<< Б.И.Гончаренко

Векторно-фазовые методы исследования акустических полей

Векторно-фазовые методы исследования акустических полей основаны на получении дополнительной информации о поле при заданных пространственно-временных объемах выборок. Дополнительная информация о поле получается за счет введения в практику акустических измерений наряду с приемником звукового давления также приемников первого и более высоких порядков, которые позволяют определять градиенты и биградиенты звукового давления, колебательную скорость частиц в акустической волне и т. д. А это дает возможность на принципиально новой основе ставить и решать различные задачи современной акустики и гидроакустики.

Преимущество комбинированных приемных систем, включающих наряду с приемниками звукового давления приемники градиента давления в одно-, двух и трехкомпонентном вариантах (векторный приемник), растут по мере уменьшения количества приемных модулей и размеров областей пространства для размещения их в среде.

Так, например, при использовании одиночной комбинированной приемной системы имеет место качественный скачок - определения направления на источник звука, а в ряде случаев и его глубины и местоположения.

Другое преимущество состоит в том, что существует возможность прямого измерения потока акустической мощности, т.е. выделения той части энергии, которая обусловлена анизотропией поля или наличием в среде сосредоточенных источников звука. За счет этого в ряде случаев обеспечивается существенное повышение сигнал/помеха и появляется возможность регистрировать сигналы малых уровней. Однако задачи по исследованию и обоснованию возможностей приемных систем на базе векторного приемника, использующих данные о потоке акустической мощности сигнала малого уровня от сосредоточенного источника на фоне шумов океана остаются открытыми в настоящее время.

Одновременная регистрация нескольких компонент звукового поля без амплитудно-фазовых искажений позволяет анализировать характер движения частиц среды в волне (осуществлять так называемый 'поляризационный' анализ волн) с целью их дальнейшей классификации (использование векторных приемников в качестве геофонов). Показано, что зарегистрированные векторным приемником импульсные сигналы имеют форму устойчивого эллипса поляризации по отношению к направлению прихода сейсмакустических сигналов. Это позволяет по характеру движения частиц среды в горизонтальной плоскости определять направление на источник импульсного сигнала.

Особое место занимает измерение уровня низкочастотных шумов аэро- или гидродинамического происхождения. В трубах, в тоннелях метрополитена, салонах автомобилей и других замкнутых помещениях возможно возникновение стоячих или близких к ним инфразвуковых волн. В этом случае средства измерения и органы объектов, реагирующие на градиент давления или колебательную скорость, будут испытывать воздействия на 20-40 дБ больше, чем по уровню звукового давления в волне.

Частотная зависимость уровней шума, порождаемых проходящим трамваем измеренных на пятом этаже здания, расположенного около транспортной магистрали (Р - звуковое давление, V_x и V_y - горизонтальные составляющие колебательной скорости, ориентированные перпендикулярно и вдоль трамвайных путей соответственно, V_z - вертикальная составляющая колебательной скорости).

Понижение рабочих частот вызвало необходимость изыскания методов борьбы с шумами обтекания звукоприемников, уровень которых повышается по мере понижения частоты, причем наиболее чувствительны к обтеканию оказались приемники градиента давления. Учитывая это, появился интерес к изучению особенностей формирования полей шумов гидродинамического происхождения и возможностей их ослабления. Считать задачу подавления таких помех решенной в настоящее время нельзя.

Локализация источников инфразвука и определение их истинного уровня представляет сложную методическую задачу. И здесь одновременное измерение скалярных и векторных характеристик поля является мощным практически единственным подходом к проблеме.

©2003 Кафедра акустики