Лушкин А.А. - Лауреат Премии им. Матвеева В.А.
Ввиду ужесточения правового регулирования уровней шумов, воздействующих на человека, на данный момент востребована разработка новых мероприятий, технологий и материалов для защиты от шума. В основном меры по борьбе с шумом состоят из конструктивной комбинации тяжелых звукоизоляционных и звукопоглощающих материалов. Особенно важно это стало в области самолетостроения, где, с одной стороны, необходимо обеспечить комфорт для пассажиров, экипажа, а с другой, важнейшим требованием при проектировании является снижение веса конструкции, что зачастую способствует повышению уровня шума.
Не менее важной задачей является разработка специальных композитных звукопоглощающих материалов в отраслях оборонной промышленности, например, при проектировании подводных лодок. Чтобы избежать обнаружения гидролокатором, военные подводные лодки часто покрываются звукопоглощающими плитами, называемыми безэховыми покрытиями.
Как следствие актуальным становится вопрос исследования наилучших технологических конструктивных конфигураций, а как следствие разработка алгоритмов и программных продуктов для обработки и анализа экспериментальных данных.
В работе исследованы существующие модели и экспериментальные методы определения акустических параметров различных материалов. Теоретические и эмпирических модели, такие как феноменологическая модель Хаммет, эмпирическая модель Делани-Базли, лишь приближенно описывают эти параметры. Экспериментальные методы, такие как метод реверберационной камеры, позволяют получить точные модели, однако, они имеют высокую стоимость и сложность проведения измерений.
В рамках выпускной квалификационной работы был разработан алгоритм, позволяющий с высокой точностью построить модели таких характеристик, как коэффициент звукопоглощения, потери при передаче, характеристический импеданс, волновое число и коэффициент отражения материала любой структуры. Данный алгоритм реализуется в два основных этапа: получение данных из экспериментальной акустической установки и обработки данных для построения моделей.
Экспериментальная установка представляет собой систему, состоящую из трубы конечной длины с жесткими стенками и однородным внутренним поперечным сечением. На одном конце трубы установлен громкоговоритель, обеспечивающий широкополосное стационарное случайное возбуждение системы. Громкоговоритель подключен через усилитель к генератору. На другом конце трубы установлена съёмная крышка. Внутренний объем трубы разделен при помощи исследуемого материала, (далее образца), на две секции.
При помощи микрофонов, установленных по обе стороны от образца, возможно измерять звуковое давление в трубе.
Построение моделей акустических характеристик основано на определении передаточных функций микрофонов с помощью дискретного преобразования Фурье и дальнейшего преобразования их в модели акустических характеристик при помощи матрицы перехода.
Для подтверждения работоспособности алгоритма была собрана экспериментальная акустическая установка и программное обеспечение в среде научных вычислений MathWorks MATLAB. В качестве тестовых материалов использовались разновидности минеральной ваты, характеристики для которой были рассчитаны ранее в реверберационной камере. Сравнение рассчитанных характеристик с теоретическими показало хорошую сходимость результатов, полученных предлагаемым алгоритмом, с результатами эталонного метода во всем рабочем диапазоне частот. Относительная погрешность измерения коэффициента звукопоглощения составила не более 8%; потерь при передаче – не более 3 ДБ; характеристического импеданса – не более 300 Па*с/м.
Разработанный алгоритм построения моделей имеет широкое применение в различных технических приложениях, в частности для прогноза и последующей компенсации погрешностей навигационных систем подвижных объектов.