze worden uitgevoerd. Ook hier is essentieel dat het bepalen van de invallende geluidintensiteit/-vermogen tot nu toe alleen mogelijk was voor enkele 15 bepaalde, bekende en simpele geluidvelden. Veelal wordt gebruik gemaakt van bijvoorbeeld een akoestische omgeving waarin een paneel, waarvan de transmissie moet worden bepaald, op te nemen in een venster, dat de koppeling vormt tussen een akoestisch harde, echoënde ruimte en een niet-20 echoënde ruimte, veelal respectievelijk aangeduid als galmkamer en dode kamer. Dergelijke, alleen in een laboratorium uit te voeren metingen zijn lastig en kostbaar, doordat zeer specifieke meetopstellingen noodzakelijk zijn. Daarbij komt, dat de verkregen meetresultaten niet onder 25 alle omstandigheden volledig representatief zijn voor de resultaten die met een dergelijk gemeten paneel in praktijkomstandigheden overeenkomstig een in hoofdzaak diffuus geluidveld worden gerealiseerd.

3

Met het oog op het bovenstaande is het een doel van de uitvinding, een zeer eenvoudige meetmethode en een daarop gebaseerde inrichting te verschaffen, die de beschreven nadelen niet bezit, goedkoop en betrouwbaar is, 5 onder realistische zelfs praktijkomstandigheden kan worden toegepast en dus toepasbaar is voor een willekeurig geluidveld en kan worden geïmplementeerd in de vorm van een eenvoudig draagbaar apparaat, dat ongeveer dezelfde fysieke afmetingen en gewicht bezit als een algemeen bekende en 10 gebruikelijke draagbare geluiddrukmeter of een geluidintensiteitmeter.

Met het oog op het bovenstaande verschaft de uitvinding een werkwijze voor het bepalen van de akoestische absorptie- en/of de transmissiecoëfficiënt op een gekozen 15 positie in een ruimte waarin een zeker geluidveld heerst, welke werkwijze de volgende stappen omvat: (a) het op de gekozen positie in de ruimte meten van de geluiddruk p(t) en de deeltjessnelheid v(t); (b) het berekenen van de Fourier-getransformeerden 20 P(f), V(f) van p(t), v(t); (c) het op basis van P(f) en V(f) berekenen van de tijd-gemiddelde actieve intensiteit Iac(f) in de richting, aangeduid met de vector n, zijnde de normaal-vector op het beschouwde oppervlak, en de tijd-gemiddelde totale 25 intensiteit Itot(f), in de richting, aangeduid met de vector n; (d) het bepalen van de tijd-gemiddelde invallende geluidintensiteit in de richting n:

Iin(f) = k> (iac(f) + Itot(f)); en 30 (e) het bepalen van de tijd-gemiddelde absorptie coëfficiënt in de richting n: a = Iac(f)/Iin(f); en/of 4 (f) het bepalen van de transmissiecoëfficiënt x = Iac(f)/Iin(f) in de richting n voor barrières waarbij de mechanische absorptie kan worden verwaarloosd.

itot(f), de totale intensiteit, is een grootheid 5 die tot heden nooit werd bepaald, maar wel in een willekeurig geluidveld meetbaar is.

De actieve of netto intensiteit is het verschil van de intensiteit van de invallende golf en die van de gereflecteerde golf: 10 Iac(f) = Iin(f) - Irefl(f).

De totale intensiteit is de som van de intensiteit van de invallende golf en die van de gereflecteerde golf:

Itot(f) = Iin(f) + Irefl(f).

Dit maakt het mogelijk de absorptie- 15 coëfficiënt/transmissiecoëfficiënt te bepalen volgens (d), (e) en (f) .

Vectoren zijn met een vet gedrukt symbool weergegeven, en scalaren zijn met een normaal gedrukt symbool weergegeven.

20 In het bovenstaande zijn: n = de richtingsvector die wijst in de richting waarin de absorptie- of transmissiecoefficiënt moet worden bepaald; t = de tijd; f = de frekwentie.

25 Met het oog op het bovenstaande verschaft de uitvinding tevens een werkwijze van het omschreven type, omvattende de stap: (g) het uitvoeren van stap (c) op basis van de relaties: 30 iac(f) = H (p~v -n + ”p"v-n) 5

En I tot (f) = V4 (pc v-n"v n + P~/(p c)).

In het bovenstaande zijn: P = de complex geconjugeerde van P; 5 V = de complex geconjugeerde van V; p = de dichtheid van de lucht; c = de fasesnelheid of "geluidssnelheid";

Een alternatieve werkwijze van het omschreven type omvat de stap: 10 (h) het op basis van P(f) en V(f) berekenen van de tijd-gemiddelde reactieve intensiteit in de richting aangeduid met de vector n, d.i. Ire(f) = h i(PV-n - PV-n); en (i) het uitvoeren van stap (c) op basis van de 15 relaties:

Iac(f) = b (PV-n + ~V-n) en

Itot (f) = (2/ti) arcsin (lac ( f)/V (Iac (f) 2 + Ire (f)2) ) Iac(f) + ...

... + (2/71) I Ire (f) | 20 waarbij Ire(f) = H i ( PV-n - PV -n) het reactieve deel is van de intensiteit, zoals bepaald in stap (h).

De actieve en totale geluidintensiteit kunnen tevens met behulp van zogenaamde kruisspectra en autospectra worden bepaald.

25 Als de mechanische absorptie van een paneel niet verwaarloosbaar is, is de methode uitbreidbaar door metingen aan beide kanten van het paneel uit te voeren en zodoende de mechanische absorptie van het paneel te bepalen.

6

Gebruik kan worden gemaakt van een zogenaamde intensiteitsmeter. Een intensiteitsmeter kan twee drukmicrofoons omvatten, zoals bijvoorbeeld bij een Brüel & Kjaer intensiteits-probe. Ook kan gebruik worden gemaakt van 5 een Microflown® deeltjessnelheidsmeter in combinatie met een drukmicrofoon.

Volgens een volgend aspect verschaft de uitvinding een werkwijze omvattende de stappen: (j) het nabij het oppervlak in de ruimte meten van 10 de geluiddruk p(t) en de deeltjessnelheid v(t) op een aantal posities; (k) het berekenen van de Fourier-getransformeerden P(f), V(f) van p (t), v(t) (l) het op basis van P(f) en V(f) berekenen van 15 het tijd-gemiddelde actieve vermogen Pac(f) dat wordt verkregen door integratie van Iac(f), zoals bepaald onder (g) of (i), over het beschouwde oppervlak, waarbij n de normaal-vector op het beschouwde oppervlak is, en het tijd-gemiddelde totale vermogen Ptot(f), dat wordt verkregen door 20 integratie van Itot(f), zoals bepaald onder (g) of (i), over het beschouwde oppervlak, waarbij n de normaal-vector op het beschouwde oppervlak is, (m) het bepalen van het tijd-gemiddelde invallende geluidvermogen Pin(f) = ½ (Pac(f) + Ptot(f)); en/of 25 (n) het bepalen van de gemiddelde absorptie coëfficiënt a = Pac(f)/Pin(f); en/of (o) het bepalen van de gemiddelde transmissiecoëfficiënt f = Pac(f)/Pin (f) voor barrières waarbij de mechanische absorptie kan worden verwaarloosd.

30 Als alternatief kan de genoemde werkwijze de stap omvatten: 7 (p) het uitvoeren van stap (a) of stap (j) door het meten van de deeltjessnelheid v(t) met behulp van twee druksensoren, die zodanig opgesteld zijn, dat ze samen een deeltjessnelheid-opnemer vormen, en het meten van de 5 geluiddruk p(t) met één of twee van die twee druksensoren, in welk laatste geval, het gemiddelde van de twee geluiddrukken bepaald wordt.

Met een dergelijke variant worden nagenoeg dezelfde resultaten bereikt. Het voordeel van deze werkwijze 10 is echter dat een drukkapsel eenvoudiger en goedkoper is dan een deeltjessnelheid-opnemer.

Verder richt de uitvinding zich op een inrichting voor het bepalen van de akoestische absorptie- en transmissiecoëfficiënt, welke inrichting een implementatie 15 vormt van de hierboven beschreven werkwijze.

Deze inrichting volgens de uitvinding omvat: - geluiddruk-meetmiddelen voor het meten van de geluiddruk p(t); - deeltjessnelheid-meetmiddelen voor het meten van 20 de deeltjessnelheid v(t), welke deeltjessnelheid- meetmiddelen in de onmiddellijke nabijheid van de geluiddruk-meetmiddelen opgesteld zijn; - Fourier-transformeermiddelen voor het berekenen van de Fourier-getransformeerden P(f), V(f) van p(t), v(t); 25 - eerste berekeningsmiddelen voor het op basis van p(t) en v(t) berekenen van de actieve intensiteit Iac(f) of het tijd-gemiddelde vermogen Pac(f) en de totale intensiteit Itot(f) of vermogen Ptot(f); - tweede berekeningsmiddelen voor het bepalen van 30 de invallende intensiteit/het invallend vermogen; en - derde berekeningsmiddelen voor het bepalen van de absorptie-coëfficiënt a = Iac(f)/Iin(f) of Pac(f)/Pin(f).

8

Met voordeel kan deze inrichting zodanig worden uitgevoerd, dat de deeltjessnelheid-meetmiddelen twee druksensoren omvatten en de geluiddruk-meetmiddelen ten minste één van die twee druksensoren omvatten.

5 Anders dan bij gebruikelijke meetmethoden is het volgens de uitvinding niet noodzakelijk dat er gebruik wordt gemaakt van een akoestische bron met gespecificeerde eigenschappen. Het is voldoende, als in de ruimte waarin de meting wordt uitgevoerd een geluidveld aanwezig is, waarbij 10 de geluidsintensiteit toereikend is om een significante meting volgens de uitvinding te kunnen uitvoeren.

Bijvoorbeeld voor het meten van de absorptiecoëfficiënt van een wand in een spreekzaal zou tijdens de meting een spreker, eventueel geassisteerd door een 15 toespreekinstallatie, als bron kunnen fungeren. De uitgevoerde meting zal dan betrekking hebben op de absorptie-coëfficiënt in het relevante frekwentiedomein van de menselijke stem, bijvoorbeeld ongeveer 200Hz - 3kHz.

Overwogen zou kunnen worden, de meetmethode voor 20 bepaalde toepassingen te baseren op een genormaliseerde geluidbron. Verwijzend naar de hier voorgaande bespreking van een meting van een spreekzaal kan bijvoorbeeld gebruik worden gemaakt van een ruis-achtige bron, die een geluidveld in de betreffende ruimte kan genereren, waarvan de spectrale 25 samenstelling gemiddeld althans ongeveer overeenkomt met die van de in de praktijk toe te passen bron, bijvoorbeeld de eerder genoemde spreker, die een frekwentiegebied van circa 200Hz - 3kHz bestrijkt.

9

Het zal duidelijk zijn, dat de Fourier-transformeermiddelen op op zichzelf algemeen bekende wijze door middel van een computer of microprocessor gebaseerd kunnen zijn op een digitale wiskundige bewerking, zoals Fast 5 Fourier Transform of FFT. Ook de verdere in het bovenstaande gespecificeerde bewerkingen worden digitaal door een processor uitgevoerd.

Aan de derde berekeningsmiddelen, die de absorptie-coëfficiënt a of transmissiecoefficient x 10 uiteindelijk berekenen, kan een signaal-uitvoer zijn toegevoegd, die een voor de absorptie-coëfficiënt representatief signaal afgeeft voor verdere bewerking en/of weergave. Bijvoorbeeld kan een weergeefeenheid worden toegepast, zoals een meter of een LCD-display of dergelijke, 15 waarop in één oogopslag de waarde van a of X kan worden afgelezen.

Als wezenlijk voor de uitvinding moet worden beschouwd, dat het niet noodzakelijk is, een geluidbron met bekende eigenschappen toe te passen. Niettemin is dat wel 20 mogelijk, waardoor de meetresultaten specifiek kunnen zijn voor een bepaalde applicatie.

Claims

1. Werkwijze voor het bepalen van de akoestische 5 absorptie- en/of de transmissiecoëfficiënt op een gekozen positie in een ruimte waarin een zeker geluidveld heerst, welke werkwijze de volgende stappen omvat: (a) het op de gekozen positie in de ruimte meten van de geluiddruk p(t) en de deeltjessnelheid v(t); 10 (b) het berekenen van de Fourier-getransformeerden P(f), V(f) van p(t), v(t); (c) het op basis van P(f) en V(f) berekenen van de tijd-gemiddelde actieve intensiteit Iac(f) in de richting, aangeduid met de vector n, zijnde de normaal-vector op het 15 beschouwde oppervlak, en de tijd-gemiddelde totale intensiteit Itot(f), in de richting, aangeduid met de vector n; (d) het bepalen van de tijd-gemiddelde invallende geluidintensiteit in de richting n:

20 Iin(f) = (Iac(f) + Itot(f)); en (e) het bepalen van de tijd-gemiddelde absorptiecoëfficiënt in de richting n: a = Iac(f)/Iin(f); en/of (f) het bepalen van de transmissiecoëfficiënt x = Iac(f)/Iin(f) in de richting n voor barrières waarbij de 25 mechanische absorptie kan worden verwaarloosd. 1 Werkwijze volgens conclusie 1, omvattende de stap (g) het uitvoeren van stap (c) op basis van de 30 relaties: Iac (f) = (p"v -n + TFv-n) en Itot(f) = v4 (p c V-nV-n + pp/(p c)).

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, omvattende de stap 5 (h) het op basis van P(f) en V(f) berekenen van de tijd-gemiddelde reactieve intensiteit in de richting aangeduid met de vector n, d.i. Ire(f) = V* i ( PV-n - PV -n); en (i) het uitvoeren van stap (c) op basis van de 10 relaties: Iac(f) = V4 (p"v -n + “Fv-n) en Itot (f) = (2/71) arcsin (lac ( f)/V (Iac (f) 1 + Ire (f)1) ) Iac(f) + ... ... + (2/7t) I Ire (f) | 15 waarin Ire(f) = V4 i( PV-n - PV -n) het reactieve deel is van de intensiteit.

4. Werkwijze volgens conclusie 2 of 3, omvattende de stappen: 20 (j) het nabij het oppervlak in de ruimte meten van de geluiddruk p(t) en de deeltjessnelheid v(t) op een aantal posities; (k) het berekenen van de Fourier-getransformeerden P(f), V(f) van p(t), v(t) 25 (1) het op basis van P(f) en V(f) berekenen van het tijd- gemiddelde actieve vermogen Pac(f) dat wordt verkregen door integratie van Iac(f), zoals bepaald onder (g) of (i), over het beschouwde oppervlak, waarbij n de normaal-vector op het beschouwde oppervlak is, en het tijd-gemiddelde totale vermogen Ptot(f), dat wordt verkregen door integratie van Itot(f), zoals bepaald onder (g) of (i), over het beschouwde oppervlak, waarbij n de normaal-vector op het beschouwde oppervlak is, 5 (m) het bepalen van het tijd-gemiddelde invallende geluidvermogen Pin(f) = ½ (Pac(f) + Ptot(f)); en/of (n) het bepalen van de gemiddelde absorptiecoëfficiënt a = Pac(f)/Pin(f); en/of (o) het bepalen van de gemiddelde 10 transmissiecoëfficiënt t = Pac(f)/Pin (f) voor barrières waarbij de mechanische absorptie kan worden verwaarloosd.

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, omvattende stap: 15 (p) het uitvoeren van stap (a)of stap (j) door het meten van de deeltjessnelheid v(t) met behulp van twee druksensoren, die zodanig opgesteld zijn, dat ze samen een deeltjessnelheid-opnemer vormen, en het meten van de geluiddruk p(t) met één of twee van die twee druksensoren, 20 in welk laatste geval het gemiddelde van de twee geluiddrukken bepaald wordt.

6. Inrichting voor het met een werkwijze volgens een der voorgaande conclusies bepalen van de akoestische 25 absorptie-coëfficiënt a, welke inrichting omvat: - geluiddruk-meetmiddelen voor het meten van de geluiddruk p(t); - deeltjessnelheid-meetmiddelen voor het meten van de deeltjessnelheid v(t), welke deeltjessnelheid- 30 meetmiddelen in de onmiddellijke nabijheid van de geluiddruk-meetmiddelen opgesteld zijn; - Fourier-transformeermiddelen voor het berekenen van de Fourier-getransformeerden P(f), V(f) van p(t), v(t); - eerste berekeningsmiddelen voor het op basis van p(t) en v(t) berekenen van de tijd-gemiddelde actieve 5 intensiteit Iac(f) of het tijd-gemiddelde actieve vermogen Pac(f) en de tijd-gemiddelde totale intensiteit Itot(f) of het tijd-gemiddelde totale vermogen Ptot(f); - tweede berekeningsmiddelen voor het bepalen van de invallende intensiteit/het invallend vermogen; en 10. derde berekeningsmiddelen voor het bepalen van de absorptie-coëfficiënt a = lac(f)/Iin(f) of Pac(f)/Pin(f).

7. Inrichting volgens conclusie 6, waarin de deeltjessnelheid-meetmiddelen twee druksensoren omvatten en 15 de geluiddruk-meetmiddelen één van die twee druksensoren omvatten.