RU2116632C1 - Method of directed measurement of acoustic signals of sound source ( versions ) - Google Patents
Method of directed measurement of acoustic signals of sound source ( versions ) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2116632C1 RU2116632C1 RU97114429A RU97114429A RU2116632C1 RU 2116632 C1 RU2116632 C1 RU 2116632C1 RU 97114429 A RU97114429 A RU 97114429A RU 97114429 A RU97114429 A RU 97114429A RU 2116632 C1 RU2116632 C1 RU 2116632C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sound
- measurement
- receivers
- acoustic
- pressure
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике акустических измерений и может быть использовано для определения звукопоглощающих свойств материалов и конструкций, в системах активного подавления и локализации источников звука, при измерении акустических характеристик источника звука в условиях акустических помех, а также для диагностики технического состояния машин и агрегатов, работа которых сопровождается генерацией звука. The invention relates to techniques for acoustic measurements and can be used to determine the sound-absorbing properties of materials and structures, in systems for actively suppressing and localizing sound sources, when measuring the acoustic characteristics of a sound source under acoustic noise conditions, and also for diagnosing the technical condition of machines and units whose work accompanied by sound generation.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ направленных измерений коэффициента отражения звука в акустических трубах с применением однонаправленных систем приема [1], заключающийся в разделении падающей и отраженной волн. Этот способ, выбранный в качестве прототипа, основан на конечно-разностном преобразовании сигналов двух близко расположенных по сравнению с длиной волны приемников звука и состоит из следующих операций (фиг. 2):
одновременное измерение звуковых давлений в двух точках акустического поля P1(t), P2(t);
определение полусуммы этих давлений (блок суммирования "+");
определение разности этих давлений, ее деление на расстояние между приемниками и плотность воздуха , интегрирование результата деления и умножение на параметры окружающей среды ρc (блоки вычитания "-", умножения "X" и интегрирования "∫" );
суммирование результатов второй и третьей операций для измерения параметров падающей волны и вычитание результатов второй и третьей операций для измерения отраженной волны (блок суммы, разности "+").Closest to the proposed technical essence is a method of directional measurements of the reflection coefficient of sound in acoustic pipes using unidirectional reception systems [1], which consists in separating the incident and reflected waves. This method, selected as a prototype, is based on finite-difference conversion of the signals of two sound receivers closely located compared to the wavelength and consists of the following operations (Fig. 2):
simultaneous measurement of sound pressures at two points of the acoustic field P 1 (t), P 2 (t);
determination of the half-sum of these pressures (summation block "+");
determination of the difference of these pressures, its division by the distance between the receivers and the air density , integration of the result of division and multiplication by environmental parameters ρc (blocks of subtraction "-", multiplication "X" and integration "∫");
summing up the results of the second and third operations for measuring the incident wave parameters and subtracting the results of the second and third operations for measuring the reflected wave (sum block, difference "+").
Однако указанный способ не всегда обеспечивает требуемую остроту диаграммы направленности и не обладает селективной избирательностью измерения акустической скорости колебания частиц и интенсивности излучения источника звука по направлению измерений. However, this method does not always provide the required sharpness of the radiation pattern and does not have selective selectivity for measuring the acoustic velocity of the particles and the radiation intensity of the sound source in the direction of measurement.
Техническим результатом предлагаемого способа является повышение избирательной способности направленного измерения звукового давления и обеспечение возможности направленного измерения скорости колебания частиц и интенсивности акустического излучения источника звука. The technical result of the proposed method is to increase the selectivity of the directional measurement of sound pressure and the possibility of directional measurement of the velocity of the particles and the intensity of the acoustic radiation of the sound source.
Указанный технический результат достигается тем, что n приемников звука располагают эквидистантно на одной измерительной оси, одновременно измеряют звуковые давления в точках расположения приемников, выполняют попарные конечно-разностные преобразования сигналов соседних приемников, результаты преобразований вновь преобразуют попарно, пока не будет выполнено преобразование с номером , результат которого дает звуковое давление источника звука по направлению измерительной оси приемников звука. Акустическую скорость колебания частиц по тому же направлению определяют путем вычитания результата преобразования с номером из результата преобразования с номером , делят эту разность на расстояние между соседними приемниками и плотность воздуха , интегрируют результат деления. Активную часть акустической интенсивности в заданном направлении определяют как среднее значение произведения звукового давления и скорости колебаний частиц, а реактивную часть акустической интенсивности - как среднее значение произведения звукового давления и результата преобразования Гильберта скорости колебаний частиц.The indicated technical result is achieved by the fact that n sound receivers are located equidistantly on the same measuring axis, at the same time sound pressure is measured at the receiver location points, pairwise finite-difference transformations of the signals of neighboring receivers are performed, the results of the transforms are again converted in pairs until the conversion with the number , the result of which gives the sound pressure of the sound source in the direction of the measuring axis of the sound receivers. The acoustic velocity of particles in the same direction is determined by subtracting the result of the transformation with the number from conversion result with number divide this difference by the distance between adjacent receivers and the air density integrate the result of division. The active part of the acoustic intensity in a given direction is defined as the average value of the product of sound pressure and particle velocity, and the reactive part of the acoustic intensity is the average value of the product of sound pressure and the result of the Hilbert transform of the particle velocity.
На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, где приняты обозначения: 1 - конечно-разностный формирователь сигнала направленного измерения звукового давления [1]; ПГ - преобразователь Гильберта; ∫ - интегрирующий блок, ρc - весовой коэффициент; - блок усреднения; X - блок перемножения; "-" - блок вычитания. На входы M1, M2, . . ., Mn функциональной схемы подают сигналы приемников звука, а на ее выходе снимают сигналы, пропорциональные звуковому давлению , акустической скорости колебаний частиц , активной и реактивной частям акустической интенсивности звука по направлению измерений, которые являются функциями времени. Координату x точки измерений определяют как полусумму расстояний от излучателя звука до первого и последнего приемников звука.In FIG. 1 is a functional diagram of a device that implements the proposed method, where the following notation is adopted: 1 — finite-difference driver of a signal for directional measurement of sound pressure [1]; PG - Hilbert Converter; ∫ - integrating block, ρc - weight coefficient; - averaging block; X - block multiplication; "-" is a subtraction block. To the inputs M 1 , M 2 ,. . ., M n of the functional circuit supplies signals from sound receivers, and signals proportional to sound pressure are taken at its output acoustic velocity of particle oscillations active and reactive parts of the acoustic sound intensity in the direction of measurements, which are functions of time. The x-coordinate of the measurement point is defined as the half-sum of the distances from the sound emitter to the first and last sound receivers.
Спектральная обработка этих сигналов на основе Фурье преобразования 1 (блок FFT, фиг. 1) дает частотное представление результатов измерений звукового давления, скорости колебаний частиц, активной и реактивной частей акустической интенсивности по направлению измерений.The spectral processing of these signals based on the Fourier transform 1 (FFT block, Fig. 1) gives a frequency representation of the results of measurements of sound pressure, particle velocity, active and reactive parts of acoustic intensity in the direction of measurements.
Тот же результат - можно получить выполнив сначала комплексные Фурье преобразования звуковых давлений, измеряемых приемниками звука, а затем преобразовать результаты в соответствии с выражениями.The same result - can be obtained by first performing complex Fourier transforms of sound pressures measured by sound receivers, and then transforming the results in accordance with the expressions.
Для давления
Для скорости колебаний частиц
где m=n-1.For pressure
For particle velocity
where m = n-1.
Для активной части интенсивности
Для реактивной части интенсивности
В выражениях (1-4) приняты обозначения: Pi(ω) - комплексный спектр сигнала i-го микрофона цепочки; Ai=(m-1)!/{(i-1)!(m-i)!} - действительный коэффициент; ΔPi(ω) = Pi+1(ω) - Pi(ω); Z = jkΔx - частотно зависимый коэффициент: k - волновое число; 2Δx - расстояние между соседними приемниками; ρc - постоянная окружающей среды, ρ - плотность воздуха, c - скорость звука в воздухе; реальная Re{Spνn(ω)} и мнимая Im{Spνn(ω)} части взаимного спектра давления - скорости, полученные для группы из n приемников. Следует отметить, что смена знаков в выражениях (1) и (2) у сомножителей в скобках, под знаком суммы, приводит к смене направления измерений, соответствующего наибольшей чувствительности приема, на противоположное.For the active part of the intensity
For the reactive part of the intensity
In the expressions (1-4), the following notations are used: P i (ω) is the complex spectrum of the signal of the ith microphone of the chain; Ai = (m-1)! / {(I-1)! (Mi)!} Is the real coefficient; ΔP i (ω) = P i + 1 (ω) - P i (ω); Z = jkΔx - frequency-dependent coefficient: k - wave number; 2Δx is the distance between adjacent receivers; ρc is the constant of the environment, ρ is the density of air, c is the speed of sound in air; the real Re {S pνn (ω)} and imaginary Im {S pνn (ω)} parts of the mutual pressure spectrum are the velocities obtained for a group of n receivers. It should be noted that the change of signs in expressions (1) and (2) in the factors in brackets, under the sign of the sum, leads to a change in the direction of measurements corresponding to the highest sensitivity of reception, to the opposite.
На фиг. 3, даны диаграммы направленности предлагаемого способа измерения акустических сигналов по давлению (a), скорости колебаний частиц (b) и интенсивности (c) соответственно, которые определены для различного количества приемников звука в соответствии с выражениями:
где
- диаграмма направленности конечно-разностного метода измерения звукового давления для двух приемников; 2β0= 2kΔxcosα - фазовый набег по полю метода измерений; n - количество приемников используемых в измерениях; h = 1/kΔx .In FIG. 3, the radiation patterns of the proposed method for measuring acoustic signals by pressure (a), particle velocity (b) and intensity (c), respectively, which are defined for a different number of sound receivers in accordance with the expressions:
Where
- radiation pattern of the finite-difference method for measuring sound pressure for two receivers; 2β 0 = 2kΔxcosα - phase incursion along the field of the measurement method; n is the number of receivers used in measurements; h = 1 / kΔx.
Как видно из выражений (5) и зависимостей фиг. 3, увеличение числа приемников приводит к резкому повышению избирательности по направлению измерений, а при количестве приемников n≥3 в отличие от известного [1] предлагаемый способ обеспечивает избирательность измерений и для скорости колебаний частиц и для интенсивности источника звука. As can be seen from expressions (5) and the dependences of FIG. 3, an increase in the number of receivers leads to a sharp increase in selectivity in the direction of measurements, and with the number of receivers n≥3, in contrast to the well-known [1], the proposed method provides selectivity of measurements for both the particle velocity and the sound source intensity.
Для корректной реализации предлагаемого способа измерений число приемников звука n должно выбираться из условия
где λ - длина звуковой волны, излучаемой источником; 2Δx ≅ 0,1λ .For the correct implementation of the proposed measurement method, the number of sound receivers n should be selected from the condition
where λ is the length of the sound wave emitted by the source; 2Δx ≅ 0.1λ.
Источники информации
1. Писаревский Н. Н. Применение аналоговой интенсиметрической и корреляционной аппаратуры и фазированных двуслойных решеток для прямых измерений комплексного коэффициента отражения методом однонаправленного приема. Тезисы докладов 9-й научно-технической конференции по авиационной акустике. Издательский отдел ЦАГИ, 1989.Sources of information
1. Pisarevsky N. N. The use of analog intensimetric and correlation equipment and phased two-layer gratings for direct measurements of the complex reflection coefficient by unidirectional reception. Abstracts of the 9th scientific and technical conference on aviation acoustics. TsAGI Publishing Department, 1989.
2. Pascal J. C. , Carles C. Systematic measurements errors whith two-microphone sound intensity meters. J. Sound and Vibr., 1982, v. 83, N 1, 53-65. 2. Pascal J. C., Carles C. Systematic measurements errors whith two-microphone sound intensity meters. J. Sound and Vibr., 1982, v. 83, N 1, 53-65.
Claims (3)
где n - количество приемников звука, n ≤ nmax= λ/2Δx;
λ - длина звуковой волны;
комплексный спектр давления в точке измерений x;
комплексный спектр скорости колебания частиц в точке измерений x;
спектр активной части интенсивности в точке измерений x;
спектр реактивной части интенсивности в точке измерений x;
Pi(ω) - комплексный спектр звукового давления сигнала i-го приемника;
Ai = (m - 1) ! / {(i - 1) ! (m - i) !} - действительный коэффициент;
ΔPi(ω) = Pi+1(ω) - Pi(ω);
Z = jkΔx - комплексный частотно-зависимый коэффициент;
k - волновое число;
2Δx - расстояние между соседними приемниками группы при их эквидистантном расположении на одной измерительной оси;
ρ - плотность воздуха;
c - скорость звука в воздухе;
Re{Spνn(ω,x)}, Im{Spνn(ω,x)} - реальная и соответственно мнимая части комплексного взаимного спектра давления - скорости;
x - координата точки измерений, ее определяют как полусумму расстояний от источника звука до первого и последнего приемника.3. The method of directional measurement of acoustic signals of a sound source, which consists in the fact that simultaneously measure sound pressure by sound receivers at two points and determine the acoustic characteristics of the source in the direction of measurement by converting these pressures, characterized in that the additional sound receivers are introduced and placed equidistantly on one measuring axis, simultaneously measure sound pressures at the points of the receivers, perform complex Fourier transforms for each signal ia, and then receive complex spectra of acoustic pressure, particle velocity, active and reactive parts of the intensity, performing the transformations in accordance with the following expressions:
where n is the number of sound receivers, n ≤ n max = λ / 2Δx;
λ is the sound wavelength;
complex pressure spectrum at the measurement point x;
complex spectrum of particle velocity at the measurement point x;
spectrum of the active part of the intensity at the measurement point x;
spectrum of the reactive part of the intensity at the measurement point x;
P i (ω) is the complex spectrum of sound pressure of the signal of the i-th receiver;
Ai = (m - 1)! / {(i - 1)! (m - i)!} is the actual coefficient;
ΔP i (ω) = P i + 1 (ω) - P i (ω);
Z = jkΔx is a complex frequency-dependent coefficient;
k is the wave number;
2Δx is the distance between adjacent group receivers when they are equidistantly located on the same measuring axis;
ρ is the air density;
c is the speed of sound in air;
Re {S pνn (ω, x)}, I m {S pνn (ω, x)} - the real and, accordingly, imaginary parts of the complex mutual pressure spectrum - velocity;
x is the coordinate of the measurement point, it is defined as the half-sum of the distances from the sound source to the first and last receiver.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97114429A RU2116632C1 (en) | 1997-08-26 | 1997-08-26 | Method of directed measurement of acoustic signals of sound source ( versions ) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97114429A RU2116632C1 (en) | 1997-08-26 | 1997-08-26 | Method of directed measurement of acoustic signals of sound source ( versions ) |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2116632C1 true RU2116632C1 (en) | 1998-07-27 |
RU97114429A RU97114429A (en) | 1999-01-20 |
Family
ID=20196641
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97114429A RU2116632C1 (en) | 1997-08-26 | 1997-08-26 | Method of directed measurement of acoustic signals of sound source ( versions ) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2116632C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101900601A (en) * | 2010-04-02 | 2010-12-01 | 哈尔滨工程大学 | Method for identifying direct sound in complex multi-path underwater sound environment |
RU2517780C2 (en) * | 2012-06-18 | 2014-05-27 | Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации | Method for hydrocarbon prospecting on north sea shelf |
-
1997
- 1997-08-26 RU RU97114429A patent/RU2116632C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Писаревский Н.Н. Применение аналоговой интенсиметрической и корреляционно й аппаратуры и фазированных двуслойных решеток для прямых измерений компле ксного коэффициента отражения методом однонаправленного приема. Тезиси док ладов 9 Научно-технической конференции по авиационной акустике. Издательск ий отдел ЦАГИ, 1989. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101900601A (en) * | 2010-04-02 | 2010-12-01 | 哈尔滨工程大学 | Method for identifying direct sound in complex multi-path underwater sound environment |
CN101900601B (en) * | 2010-04-02 | 2012-02-01 | 哈尔滨工程大学 | Method for identifying direct sound in complex multi-path underwater sound environment |
RU2517780C2 (en) * | 2012-06-18 | 2014-05-27 | Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации | Method for hydrocarbon prospecting on north sea shelf |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JPH09509742A (en) | Method for detecting the relative position of an object with respect to the background using ultrasound | |
US10094659B2 (en) | Method and apparatus for determining properties of a pipeline, in particular the position of a branch of a sewage pipeline | |
US20060013069A1 (en) | High resolution images from reflected wave energy | |
RU2116632C1 (en) | Method of directed measurement of acoustic signals of sound source ( versions ) | |
Dumbacher et al. | Source identification using acoustic array techniques | |
RU2491569C2 (en) | Method of direction finding with increased resolution ability | |
Alvarez et al. | High reliability outdoor sonar prototype based on efficient signal coding | |
KR100217872B1 (en) | The system and method imaging voice characteristic by measuring hologram of the moving voice | |
JP2866930B2 (en) | Underwater sound simulator | |
US6654315B1 (en) | Sonar display system and method | |
GB2104218A (en) | Detecting harmonically-rich acoustic sources | |
JP3871875B2 (en) | Target classification method and apparatus | |
JP2619108B2 (en) | Direction estimation device | |
To et al. | Power estimation of sound sources on low-speed electric trains using a deconvolution approach | |
Leetang et al. | Evaluation of ultrasonic target detection by alternate transmission of different codes in M-sequence pulse compression | |
RU97114429A (en) | METHOD OF DIRECTED MEASUREMENT OF ACOUSTIC SIGNALS OF SOURCE SOURCE | |
JP3894887B2 (en) | Target sound detection method and apparatus | |
US5668776A (en) | Velocity measurement apparatus of moving object | |
Cheng et al. | Sensitivity of the wave‐number domain field separation methods for scattering | |
JP3199240B2 (en) | Acoustic positioning device and method for running noise with Doppler correction | |
RU2158431C1 (en) | Sonar synchronous distance-measuring navigation system for hollow sea | |
JP2910727B2 (en) | Target signal detection method and device | |
Kaneko et al. | Verification of Acoustic Wave Propagation Characteristics Using Laser Monopole Sound Source | |
JP2787144B2 (en) | Underwater position measuring device | |
RU2782354C2 (en) | Apparatus for grading electroacoustic transducers |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070827 |