ISSN 1991-3087

Свидетельство о регистрации СМИ: ПИ № ФС77-24978 от 05.07.2006 г.

ISSN 1991-3087

Подписной индекс №42457

Периодичность - 1 раз в месяц.

Вид обложки

Адрес редакции: 305008, г.Курск, Бурцевский проезд, д.7.

Тел.: 8-910-740-44-28

E-mail: jurnal@jurnal.org

Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100
Яндекс.Метрика

Оценка звукового давления источников акустического излучения с использованием их адаптивных моделей

 

Манохин Антон Евгеньевич,

аспирант кафедры радиоэлектронных и телекоммуникационных систем Уральского государственного технического университета – УПИ».

 

Современные шумомеры, присутствующее на российском рынке, способны проводить мониторинг и измерять уровень производственного шума. Однако раздельный анализ источников шума проводится, как правило, визуально по известным формам спектра или записанным временным реализациям, что значительно усложняет измерения и делает их зависимыми от профессиональной подготовки эксперта [1].

В этой связи, актуальным представляется разработка алгоритмов оценки звукового давления, с помощью которых не только измеряется уровень звукового давления [2], создаваемого всеми источниками шума, но и в условиях сложной акустической обстановки идентифицируется наиболее мощный источник.

Предлагаемая методика измерения звукового давления источника акустического шума (являющегося, по сути, случайным процессом) проводится на основе формирования адаптивной модели (рис.1) и не требует одновременной записи акустических сигналов с нескольких микрофонов, а использует лишь один канал записи. Подробно алгоритм работы формирователя адаптивных моделей случайных процессов описан в [3].

Пусть в производственном помещении размещены два источника шума. Сначала микрофон, подключенный к устройству обработки результатов, размещается в «ближней зоне» [1] (где допускается, что звуковое давление в точке измерения от других источников шум незначительно и им можно пренебречь). В устройстве обработки создается адаптивная модель источника шума 1. Затем, микрофон помещается и аналогично создается адаптивная модель источника шума 2.

 

Рис. 1. Структурная схема формирователя адаптивной модели.

 

После выполнения этих шагов, проводятся измерения в контрольных точках сигнала (zi), состоящего из акустических колебаний от двух источников. В этом случае ставится задача определить звуковое давление каждого источника шума раздельно при их одновременном воздействии.

Пусть x1 и x2 – акустические сигналы от источников, которые действуют в контрольной точке z. Адаптивные модели созданные для каждого акустического источника в «ближней зоне» - X,Y, а модель принятого в точке z сигнала:

Найдем коэффициент взаимной корреляции модели сигнала от источника шума 1 и модели сигнала в точке z:

(1)

где k1 – нормированный коэффициент взаимной корреляции модели сигнала от источника x1 в «ближней зоне» и в контрольной точке z; k0 – нормированный коэффициент взаимной корреляции моделей сигналов от источников x1 и x2 в «ближней зоне»; PX – мощность модели акустического источника x1; PZ1 – мощность модели сигнала от источника x1 в контрольной точке z; PZ2 – мощность модели сигнала от источника x2 в контрольной точке z;

Учитывая, что сигналы от источника шума в «ближней зоне» и в контрольной точке коррелированны, то может быть введено допущение, что k1 =1.

Найдем коэффициент взаимной корреляции модели сигнала от источника шума 2 и модели сигнала в точке z:

 (2)

где PY – мощность модели акустического источника x2.

Решая систему, состоящую из выражений (1) и (2) и учитывая, что

        

        

находим мощность сигнала от акустических источников x1 и x2, измеренную в точке z:

        

где WX и WY – адаптивные модели акустических источников в виде набора весовых коэффициентов адаптивного фильтра N; Pn – мощность формирующего «белого шума».

Для проверки работоспособности предложенного алгоритма оценки звукового давления источников акустического шума, подразумевающего оценку их мощностей при одновременном действии, было проведено полунатурное моделирование с использованием разработанного алгоритма. В качестве источника акустического шума 1 выступало вентиляционное оборудование, источника акустического шума 2 – обрабатывающий станок, источника мешающего шума – холодильная установка.

Адаптивная модель источников акустического шума 1 и 2 создавалась по пяти реализациям в точках x1,x2. Запись реализаций в контрольных точках (z1…z50) производилась звукозаписывающим устройством в течении 5 секунд с частотой дискретизации 22050 Гц. Микрофон располагался на расстоянии 170 см. от пола. Параметры адаптивного фильтра были выбраны следующие: N=1024; коэффициент расстройки, М=0.1; отношение мощностей акустического сигнала и формирующего шума, q=-10дБ; интервал усреднения весовых коэффициентов - 10000; длина реализации - 25000; тип алгоритма адаптации – МНК.

Результаты измерений помещены в таблицы 1-4.

 

Таблица 1.

Результаты измерений звукового давления (в дБА) при действии источника акустического шума 1.

55.6

56.6

57.8

57.5

57.8

57.9

57.3

56.4

54.8

54.1

55.1

56.3

56.1

56.1

56.2

55.5

55.3

54.2

53.7

54.0

55.2

55.8

55.8

55.2

54.9

54.1

54.3

54.5

53.7

54.5

54.8

54.9

54.8

54.4

54.7

53.7

53.6

54.2

53.5

54.0

53.4

54.3

54.4

54.6

54.2

53.6

53.9

53.4

54.1

53.3

 

Таблица 2.

Результаты измерений звукового давления (в дБА) при действии источника акустического шума 2 .

54.7

56.2

55.2

58.8

55.1

53.7

52.7

56.3

56.2

56.3

54.6

54.5

56.0

58.4

56.1

54.8

54.9

56.2

55.5

54.8

55.8

57.1

55.0

56.2

56.3

57.3

56.9

54.5

57.4

55.6

55.5

56.3

57.2

56.6

57.1

57.7

58.5

56.0

56.7

54.1

56.3

57.0

59.0

58.5

56.1

55.9

56.3

55.9

56.9

57.0

 

Таблица 3.

Результаты вычислений звукового давления (в дБА) от источника акустического шума 1 при действии обоих источников.

55.72

56.27

56.59

57.1

57.69

57.21

56.81

56.21

54.4

53.18

54.78

55.22

55.81

55.71

54.36

55.64

55.28

53.88

53.32

53.86

54.69

55.79

55.44

55.17

55.08

52.83

53.48

53.66

53.93

54.31

53.62

54.78

54.17

54.26

54.56

55.29

54.51

53.31

53.82

53.5

52.35

53.5

53.69

53.08

53.22

53.72

53.58

53.14

53.62

53.59

 

Таблица 4.

Результаты вычислений звукового давления (в дБА) от источника акустического шума 2 при действии обоих источников.

56.18

56.3

56.51

56.21

55.0

56.02

55.39

55.52

55.9

54.9

55.63

56.41

55.02

55.59

55.43

55.38

54.54

56.44

56.84

53.7

56.69

55.55

56.49

55.41

56.54

57.28

57.62

56.18

54.92

54.45

56.66

57.11

56.4

57.69

57.75

56.33

55.4

55.77

56.77

56.2

57.11

57.44

57.54

58.22

57.1

57.91

55.75

56.86

55.1

56.13

 

Найдем средний квадрат ошибки всей совокупности измерений акустического портрета производственного помещения по формуле [4]

                                                                                             (3)

где K – число контрольных точек, в которых производились измерения;  - среднее значение звукового давления в помещении.

       

Предложенная методика оценки звукового давления позволяет не прибегая к системе из нескольких микрофонов измерять раздельно уровни звукового давления источников излучения, работающих одновременно. Точность измерения в проведенных полунатурных экспериментах составила не хуже 1.4 дБ, что соответствует классу точности 3 [5]. Для повышения точности измерений необходимо увеличить число весовых коэффициентов адаптивного фильтра, что в свою очередь приведет к увеличению временных затрат на формирование адаптивной модели акустического сигнала.

 

Литература.

 

1. John Patrick Homer. Advanced Signal Processing Techniques For Noise Source Identification In Mining Equipment. BS Mechanical Engineering. The Pennsylvania State University, 2000.

2. ГОСТ 12.1.003-83. ССБТ. Шум. Общие требования безопасности.

3. Манохин А.Е., Нифонтов Ю.А. О некоторых приложениях моделирования сигналов с использованием адаптивных фильтров // Радиолокация. Навигация. Связь. Труды десятой международной научно-технической конференции. Воронеж: изд. НПФ «Саквоее» ООО, 2004. С.54.

4. Маликов С.Ф., Тюрин Н.И. Введение в метрологию. Изд.2-е испр. и дополненное. Под ред. д.т.н. Широкова К.П. 1966г., 248с.

5. ГОСТ 17187-81. Шумомеры. Общие технические требования и методы испытаний.

 

Поступила в редакцию 15.09.2008 г.

2006-2018 © Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов.
Все материалы, размещенные на данном сайте, охраняются авторским правом. При использовании материалов сайта активная ссылка на первоисточник обязательна.