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.