Анализ колебательного процесса внутри акустической интерференционной антенны с помощью метода реверберационной матрицы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Представленное в настоящей статье теоретическое исследование процесса формирования звукового поля в акустической интерференционной антенне мотивировано анализом физического принципа работы остронаправленного интерференционного микрофона. Одной из задач работы является определение звукового давления, воздействующего на мембрану микрофона внутри антенны. Анализ звукового поля внутри интерференционной антенны проводится с помощью матричного метода, схожего с методом реверберационной матрицы. Решение формально представляется в виде ряда Шварцшильда. Результат расчета по представленному методу хорошо совпадает с экспериментальными данными.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. О. Субботкин

Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук; Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектурно-строительных наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: subov-an@yandex.ru
Россия, Вавилова ул. 38, Москва, 119991; Локомотивный проезд 24, Москва, 127238

Список литературы

  1. Вахитов Ш.Я., Фадеев А.А., Ковалгин Ю.А., Щевьев Ю.П. Акустика: учебник для ВУЗов. М.: Горячая линия-Телеком, 2009. 660 с.
  2. Субботкин А.О., Вахитов Ш.Я. Развитие и технический анализ современных остронаправленных интерференционных микрофонов // Мир техники кино. 2018. Т. 12. № 3. С. 24–31.
  3. Лапин А.Д. Распространение звука в волноводе, имеющем ответвления и объемные резонаторы на стенках // Акуст. журн. 1961. Т. 7. № 2. С. 218–223.
  4. Горин С.В., Лесняк А.Н. Распространение звука в волноводе, содержащем импедансные включения // Акуст. журн. 1987. Т. 23. № 5. С. 856–862
  5. Лапин А.Д. Распространение звука в волноводе с боковым ответвлением при критических частотах мод // Акуст. журн. 1994. Т. 40. № 6. С. 1001–1002.
  6. Лапин А.Д. Отражение звука решеткой резонаторов в многомодовом цилиндрическом волноводе // Акуст. журн. 2012. Т. 58. № 5. С. 580–582.
  7. Урусовский И.А. Излучение звука из перфорированной трубы, внутри которой распространяется гармоническая волна // Акуст. журн. 1972. Т. 18. № 3. С. 448–455.
  8. Батенчук-Туско В.М., Голубицкий Д.Т., Елагин В.В. Излучение звука из плоского волновода с одной перфорированной стенкой // Акуст. журн. 1980. Т. 16. № 2. С. 167–172.
  9. Dix G.R. Development and Comparison of Highly Directional Loudspeakers. Provo: Brigham Young University Scholars Archive Citation, 2006. 179 p.
  10. Mason W.P., Marshall R.N. A tabular directional microphone // J. Acoust. Soc. Am. 1939. V. 10. P. 206–2015.
  11. Beranek L. Acoustic measurements. New York / London: John Wiley & Sonsm Inc. / Chapman & Hall, Limited, 1949. 914 p.
  12. Беранек Л. Акустические измерения. М.: Изд-во иностранной литературы, 1952. 627 с.
  13. Иофе В.К. Электроакустика. М.: Связьиздат, 1954. 184 с.
  14. Фурдуев В.В. Акустические основы вещания. М.: Связьиздат, 1960. 319 с.
  15. Римский-Корсаков А.В. Электроакустика. М.: Связь, 1973. 272 с.
  16. Скучик Е. Основы акустики. Т. 2. М.: Мир, 1976. 542 с.
  17. Сапожков М.А. Электроакустика. Учебник для ВУЗов. М.: Связь, 1978. 272 с.
  18. Вахитов Я.Ш. Теоретические основы электроакустики и электроакустическая аппаратура. М.: Искусство, 1982.
  19. Kleiner M. Electroacoustics. CRC Press, 2013.
  20. Вахитов Ш.Я. Современные микрофоны. Теория, проектирование. СПб.: СПбГУКиТ, 2003.
  21. Ono K., Sugimoto T., Ando A., Hamasaki K., Ishii T., Chiba Y., Imanaga K. Audio Engineering Society 129th Convention // Convention Paper 8216 “Modeling of leaky acoustic tube for narrow-angle directional microphone”. San Francisco, CA, USA. 2010. P. 8.
  22. Vakhitov S. Audio Engineering Society 21st Conference // Conference Paper “Problems of theory and designing for directional interference microphones”. St. Petersburg, Russia. 2002. P. 3.
  23. Дрейзен И.Г. Электроакустика и звуковое вещание. М.: Связьиздат, 1961. 544 с.
  24. Pao Y.H., Su X.Y., Tian J.Y. Reverberation matrix method for propagation of sound in a multilayered liquid // J. Sound Vib. 2000. Т. 230. № 4. С. 743–760.
  25. Arnold J.M. Discrete Green’s functions and functional determinants // 2017 Int. Conf. on Electromagnetics in Advanced Applications (ICEAA). IEEE, 2017. P. 1072–1075.
  26. Schwarzschild K. Die beugung und polarisation des lichts durch einen spalt. I // Mathematische Annalen. 1901. Т. 55. № 2. С. 177–247.
  27. Carnes T.N., Reynolds D.D., Hixson E.L. Analytical modeling of wave interference directional microphones. 1981. P. 361–371.
  28. Bai M.R., Lo Y.Y. Refined acoustic modeling and analysis of shotgun microphones // J. Acoust. Soc. Am. 2013. Т. 133. № 4. С. 2036–2045.
  29. Bai M.R., Lo Y.Y., Chen Y.S. Impedance measurement techniques for one-port and two-port networks // J. Acoust. Soc. Am. 2015. Т. 138. № 4. С. 2279–2290.
  30. Sasaki Y., Nishiguchi T., Ono K., Ishii T., Chiba Y., Morita A. Audio Engineering Society 141st Convention // Convention Paper 9639 “Development of shotgun microphone with extra-long leaky acoustic tube”. Los Angeles, USA. 2016. P. 6.
  31. Brandão E., Fonseca W.D.A., Mareze P.H. An algorithmic approach to electroacoustical analogies // J. Acoust. Soc. Am. 2022. Т. 152. № 1. С. 667–678.
  32. Ржевкин С.Н. Курс лекций по теории звука. М.: Изд-во московского университета, 1960. 336 с.
  33. Causse R., Kergomard J., Lurton X. Input impedance of brass instruments comparison between experiment and numerical models // J. Acoust. Soc. Am. 1984. V. 75. С. 241–254.
  34. Dalmont J.P., Nederveen C.J., Joly N. Radiation impedance of tubes with different flanges: numerical and experimental investigations // J. Sound Vib. 2001. Т. 244. № 3. С. 505–534.
  35. Гутин Л.Я. О звуковом поле поршневого излучателя // Журн. техн. физ. Т. 7. № 10. 1937. С. 1096–1106.
  36. Pao Y.H., Chen W.Q., Su X.Y. The reverberation-ray matrix and transfer matrix analyses of unidirectional wave motion // Wave Motion. 2007. Т. 44. № 6. С. 419–438.
  37. Шанин А.В., Валяев В.Ю. Метод последовательностей максимальной длины в дифракционном эксперименте // Акуст. журн. 2011. Т. 57. № 3. С. 420–425.
  38. Валяев В.Ю., Шанин А.В. Экспериментальная оценка параметров пористого дорожного покрытия акустическим методом // Акуст. журн. 2012. Т. 58. № 6. С. 776–776.
  39. Денисов С.Л., Корольков А.И. Исследование эффективности экранирования шума с помощью метода последовательностей максимальной длины в приложении к задачам авиационной акустики // Акуст. журн. 2017. Т. 63. № 4. C. 419–435.
  40. Белоус А.А., Корольков А.И., Шанин А.В. Экспериментальная оценка частотной зависимости коэффициента отражения звукопоглощающего материала при наклонном падении // Акуст. журн. 2018. Т. 64. № 2. С. 155–161.
  41. Корольков А.И., Шанин А.В., Белоус А.А. Дифракция на вытянутом теле вращения с импедансными границами. Метод граничного интегрального параболического уравнения // Акуст. журн. 2019. Т. 65. № 4. С. 440–447.
  42. Белоус А.А., Корольков А.И., Шанин А.В., Остриков Н.Н. Измерение импульсного отклика акустического MLS-сигнала в среде с потоком // Акуст. журн. 2019. Т. 65. № 1. С. 42–48.
  43. Денисов С.Л., Остриков Н.Н., Панкратов И.В. Исследование возможности замены планера самолета интегральной компоновки на плоский полигональный экран для оценки эффективности экранирования шума двигателей на основе геометрической теории дифракции // Акуст. журн. 2020. Т. 66. № 6. С. 622–631.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Модельное представление интерференционной антенны.

Скачать (17KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Продольные и поперечные разрезы: (а, г) – образца цилиндрической трубки без боковых отверстий, (б, д) – образцов интерференционной антенны с двумя боковыми отверстиями, (в, д) – семнадцатью боковыми отверстиями.

Скачать (64KB)
Метаданные
4. Рис. 3. (а) – Вид образцов и (б) – вид образца, надетого на микрофон.

Скачать (14KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Схема экспериментального стенда.

Скачать (10KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Схема измерительного тракта: 1 – изме- рительный блок системы сбора данных Dewesoft SIRIUSi, 2 – рабочий измерительный микрофон PCB 378B02, 3 – головка ГГ Harman REF 6530cx, 4 – усилитель звуковой мощности Crown XLi 1500, 5 – компьютер с предустановленным ПО DewesoftX.

Скачать (8KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Схема обработки сигналов.

Скачать (2KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Результаты измерений уровня звукового давления на мембране ненаправленного капсюля для трубки без отверстий (n = 0) при фронтальном падении звуковой волны в сравнении с результатами расчета при учете конце- вой поправки: (а) – по формуле Коссе (10), (б) – по формуле Гутина (11).

Скачать (33KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Результаты расчета уровня звукового давления на мембране ненаправленного капсюля для интерферен- ционных антенн с количеством отверстий (а) – n = 2 и (б) – n = 17 при фронтальном падении звуковой волны в сравнении с результатами измерений.

Скачать (35KB)
Метаданные
10. Рис. 9. (а, в) – Результаты расчета и (б, г) – результаты измерений уровня звукового давления на мембране нена- правленного капсюля для интерференционных антенн с количеством отверстий (а, б) – n = 2 и (в, г) – n = 17 при фронтальном, боковом и тыловом падении звуковой волны.

Скачать (66KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Результаты расчета характеристики направленности интерференционных антенн с количеством отверстий (а, б) – n = 2 и (в, г) – n = 17 с ненаправленным микрофонным капсюлем в сравнении с результатами измерений на частотах 4220 и 6040 Гц.

Скачать (66KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024