Анализ колебательного процесса внутри акустической интерференционной антенны с помощью метода реверберационной матрицы

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Представленное в настоящей статье теоретическое исследование процесса формирования звукового поля в акустической интерференционной антенне мотивировано анализом физического принципа работы остронаправленного интерференционного микрофона. Одной из задач работы является определение звукового давления, воздействующего на мембрану микрофона внутри антенны. Анализ звукового поля внутри интерференционной антенны проводится с помощью матричного метода, схожего с методом реверберационной матрицы. Решение формально представляется в виде ряда Шварцшильда. Результат расчета по представленному методу хорошо совпадает с экспериментальными данными.

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. О. Субботкин

Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук; Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектурно-строительных наук

Author for correspondence.
Email: subov-an@yandex.ru
Russian Federation, Вавилова ул. 38, Москва, 119991; Локомотивный проезд 24, Москва, 127238

References

  1. Вахитов Ш.Я., Фадеев А.А., Ковалгин Ю.А., Щевьев Ю.П. Акустика: учебник для ВУЗов. М.: Горячая линия-Телеком, 2009. 660 с.
  2. Субботкин А.О., Вахитов Ш.Я. Развитие и технический анализ современных остронаправленных интерференционных микрофонов // Мир техники кино. 2018. Т. 12. № 3. С. 24–31.
  3. Лапин А.Д. Распространение звука в волноводе, имеющем ответвления и объемные резонаторы на стенках // Акуст. журн. 1961. Т. 7. № 2. С. 218–223.
  4. Горин С.В., Лесняк А.Н. Распространение звука в волноводе, содержащем импедансные включения // Акуст. журн. 1987. Т. 23. № 5. С. 856–862
  5. Лапин А.Д. Распространение звука в волноводе с боковым ответвлением при критических частотах мод // Акуст. журн. 1994. Т. 40. № 6. С. 1001–1002.
  6. Лапин А.Д. Отражение звука решеткой резонаторов в многомодовом цилиндрическом волноводе // Акуст. журн. 2012. Т. 58. № 5. С. 580–582.
  7. Урусовский И.А. Излучение звука из перфорированной трубы, внутри которой распространяется гармоническая волна // Акуст. журн. 1972. Т. 18. № 3. С. 448–455.
  8. Батенчук-Туско В.М., Голубицкий Д.Т., Елагин В.В. Излучение звука из плоского волновода с одной перфорированной стенкой // Акуст. журн. 1980. Т. 16. № 2. С. 167–172.
  9. Dix G.R. Development and Comparison of Highly Directional Loudspeakers. Provo: Brigham Young University Scholars Archive Citation, 2006. 179 p.
  10. Mason W.P., Marshall R.N. A tabular directional microphone // J. Acoust. Soc. Am. 1939. V. 10. P. 206–2015.
  11. Beranek L. Acoustic measurements. New York / London: John Wiley & Sonsm Inc. / Chapman & Hall, Limited, 1949. 914 p.
  12. Беранек Л. Акустические измерения. М.: Изд-во иностранной литературы, 1952. 627 с.
  13. Иофе В.К. Электроакустика. М.: Связьиздат, 1954. 184 с.
  14. Фурдуев В.В. Акустические основы вещания. М.: Связьиздат, 1960. 319 с.
  15. Римский-Корсаков А.В. Электроакустика. М.: Связь, 1973. 272 с.
  16. Скучик Е. Основы акустики. Т. 2. М.: Мир, 1976. 542 с.
  17. Сапожков М.А. Электроакустика. Учебник для ВУЗов. М.: Связь, 1978. 272 с.
  18. Вахитов Я.Ш. Теоретические основы электроакустики и электроакустическая аппаратура. М.: Искусство, 1982.
  19. Kleiner M. Electroacoustics. CRC Press, 2013.
  20. Вахитов Ш.Я. Современные микрофоны. Теория, проектирование. СПб.: СПбГУКиТ, 2003.
  21. Ono K., Sugimoto T., Ando A., Hamasaki K., Ishii T., Chiba Y., Imanaga K. Audio Engineering Society 129th Convention // Convention Paper 8216 “Modeling of leaky acoustic tube for narrow-angle directional microphone”. San Francisco, CA, USA. 2010. P. 8.
  22. Vakhitov S. Audio Engineering Society 21st Conference // Conference Paper “Problems of theory and designing for directional interference microphones”. St. Petersburg, Russia. 2002. P. 3.
  23. Дрейзен И.Г. Электроакустика и звуковое вещание. М.: Связьиздат, 1961. 544 с.
  24. Pao Y.H., Su X.Y., Tian J.Y. Reverberation matrix method for propagation of sound in a multilayered liquid // J. Sound Vib. 2000. Т. 230. № 4. С. 743–760.
  25. Arnold J.M. Discrete Green’s functions and functional determinants // 2017 Int. Conf. on Electromagnetics in Advanced Applications (ICEAA). IEEE, 2017. P. 1072–1075.
  26. Schwarzschild K. Die beugung und polarisation des lichts durch einen spalt. I // Mathematische Annalen. 1901. Т. 55. № 2. С. 177–247.
  27. Carnes T.N., Reynolds D.D., Hixson E.L. Analytical modeling of wave interference directional microphones. 1981. P. 361–371.
  28. Bai M.R., Lo Y.Y. Refined acoustic modeling and analysis of shotgun microphones // J. Acoust. Soc. Am. 2013. Т. 133. № 4. С. 2036–2045.
  29. Bai M.R., Lo Y.Y., Chen Y.S. Impedance measurement techniques for one-port and two-port networks // J. Acoust. Soc. Am. 2015. Т. 138. № 4. С. 2279–2290.
  30. Sasaki Y., Nishiguchi T., Ono K., Ishii T., Chiba Y., Morita A. Audio Engineering Society 141st Convention // Convention Paper 9639 “Development of shotgun microphone with extra-long leaky acoustic tube”. Los Angeles, USA. 2016. P. 6.
  31. Brandão E., Fonseca W.D.A., Mareze P.H. An algorithmic approach to electroacoustical analogies // J. Acoust. Soc. Am. 2022. Т. 152. № 1. С. 667–678.
  32. Ржевкин С.Н. Курс лекций по теории звука. М.: Изд-во московского университета, 1960. 336 с.
  33. Causse R., Kergomard J., Lurton X. Input impedance of brass instruments comparison between experiment and numerical models // J. Acoust. Soc. Am. 1984. V. 75. С. 241–254.
  34. Dalmont J.P., Nederveen C.J., Joly N. Radiation impedance of tubes with different flanges: numerical and experimental investigations // J. Sound Vib. 2001. Т. 244. № 3. С. 505–534.
  35. Гутин Л.Я. О звуковом поле поршневого излучателя // Журн. техн. физ. Т. 7. № 10. 1937. С. 1096–1106.
  36. Pao Y.H., Chen W.Q., Su X.Y. The reverberation-ray matrix and transfer matrix analyses of unidirectional wave motion // Wave Motion. 2007. Т. 44. № 6. С. 419–438.
  37. Шанин А.В., Валяев В.Ю. Метод последовательностей максимальной длины в дифракционном эксперименте // Акуст. журн. 2011. Т. 57. № 3. С. 420–425.
  38. Валяев В.Ю., Шанин А.В. Экспериментальная оценка параметров пористого дорожного покрытия акустическим методом // Акуст. журн. 2012. Т. 58. № 6. С. 776–776.
  39. Денисов С.Л., Корольков А.И. Исследование эффективности экранирования шума с помощью метода последовательностей максимальной длины в приложении к задачам авиационной акустики // Акуст. журн. 2017. Т. 63. № 4. C. 419–435.
  40. Белоус А.А., Корольков А.И., Шанин А.В. Экспериментальная оценка частотной зависимости коэффициента отражения звукопоглощающего материала при наклонном падении // Акуст. журн. 2018. Т. 64. № 2. С. 155–161.
  41. Корольков А.И., Шанин А.В., Белоус А.А. Дифракция на вытянутом теле вращения с импедансными границами. Метод граничного интегрального параболического уравнения // Акуст. журн. 2019. Т. 65. № 4. С. 440–447.
  42. Белоус А.А., Корольков А.И., Шанин А.В., Остриков Н.Н. Измерение импульсного отклика акустического MLS-сигнала в среде с потоком // Акуст. журн. 2019. Т. 65. № 1. С. 42–48.
  43. Денисов С.Л., Остриков Н.Н., Панкратов И.В. Исследование возможности замены планера самолета интегральной компоновки на плоский полигональный экран для оценки эффективности экранирования шума двигателей на основе геометрической теории дифракции // Акуст. журн. 2020. Т. 66. № 6. С. 622–631.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Model representation of an interference antenna.

Download (17KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Longitudinal and transverse sections: (a, d) – a sample of a cylindrical tube without side holes, (b, e) – samples of an interference antenna with two side holes, (c, e) – seventeen side holes.

Download (64KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. (a) – type of sample and (B) - type of sample over a microphone.

Download (14KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. The scheme of the experimental stand.

Download (10KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Diagram of the measuring path: 1 – measuring unit of the Dewesoft data acquisition system SIRIUSi, 2 – working measuring microphone PCB 378B02, 3 – head Harman REF 6530cx, 4 – Crown XLi 1500 sound power amplifier , 5 – computer with pre-installed software DewesoftX.

Download (8KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Signal processing scheme.

Download (2KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. The results of measurements of the sound pressure level on the membrane of a non-directional capsule for a tube without holes (n = 0) with a frontal incidence of a sound wave in comparison with the calculation results taking into account the final correction: (a) according to the Kosse formula (10), (b) according to the Gutin formula (11).

Download (33KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. The results of calculating the sound pressure level on the membrane of a non-directional capsule for interference antennas with the number of holes (a) – n = 2 and (b) – n = 17 at the frontal incidence of the sound wave in comparison with the measurement results.

Download (35KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. (a, c) – Calculation results and (b, d) – measurement results of the sound pressure level on the membrane of a non- directional capsule for interference antennas with the number of holes (a, b) – n = 2 and (c, d) – n = 17 for frontal, lateral and the rear drop of the sound wave.

Download (66KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. The results of calculating the directivity characteristics of interference antennas with the number of holes (a, b) – n = 2 and (c, d) – n = 17 with a non-directional microphone capsule in comparison with the measurement results at frequencies 4220 and 6040 Hz.

Download (66KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 The Russian Academy of Sciences