Дмитрий Витальевич Головин
г. п. Менделеево, Московская обл.
Dmitrii V. Golovin
Mendeleevo, Moscow region
Рассмотрен один из вопросов калибровки средств измерений звукового давления в воздушной среде. При первичной калибровке микрофонов типа LS по давлению (методом взаимности или методом пистонфона) для измерения комплексной чувствительности микрофонов необходимо теоретически определить комплексный акустический импеданс воздуха, заключённого в цилиндрическом замкнутом объёме с абсолютно жёсткими стенками. В первом приближении для определения акустического импеданса воздуха в указанном замкнутом объёме использовалось адиабатическое приближение. Однако согласно различным экспериментальным и теоретическим исследованиям адиабатическое приближение применимо лишь в достаточно узком диапазоне частот, и на результаты калибровки влияют и другие значимые факторы. К таким факторам относятся теплообмен между воздухом внутри цилиндрического замкнутого объёма и внешней средой (через стенки данного объёма) и отражённые волны, которые появляются на высоких частотах (по мере сравнения длины замкнутого объёма и длины волны колебаний). Для исследования данных факторов предложено численное моделирование. Численный алгоритм основан на регуляризованных уравнениях Навье-Стокса с квазигазодинамическим замыканием при учёте вязкости, теплопроводности и сжимаемости воздуха. Определена фаза комплексного акустического импеданса воздуха в замкнутом объёме с теплопроводными и теплоизолированными стенками. Результаты исследования актуальны как для калибровки измерительных микрофонов на низких и инфразвуковых частотах методом взаимности по давлению и методом пистонфона, так и для изучения акустических процессов в жидких и газообразных средах с помощью численного моделирования, поскольку показывают применимость использованной для численного расчёта модели. Средства измерений, которым передаётся единица звукового давления в воздушной среде от измерительных микрофонов, откалиброванных первичным методом, используются, например, при мониторинге шума от различных источников (промышленная деятельность, транспорт), при контроле шума в жилых и производственных помещениях, при изучении геофизических явлений (низкочастотные звуковые колебания в атмосфере, вызываемые суточными и полусуточными вариациями атмосферного давления, атмосферными течениями, цунами, извержениями вулканов и т. п.).
As a result of primary pressure calibration (by reciprocity technique or by pistonphone method) of LS-type microphones, their corresponding complex sensitivity is determined. However, one of the problems of this procedure is the need to theoretically determine the complex acoustic impedance of air enclosed in a closed volume. As experiments and various theoretical works have shown for almost 100 years of studying the above-mentioned problem, the adiabatic approximation of acoustic oscillations, adopted at the beginning, is not correct. The most signifi cant (in the fi rst approximation) infl uencing factors, due to which the adiabatic approximation alone is not correct, are the heat exchange of air inside a closed volume with the external environment (through the walls of a closed volume) and refl ected waves that appear at high frequencies (as the length of the closed volume and the wavelength of oscillations are compared). Numerical simulation is proposed to study these factors. The numerical algorithm is based on the regularized NavierStokes equations with quasi-gas-dynamic approach, taking into account viscosity, thermal conductivity and compressibility of air. In this paper, the phase of the complex acoustic impedance of air in a closed volume with heat-conducting and heat-insulated walls is determined. The results of the study are relevant both for calibration of measurement microphones at low and infrasound frequencies by the pressure reciprocity technique and the pistonphone method, and for studying acoustic processes in liquid and gaseous media using numerical modeling. Measurement devices that was transmitted the unit of sound pressure in the air from measurement microphones calibrated by the primary method are used, for example, when monitoring noise from various sources (industrial activity, transport),
The authors declare that there are no conflicts of interest present.