double arrow

Генераторы акустических нагрузок

В качестве генераторов акустических нагрузок могут применяться следующие устройства:

L Реактивные двигатели, где кинетическая энергия струи воздуха (газа), истекающего из сопла, преобразуется в акустическую энергию.

2. Электродинамические громкоговорители, с помощью которых можно получить практически любой спектр частот.

Принципиальная схема устройства электродинамического громкоговорителя показана на рис. 2.70. В кольцевом воздушном зазоре магнитной цепи, состоящей из постоянного магнита 1 и магнитопровода 2, 3, 4, в радиальном направлении проходит постоянный магнитный поток. В этом зазоре помещается звуковая катушка 5, к которой приложено переменное напряжение звуковой частоты.

Ток, проходя через катушку, взаимодействует с постоянным потоком и создает силу, приводящую в колебание катушку и скрепленную

с ней диафрагму (диффузор) 8. Диффузор, обычно бумажный, представляет собой конус, имеющий в основании окружность или эллипс и прямую или криволинейную образующую. По внешнему краю диффузор имеет гофрированный подвес 7. Назначение подвеса — создать диффузору возможность колебаться поршне-образно в более широком диапазоне частот и увеличить диапазон линейной зависимости сила — смещение диффузора. У свое вершины диффузор, а вместе с ним звуковая катушка удерживаются в коаксиальном относительно зазора магнитной цепи положении с помощью центрирующей шайбы б. Эта шайба, также гофрированная, охватывает по внутреннему контуру вершину диффузора и звуковую катушку, а по внешнему крепится к специальному кольцу.

Такие источники удобны при испытаниях радиоэлектронного оборудования. Основным недостатком такого источника является сравнительно невысокий (порядка 140 дБ) уровень звукового давления.

3. Сирены, в свою очередь, подразделяются на динамические и статические. Работа динамической сирены основана на прерывании вращающимся ротором потока сжатого воздуха, проходящего через отверстия статора.

Динамические сирены могут воспроизводить дискретный спектр частот и широкополосный спектр частот.

Генераторы с дискретным спектром частот. Основным элементом, генерирующим звуковые колебания, является вращающийся диск 2 (рис. 2.71) с отверстиями, установленный в струе воздуха, истекающего из сопел форкамеры 3. Число сопел в форкамере и шаг распределения по окружности соответственно равны числу и шагу распределения аналогичных отверстий в рабочем колесе (диске 2). Попеременное открывание и закрывание отверстий приводит к резкому изменению газодинамических параметров струи и, следовательно, к возникновению пульсаций давления в горле рупора /, которые возмущают звуковые колебания воздушной среды. Частота звуковых колебаний зависит от частоты вращения ротора; низшая гармоническая составляющая

где m — число отверстий форкамеры; n — частота вращения ротора, мин-1; при этом частоты гармоник 2f , 3f, …, kf .

Число отверстий в диске рабочего колеса и число отверстий в Форкамере выбирают в соответствии с требующимся диапазоном частот для испытания. Геометрические размеры форкамеры выбирают такими, чтобы заключенный в ней объем воздуха не создавал резонанса на нижней собственной частоте. Для уменьшения пульсаций давления внутренние поверхности ее облицовывают звукопоглощающим материалом. Рабочий диапазон давления воздуха в форкамере Па. Повышение давления свыше 3 IO5 нецелесообразно, так как интенсивность звука при этом увеличивается незначительно. Для поддержания заданной частоты в приводе генератора устанавливают датчик обратной связи 5, показания которого подаются на сравнивающее устройство тиристорного привода б, питающего электродвигатель 4. Точность поддержания частоты должна быть не ниже 1 — 1,5%.

Генераторы широкополосного спектра частот. Такие генераторы применяют для воспроизведения случайных процессов акустического нагружения. Они имеют несколько модулирующих дисков. У дисков разное число и размеры проходных отверстий для воздуха. Отверстия по окружности располагают с нерегулярным шагом. Во вращение диски приводятся от отдельных двигателей. Для того чтобы процесс был нецикличным, отношение частот вращения дисков выбирают некратным, при этом мгновенные комбинации положений дисков не повторяются в течение довольно длительного времени.

Генерирование звука в таких сиренах (рис. 2.72) происходит следующим образом. При перепаде давлений между форкамерой 1 и рупором 5 в проточном канале корпуса 7 сирены образуется струя воздуха, поперечное сечение которой вследствие вращения дисков изменяется от нуля (когда отверстия в дисках не совпадают) до некоторой текущей величины, случайно изменяющейся во времени. Так как параметры струи вследствие модуляции ее ротором изменяются с большой скоростью, в горле рупора образуется система газодинамических импульсов давления, которые возбуждают звуковые волны с такой же случайной последовательностью, с какой изменяется площадь проходных отверстий в роторе. Отношение пневматической и акустической мощностей (КПД) в сиренах этого типа примерно 8 — 10%.

Рабочий диапазон давлений воздуха перед ротором 5*104—3,5 *10 5 Па.

Недостаток сирен такого типа — сложность воспроизведения требуемого спектра шума и автоматического управления им. Этого недостатка лишены генераторы с электродинамическим и электрогидравлическим приводом.

Статические (газоструйные) сирены. Принцип работы статических сирен основан на эффекте, заключающемся в том, что при продувании через коническое сопло потока воздуха со сверхзвуковой скоростью в воздушном потоке перед соплом создается периодическое распределение давления с участками нестабильности (рис. 2.73). Помещая резонатор в эти участки, получают излучение звуковых волн в окружающее резонатор пространство. Статические сирены создают уровни звукового давления до 180 дБ и выше при широком диапазоне частот.

Электропневматические генераторы. Электропневматические генераторы используются для создания высокоинтенсивных звуковых полей с управляемым широкополосным спектром частот. Такие генераторы подразделяются на высокочастотные и низкочастотные.

Акустическая мощность высокочастотных генераторов не превышает 30 кВт, а диапазон частот регулируемой части спектра 20 — 1200 Гц.

Мощность низкочастотных генераторов достигает 400 кВт в регулируемой части спектра 20 — 500 Гц.

В высокочастотном генераторе (рис. 2.74) основным элементом, создающим звук, является модулирующий клапан, состоящий из двух соосно установленных цилиндров: подвижного 5 и неподвижного б. В каждом цилиндре имеются концентрически расположенные щели для пропускания воздуха. Верхние концы цилиндров плотно соединены между собой. Неподвижный цилиндр б при помощи элемента 15, формирующего проточный канал за модулятором, и трубки 2 закреплен в центральной секции магнита 14.

Отличительная особенность этого генератора — наличие в подвижном цилиндре кольцевой пружины, выполненной в виде нескольких рядов щелей. Промежутки между смежными рядами щелей при осевой нагрузке имеют то же назначение, что и тороидальные кольца или балки. Промежутки между соседними щелями служат как бы стержнями между тороидальными балками. Подобного рода подвеска подвижной системы обеспечивает достаточно высокую соосность сопряженной пары цилиндров и, следовательно, высокую устойчивость к износу. В нижней части подвижного элемента модулятора имеются обмотки катушки возбуждения 16. При взаимодействии протекающего в ней тока с магнитным полем в воздушном зазоре секции 7 л 14 постоянного магнита подвижный цилиндр начинает колебаться, изменяя площадь проходных сечений щелей в неподвижном цилиндре 6. Степень перекрытия этих щелей определяет уровень звукового давления в горловине 4 генератора.

Магнитная система модулятора выполнена в виде замкнутого блока, элементами которого являются секции 7 я 14 магнита, кольцо 12, диск 11 и соединительные стойки 8. Блок магнита закреплен во втулке 13, жестко соединенной с корпусом 1.

Для подвода воздуха к модулирующему устройству на внешней поверхности втулки 13 предусмотрены прорези. Сжатый воздух подводится к генератору через патрубок 10 и фильтр 9. Основная часть его используется в модулирующем клапане, а относительно небольшая часть расходуется на охлаждение катушки возбуждения. Охлаждающий воздух проходит через кольцевую щель магнита и затем через трубку 2 выходит в горловину рупора 3.


Сейчас читают про: