- •Определение термина «измерение». Понятие эталона. Понятие «единства измерений». Нормативные документы.
- •2. Единицы измерения физических величин, используемые при акустических измерениях. Логарифмические единицы, шкала децибел.
- •4. Общие методы измерений. Основные характеристики измерений: принцип измерений, метод измерений, погрешность, точность, правильность и достоверность.
- •В зарубежных странах в качестве эталонных методов применяют главным образом метод взаимности, реализуемый как в камерах малого объема, так и в свободном поле.
- •5. Погрешности измерений. Случайные погрешности. Описание случайных погрешностей с помощью функций распределения.
- •6. Моменты случайных погрешностей. Виды распределения результатов наблюдения и случайных погрешностей.
- •7. Точечные оценки истинного значения и среднеквадратического отклонения. Оценка с помощью интервалов.
- •9. Систематические погрешности. Классификация.
- •10. Погрешности при проведении акустических измерений. Способы их уменьшения.
- •11. Инструментальные погрешности. Погрешности, обусловленные неправильной установкой и взаимным расположением средств измерения.
4. Общие методы измерений. Основные характеристики измерений: принцип измерений, метод измерений, погрешность, точность, правильность и достоверность.
Звуковое давление р3 для закрытой с обоих концов трубы вычисляют по формуле
, (1)
гле ρ — плотность среды;
с — скорость распространения звука в среде;
D — упругая постоянная нити подвеса;
r — радиус диска;
R — расстояние от шкалы отсчета до диска;
п — отсчет по шкале, пропорциональный отклонению диска;
А — поправочный коэффициент для воздуха, равный 1.
Установка (рис. 1), с помощью которой воспроизводится единица звукового давления, состоит из трех труб-резонаторов, геометрические размеры которых и рабочий диапазон частот приведены в табл. 2.
На одном конце каждой из труб устанавливают излучатель звука, на другом — акустически жесткую стенку при воспроизведении звукового давления или образцовый микрофон при градуировке.
В средней части трубы сделан отвод для подвеса звукомерных дисков.
Звуковое давление р0 для трубы, открытой с одного конца, пропорционально давлению в закрытой трубе и равно
р0 = 0,707р3.
Средняя квадратическая погрешность ряда измерений при воспроизведении звукового давления составляет 0,1 дБ, погрешность градуировки образцовых микрофонов —0,3 дБ.
Для воспроизведения единицы звукового давления в «свободном поле» в области частот 1—30 кГц акустической лабораторией ВНИИМ рекомендован метод звукомерного диска. Условия свободного звукового поля создаются в камере (рис. 2), заглушенной клиньями из пористой пластмассы (пенопласта).
Излучателем звука служит малогабаритный, высокочастотный громкоговоритель, расположенный в остром углу камеры на высоте 900 мм.
Рис. 2. Внутренний вид заглушенной камеры
Измерительный и контрольный звукомерные диски подвешивают на тонких (диаметр несколько микрометров) кварцевых нитях под углом 45° к направлению распространения звука.
Связь между звуковым давлением р в поле квазисферических звуковых волн и колебательной скоростью ξ определяется соотношением
, (2)
где — расстояние от источника звука до диска;
А — длина волны, соответствующая рабочей частоте звуковых колебаний.
В звукомерной камере применяют стеклянные диски диаметром 3,000—3,960 мм и толщиной 0,064—0,100 мм.
Средняя квадратическая погрешность воспроизведения звукового давления составляет 0,1, погрешность градуировки образцовых микрофонов — 0,3 дБ.
В диапазоне частот 20—300 кГц звуковое давление воспроизводится методом акустического радиометра.
Звуковое давление определяют по давлению радиации, действующему на радиометр, по формуле
, (3)
где а — радиус радиометра;
D — упругая постоянная подвеса радиометра.
Средняя квадратическая погрешность ряда измерений при воспроизведении единицы звукового давления методом акустического радиометра составляет 0,4 дБ.
Градуировка приемников звукового давления осуществляется со средней квадратической погрешностью измерений 1 дБ.
Для воспроизведения звукового давления в воде при частотах 5—100 Гц лабораторией акустических измерений ВНИИМ разработана установка, основанная на принципе гидроакустического пресса (рис. 3).
Рис. 3. Гидроакустический пресс
Единица звукового давления в воде в диапазоне частот 360—18000 Гц воспроизводится в поле плоских стоячих волн в трубе-резонаторе со звукомерным диском (рис. 4).
Рис. 4. Установка с трубой-резонатором для градуировки гидрофонов
В утвержденную поверочную схему акустических приборов для воспроизведения единицы звукового давления в воде при частотах 10—100 кГц входит комплект обратимых преобразователей, которые градуируют методом взаимности.
Звуковое давление в диапазоне частот 100 кГц—10 МГц измеряют на специальной установке (рис. 5) при помощи набора акустических радиометров, представляющих собой отражающие диски, эксцентрично укрепленные на тонких кварцевых нитях и поворачивающиеся под действием радиационного давления.
Рис. 5. Установка для определения звукового давления с помощью радиометров
С помощью акустического радиометра градуируют резонансные кварцевые излучатели, установленные на передней стенке бассейна и создающие акустическое поле в диапазоне частот 100 кГц — 10 МГц.
Градуировка акустических излучателей сводится к определению электрических напряжений, необходимых для получения в «рабочей точке» бассейна определенных значений звукового давления.
Рабочий диапазон частот перекрывается набором акустических радио-метров диаметром 10—30 мм.
Звуковое давление определяют по формуле (3).
Средняя квадратическая погрешность ряда измерений при воспроизведении звукового давления составляет 0,2 дБ.
Образцовые гидрофоны в диапазоне частот 100 кГц—10 МГц градуируют со средней квадратической погрешностью ряда измерений 0,5 дБ.