1. Определение термина «измерение». Понятие эталона. Понятие «единства измерений». Нормативные документы.

Измерение – это организованное действие человека, выполняемое для количественного познания свойств физического объекта с помощью определения опытным путем значения какой-либо физической величины.

Под государственным эталоном в области акустических измере­ний понимают средства для воспроизведения звукового давления, конкретную аппаратуру, строго определенные усло­вия и методику проведения измерений, необходимые для достиже­ния наивысшей точности.

Во главе поверочной схемы для акустических измерительных приборов в нашей стране поставлено воспроизведение единицы звукового давления, осуществляемое с помощью эталонной аппаратуры ВНИИМ.

Единица звукового давления в воздухе в диапазоне частот 20 гц — 16 кгц воспроизводится в поле плоских стоячих волн ме­тодом звукомерного диска. Звуковое давление определяют в узле стоячей волны по вращающему моменту, действующему на звуко­мерный диск, помещенный в пучности колебательной скорости и расположенный своей нормалью под углом 45° к направлению рас­пространения звука.

2. Единицы измерения физических величин, используемые при акустических измерениях. Логарифмические единицы, шкала децибел.

За единицу силы в системе СИ принимается ньютон – (Н) – сила, сообщая массе 1 кг ускорение м/с .

Единицей работы и энергии в системе СИ является джоуль – (Дж) – работа, произведенная силой 1 Н при перемещении точки приложения силы на 1м в направлении ее действия.

За единицу мощности принят ватт (Вт) – это мощность, при которой в течение 1 с выполняется работа в 1 Дж.

Акустическое давление в системе СИ измеряется ньютоном на квадратный метр. Под этим понимается звуковое давление, испытываемое в звуковом поле малой по сравнению с длиной волны поверхностью, которое по своему среднеквадратичному значению (0,707 от максимального за период) эквивалентно давлению, испытываемому плоской поверхностью 1 м под действием равномерно по ней распределенной нагрузки 1 Н: Р=1Н/м = 10( )=Па (Паскаль).

Единицы удельного акустического импеданса (волнового сопротивления) – ньютон на секунду на метр в третьей степени ( Н с/м ) – есть акустическое давление 1 Н/ вызывает объемную скорость со среднеквадратичным значением 1м /c:

.

Единица механического сопротивления – ньютон за секунду на метр (Н с/ м) – механическое сопротивление колебательной системы на входе которой под действием периодической силы 1 Н возникает скорость колебаний 1 м/с:

.

Интенсивность звука (сила звука) в системе СИ измеряется в ваттах на квадратный метр, 1 Вт/м - интенсивность в плоской звуковой волне, при которой сквозь поверхность в 1 м , расположенную перпендикулярно к направлению распространения волны, передается звуковая мощность, равная 1 Вт: .

Единицей плоскости звуковой энергии является Дж/ . Эта единица характеризует энергетическое состояние поля, в котором звуковая энергия 1 Дж равномерно распределена в объеме 1 м .

Октава представляет собой единицу частотного интервала, при котором отношение крайних частот равно двум. Октава может быть определена как интервал между двумя частотами и логарифмы отношения которых при основании 2 равен единице. Частотный интервал ∆ в октавах выражается:

.

Децибел. Применение логарифмической единицы децибел вызвано тем, что на практике имеем дело с очень широким диапазоном изменения и интенсивности. Так, например, у порога слышимости интенсивность составляет 10 Вт/м , а у порога болевого ощущения – 10 Вт/м . Обычно гидроакустические звукоприемники калибруются в логарифмических единицах-децибелах (дБ).

Если акустические поля определяются через звуковые давления Р и Р или через интенсивности I и I , то их отношения могут быть выражены в логарифмическом масштабе:

.

Единица децибел применяется также для сравнения электрических величин: силы тока, напряжения и т.д. Кроме децибелов в качестве логарифмической единицы применяется также непер (Нп). Две величины Р и Р или I и I в неперах выражаются следующим образом:

Х Нп =

Переход от одной системы логарифмических единиц к другой осуществляется по следующей схеме. Для одного и того же отношения запишем:

1 децибел – единица измерения уровня звукового давления, равная такому уровню звукового давления, отношение которого к условному порогу давления, равному , принимаемому за нулевой уровень (по ГОСТ 8849), равно единице. Давление соответствует силе звука в воздухе (порог слышимости).

3. Классификации измерений: по характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения, по способу получения результатов измерений, по условиям, определяющим точ­ность результата, по способу выражения результатов измерений.

По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения разделяются на

• статические, при которых измеряемая величина остается постоянной во времени;

• динамические, в процессе которых измеряемая величина изменяется и является непостоянной во времени.

Статическими измерениями являются, например, измерения размеров тела, постоянного давления, динамическими - измерения пульсирующих давлений, вибраций.

По способу получения результатов измерений их разделяют на

• прямые;

• косвенные;

• совокупные;

• совместные.

Прямые - это измерения, при которых искомое значение физической величины находят непосредственно из опытных данных. Прямые измерения можно выразить формулой , где - искомое значение измеряемой величины, а - значение, непосредственно получаемое из опытных данных.

При прямых измерениях экспериментальным операциям подвергают измеряемую величину, которую сравнивают с мерой непосредственно или же с помощью измерительных приборов, градуированных в требуемых единицах. Прямые измерения широко применяются в машиностроении, а также при контроле технологических процессов (измерение давления, температуры и др.).

Косвенные - это измерения, при которых искомую величину определяют на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям, Значение измеряемой величины находят путем вычисления по формуле , где - искомое значение косвенно измеряемой величины;

- функциональная зависимость, которая заранее известна, - значения величин, измеренных прямым способом.

Косвенные измерения широко распространены в тех случаях, когда искомую величину невозможно или слишком сложно измерить непосредственно или когда прямое измерение дает менее точный результат. Роль их особенно велика при измерении величин, недоступных непосредственному экспериментальному сравнению, например размеров астрономического или внутриатомного порядка.

Совокупные - это производимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомую определяют решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.