Акустические измерения и приборы

Анализ звука и акустики играет важную роль в таких инженерных задачах, как проектирование продукции, производственные испытания, производительность машин и управление технологическими процессами. Например, при проектировании продукта может потребоваться изменение уровня звука или шума для соответствия стандартам ANSI , IEC и ISO . Эта работа также может включать в себя доработку конструкции в соответствии с ожиданиями рынка. Здесь примеры включают в себя настройку механизма запирания автомобильной двери, чтобы произвести впечатление на потребителя приятным щелчком, или модификацию выпускного коллектора, чтобы изменить тон грохота двигателя. Конструкторы самолетов также используют акустические приборы для снижения шума, возникающего при взлете и посадке.

Акустические измерения и приборы варьируются от портативного шумомера до фазированной решетки на 1000 микрофонов.

Компоненты

Большую часть акустических измерительных и контрольно-измерительных систем можно разделить на три компонента: датчики, сбор и анализ данных.

Датчики

Наиболее распространенным датчиком, используемым для акустических измерений, является микрофон . Микрофоны измерительного класса отличаются от типичных микрофонов для студий звукозаписи, поскольку они могут обеспечить детальную калибровку их отклика и чувствительности. Другие датчики включают гидрофоны для измерения звука в воде, датчики скорости частиц для локализации утечки звука, датчики интенсивности звука для количественного определения и ранжирования акустической эмиссии или акселерометры для измерения вибраций, вызывающих звук. Три основные группы микрофонов: микрофоны давления, микрофоны свободного поля и микрофоны случайного падения, каждая из которых имеет свои собственные поправочные коэффициенты для различных приложений. ^[1] В число известных поставщиков акустических датчиков входят PCB Piezotronics , Brüel & Kjær , GRAS и Audio Precision. ^[2]

Сбор данных

Аппаратное обеспечение сбора данных для акустических измерений обычно использует 24-битные аналого-цифровые преобразователи (АЦП), фильтры сглаживания и другие средства формирования сигнала. Это преобразование сигнала может включать в себя усиление, фильтрацию, возбуждение датчика и конфигурацию входа. Еще одним фактором, который следует учитывать, является частотный диапазон приборов. Он должен быть достаточно большим, чтобы охватить интересующий диапазон частот сигнала с учетом дальности действия датчика. Чтобы предотвратить наложение спектров, многие устройства оснащены фильтрами сглаживания, которые сокращают максимальный диапазон частот устройства чуть менее чем до половины максимальной частоты дискретизации, как предписано теоремой выборки Найквиста. Динамический диапазон — это распространенный способ сравнения характеристик одного инструмента с другим. Динамический диапазон — это мера того, насколько мал вы можете измерить сигнал по сравнению с максимальным входным сигналом, который может измерить устройство. Динамический диапазон, выраженный в децибелах, составляет 20 log (Vmax/Vmin). Например, устройство с входным диапазоном ±10 В и динамическим диапазоном 110 дБ сможет измерять сигнал величиной всего 10 мкВ. Таким образом, входной диапазон и указанный динамический диапазон важны для определения потребностей вашей измерительной системы.

Анализ

Аудио- и акустический анализ включает в себя: дробно-октавный анализ, измерения уровня звука, спектры мощности, измерения частотных характеристик и анализ переходных процессов. Результаты просматриваются на каскадных дисплеях, цветовых картах и октавных графиках.

Анализ третьей октавы
БПФ
Функция частотной характеристики
Карта цветов
Частотная характеристика активного кроссовера с двойным БПФ, измеренная с помощью Smaart . программного обеспечения