CS210393B1 - Mikrofonní sonda - Google Patents

Abstract

Mikrofonní sonda tvaru trubky ústící do uzavřené dutiny před membránou tlakového mikrofonu se používá zejména pro měření akustického tlaku v daném, úzce omezeném místě akustického pole. Její podstata spočívá v tom, že stěna trubky tvořící zvukovod mikrofonní sondy je v blízkosti dutiny vytvořené nad membránou mikrofonu opatřena nejméně jedním otvorem vyplněným,anebo zakrytým prodyšným materiálem, přičemž celkový akustický odpor všech otvorů je roven s tolerancí - 10 % hodnotě charakteristické impedance zvukovodné trubky, která je rovna poměru vlnovodového odporu vzduchu a světlého průřezu této trubky. Část stěny trubky může být v blízkosti dutiny nad membránou mikrofonu zhotovena z prodyšného tuhého materiálu. Nachází-li se sonda včetně mikrofonu ve zvukovém poli, může část trubky opatřená otvory být uzavřena v dutině pomocného pouzdra, která může být úplně nebo částečně vyplněna porézním, zvuk absorbujícím materiálem, čímž se zabrání nežádoucím odrazům zvukových vln v dutině pomocného pouzdra.

Description

Vynález se týká mikrofonní sondy tvaru trubky o konstantním průměru ústící do uzavřené dutiny před membránou tlakového mikrofonu.

Měřicí mikrofon se sondou se používá pro měření akustického tlaku v daném, úzce omezeném místě akustického pole. Přednost měřicího mikrofonu se sondou, jehož membrána má několikráte větší plochu než průřezy sondy, ve srovnání s měřicím, mikrofonem o průměru membrány rovném vstupnímu průměru sondy spočívá v tom, že vzhledem ke zvýšenému výstupnímu signálu mikrofonu o větším průměru membrány se podstatně zvětší rozpětí měřitelných akustických tlaků směrem k malým hodnotám.

Hlavní nevýhoda mikrofonu se sondou dosud používané konstrukce, u něhož sonda sestává z trubky o konstantním průřezu, obvykle cylindrické, ústící do uzavřené dutiny před membránou tlakového měřicího mikrofonu, spočívá v omezeném kmitočtovém rozsahu a zejména pak v obtížnosti dosáhnout vyrovnaného kmitočtového průběhu. Pro dosažení prakticky použitelné kmitočtové charakteristiky je nezbytné, aby vstupní otvor sondy byl uzavřen zátkou z prodyšného materiálu o přesně definované hodnotě akustického odporu, zhotovenou obvykle z vaty, anebo jiného vláknitého materiálu.

Z aplikačního hlediska je nevýhodné, že hodnota akustického odporu takto realizované zátky je nestabilní. Proto před každým náročnějším měřením je nutná kontrola přenosových vlastností celé soustavy, to je mikrofonu se sondou, což je nevýhodné.

Uvedené nepříznivé vlastnosti se odstraní mikrofonní sondou ve tvaru, trubky o konstantním průřezu, která ústí do uzavřené dutiny, umístěné před membránou tlakového měřicího mikrofonu podle vynálezu. Její podstata spočívá v tom, že stěna trubky tvořící zvukovod sondy je v blízkosti dutiny opatřena alespoň jedním otvorem, vyplněným,anebo zakrytým prodyšným materiálem, přičemž celkový akustický odpor všech otvorů je roven, anebo se blíží v tolerancích alespoň - 10 % hodnotě charakteristické impedance trubky uplatňující se jako zvuková sonda, která je rovna poměru vlnového odporu vzduchu a světlého průřezu trubky.

Přitom část trubky v blízkosti dutiny nad membránou mikrofonu může být zhotovena z prodyšného tuhého materiálu. Tato část trubky může být rovněž uzavřena v dutině pomocného pouzdra, která může být úplně nebo částečně vyplněna porézním, zvuk absorbujícím materiálem.

Hlavní předností uspořádání mikrofonní sondy podle vynálezu je vyrovnaný kmitočtový průběh, stabilita přenosových vlastností a možnost zhotovení sondy o postatně větší délce než u sond dosavadní konstrukce.

Vynález bude dále blíže popsán na příkladovém provedeni podle přiloženého výkresu, kde na obr. 1 je schematicky znázorněno základní provedeni mikrofonní sondy podle vynálezu, na obr. 2 je tatáž sonda, u níž část trubky s otvory je uzavřena v dutině pomocného pouzdra, obr. 3 a obr. 4 představují sondu, u níž část zvúkovodné trubky je vyrobena z¹ prodyíného materiálu.

Trubka £ tvořící zvukovod mikrofonní sondy je v blízkosti dutiny 2 umístěné před membránou tlakového měřicího mikrofonu £ opatřena alespoň jedním otvorem £. Tento je vyplněn nebo zakryt prodyšným materiálem £, voleným tak, že celkový akustický odpor r všech otvorů je roven nebo se blíží v tolerancích í 10% hodnotě charakteristické impedance Zo trubky £

Tato charakteristická impedance je rovna poměru vlnového odporu vzduchu Co J děleného světlým průřezem S trubky £ mikrofonní sondy. Platí tedy, že Co?

r = Zo =

S kde Co je rychlost Síření zvuku, (> specifická hmotnost vzduchu a S plocha světlého průřezu trubky Ί.

Aby akustická impedance otvorů £ byla v co nejSirším rozsahu kmitďčtů reálná, což je z funkčního hlediska důležité, je účelné, aby jejich plocha byla větěí, anebo alespoň rovna průřezu trubky J_.

Významnou předností sondy podle vynálezu je vyrovnaný kmitočtový průběh až do kmitočtu fn, při němž je impedance dutiny 2 před membránou mikrofonu J srovnatelná s charakteristickou impedancí Zo trubky J_. Pro tento kmitočet platí ⁼ 2JTCZo >

kde akustická poddajnost jc dutiny 2 o objemu V je dána vztahem

V

C =-->

po Jf kde PO je statický tlak vzduchu a Poissonova konstanta pro vzduch.

Další nespornou předností sondy podle vynálezu je stabilita kmitočtového průběhu a nepatrná závislost přenosových vlastností sondy na její délce.

Pokud se nachází sonda včetně mikrofonu J ve zvukovém poli, je nezbytné její uspořádání podle obr. 2, při němž je konec trubky 1, opatřený otvory 4» umístěn v uzavřené dutině 6 pomocného pouzdra 2, o objemu θ zvukotěsně oddělen od vnějšího prostoru. Objem této dutiny 6 o akustické poddajnosti c.| musí být volen tak, aby v kmitočtové oblasti, v níž je délka vlny Λ snímaného akustického signálu rovna, anebo menši než čtyřnásobek délky h trubky 1 od jejího vstupu až k otvorům £, byla její impedance menší než charakteristická impedance Zo trubky i. Musí tedy platit, že pro kmitočet

Co —

je

27Cfc_í

Zo

Vyjádríme-li akustickou poddajnost c.j objemu dutiny 6 výrazem

C . “ y po <?6 platí pro hodnotu objemu

kde d je světlost trubky 1Nežádoucí vliv odrazů zvukových vln v dutině 6 pomocného pouzdra 2 lze odstranit porézním materiálem, například vatou nebo prodyšným pěnovým molitanem, kterým se dutina 6 vyplní. Ja ovšem možné i takové uspořádání otvorů. £ sondy, kde stěny zvukovodu £ v blízkosti komůrky 2 jsou zhotoveny z prodyšného porézního materiálu, uplatňujícího se jako akustický odpor, jak je patrno z obr. 3 a 4. Jedná se o vložku, nahrazující původní neprodyšnou stěnu zvukovodu sondy.

U uspořádání podle obr. 3 je část trubky 1 nahrazena prodyšnou trubkou 8 o stejné svět losti a pokud možná i stejném vnějším průměru, takže původní otvor 4 má tvar válcové plochy. U uspořádání podle obr. 4 má otvor £ tvar části válcové plochy. V obou případech je výhodná aplikace porézního materiálu zhotoveného například ze sintrovaných bronzových kuli ček.'

Claims (4)

PŘEDMĚT VYKÁLÍ Z.U

1. Mikrofonní sonda ve tvaru trubky o konstantním průřezu, ústící do uzavřené dutiny před membránou tlakového mikrofonu, vyznačená tím, že stěna trubky (1), tvořící zvukovod sondy, je v blízkosti dutiny (2) nad membránou mikrofonu (3) opatřena nejméně jedním otvorem (4), vyplněným,anebo zakrytým prodyšným materiálem (5), přičemž celkový akustický odpor všech otvorů (4) je roven s tolerancí i 10 % hodnotě charakteristické impedance trubky (1) uplatňující se jako zvukovod sondy, která je rovna poměru, vlnového odporu vzduchu a světlého průřezu trubky (1).

2. Mikrofonní sonda podle bodu 1, vyznačená tím, že část stěny trubky (1) tvořící zvu kovod sondy je v blízkosti dutiny (2) nad membránou mikrofonu (3), zhotovena z prodyšného tuhého materiálu.

3. Mikrofonní sonda podle bodů 1 a 2, vyznačená tím, že část trubky opatřená otvory (4) je uzavřena v dutině (6) pomocného pouzdra (7).

. 4. Mikrofonní sonda podle bodu 3, vyznačená tím, že dutina (6) pomocného pouzdra (7) je úplně, anebo částečně vyplněna porézním, zvuk absorbujícím materiálem.