Исследование работы направленных микрофонов типа «бегущая волна» и «линейного» типа

Аннотация

Проведено исследование работы микрофонов типа «бегущая волна» и «линейного» типа. Описаны принципы действия направленных микрофонов и методика проведения испытаний. Проведены натурные исследования изготовленных микрофонов на контролируемой полосе движения автомобильной дороги. Результаты исследований показали работоспособность данных микрофонов.

Ключевые слова: интенсивность транспортного потока, направленный микрофон, пассивный акустический детектор, транспортный шум Направленные микрофоны обладают чувствительность ко звуку с одного направления. Наибольшая чувствительность, при этом, достигается вдоль оси микрофона. микрофон цифровой автомобильный линейный Одним из вариантов использования направленных микрофонов является подсчет интенсивности транспортного потока.

Интенсивность транспортного потока — это количество автотранспортных средств, проходящих через сечение дороги в единицу времени [1, 2].

Подсчет интенсивности осуществляется при помощи различных детекторов транспорта, передающих информацию в дорожный контроллер или в автоматизированную систему управления дорожным движением [3, 4]. Наиболее простыми и дешевыми при реализации являются пассивные акустические детекторы, для которых требуется вовлечение в их состав направленного микрофона [5]. По простоте реализации наиболее оптимальными являются направленные микрофоны типа «бегущая волна» и «линейного» типа [6, 7].

Авторами изготовлены микрофоны типов «бегущая волна» и «линейного» (две разных конструкции) и проведено исследование их работы.

Микрофоны располагались на высоте 6 м от дорожного полотна под углом 45? к нему и направлялся на контролируемую полосу движения (на вторую полосу четырех полосной дороги). Микрофоны подключались поочередно через микрофонный разъем к ноутбуку, оснащенного WEB-камерой, с последующей записью видео и шума, исходящего от автомобилей.

Шум — это акустическая характеристика потока, включающая в себя неупорядоченное сочетание различных по силе и частоте звуков [8].

Преобразование шума исходящего от автомобилей в аудиофайл и его визуализация проводились в пакете «MATLAB». Результаты исследования приведены на рис. 1−6. На рисунках точками отмечены моменты проезда автомобилей по контролируемой полосе движения.

Микрофон типа «бегущая волна».

Микрофон (рис. 1) представляет собой трубку, заглушенную с одной стороны, а с другой — закреплен чувствительный элемент (конденсаторный микрофон). По поверхности трубки просверлен ряд детектирующих отверстий. Микрофон работает следующим образом: так как скорость распространения звука внутри и снаружи трубки одна и та же, при падении звука по оси трубки все парциальные волны приходят к мембране одновременно, в фазе. При падении звука под углом к оси парциальные волны доходят до мембраны с различной задержкой, определяемой расстоянием от соответствующего отверстия до микрофона. При этом из-за их интерференции на поверхности мембраны происходит частичное или полное гашение, т. е. давление на поверхности мембраны микрофона уменьшается [9].

Результаты визуализации аудиофайла записанного с помощью микрофона типа «бегущая волна» приведены на рис. 2.

Рисунок 1 Направленный микрофон типа «бегущая волна».

Рисунок 2 Визуализация аудиофайла записанного с помощью микрофона типа «бегущая волна.

Микрофоны «линейного» типа.

Линейный микрофон № 1 (рис. 3) представляет собой трубку, открытую с одной стороны, а с другой закреплен чувствительный элемент (конденсаторный микрофон). По поверхности трубки выпилен ряд отверстий с четырех сторон. Микрофон работает следующим образом. Звук поступает по трубке к конденсаторному микрофону, и нежелательные шумы выходят через прорези по бокам с четырех сторон [10].

Результаты визуализации аудиофайла записанного с помощью «линейного» микрофона № 1 приведены на рис. 4.

Рисунок 3 «Линейный» микрофон № 1.

Рисунок 4 Визуализация аудиофайла записанного с помощью «линейного» микрофона № 1.

Линейный микрофон № 2 (рис. 5) представляет собой трубку, открытую с одной стороны, а с другой закреплен чувствительный элемент (конденсаторный микрофон). По поверхности трубки выпилен ряд отверстий с двух сторон. Микрофон работает следующим образом. Звук поступает по трубке к конденсаторному микрофону, и нежелательные шумы выходят через прорези по бокам с двух сторон [10].

Результаты визуализации аудиофайла записанного с помощью «линейного» микрофона № 2 приведены на рис. 6.

Рисунок 5 Линейный" микрофон № 2.

Рисунок 6 Визуализация аудиофайла записанного с помощью «линейного» микрофона № 2.

По результатам натурных исследований вычислена относительная погрешность, которая показана в таблице № 1.

Таблица 1 Результаты натурных исследований разработанных микрофонов.

Из таблицы видно, что линейный микрофон № 1 показал погрешность меньше всего, и она составила 50%. Результаты свидетельствуют о работоспособности данных микрофонов.

Натурные исследования, результаты которых приведены в [11], свидетельствуют, что использование микрофона типа «бегущая волна» позволило при установке его около проезжей части обеспечить погрешность 12%.

Дальнейшее исследование предполагает натурные испытания данных типов микрофонов.

Библиографический список

• 1. Клинковштейн Г. И., Афанасьев М. Б. Организация дорожного движения: Учебник для вузов. — М:. Транспорт, 2001 — 247 с.
• 2. Кременец Ю. А., Печерский М. П., Афанасьев М. Б. Технические средства организации дорожного движения: Учебник для вузов. — М.: ИКЦ «Академкнига», 2005. — 279 с.
• 3. Traffic Detector Handbook: Third Edition—Volume I, Turner-Fairbank Highway Research Center, 2006, 288 p.
• 4. Traffic Detector Handbook: Third Edition—Volume II, Turner-Fairbank Highway Research Center, 2006, 394 p.
• 5. Направленные микрофоны: мифы и реальность. [Электронный ресурс]. URL: vrtp.ru/index.php?act=categories&CODE=article&article=165 (дата обращения: 23.12.2016).
• 6. Францев С. М., Савенков А. В. Определение интенсивности транспортного потока на основе фиксации уровня шума // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 4 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/04/51 555 (дата обращения: 23.12.2016).
• 7. Францев С. М., Савенков А. В. Исследование шумовых характеристик транспортного потока на базе направленного микрофона типа «бегущая волна». Инженерный вестник Дона, № 2, часть 2 (2015). URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2p2y2015/2956 (дата обращения: 23.12.2016).
• 8. Тэйлор Р. Шум. — М.: Мир, 1978, 308 с.
• 9. Акустика: Учебник для вузов / Ш. Я. Вахитов, Ю. А. Ковалгин, А. А. Фадеев, Ю. П. Щевьев. — М.: Горячая линия-Телеком, 2009 — 660 с.
• 10. Линейный микрофон («Из чего это сделано»). [Электронный ресурс]. URL: http://www.youtube.com/watch?v=Qt0mOBtgT9o (дата обращения: 23.12.2016).
• 11. Францев С. М., А. В. Савенков А.В. Натурные исследования интенсивности транспортного потока на базе направленного микрофона типа «бегущая волна». Инженерный вестник Дона, № 4 (2016) URL. ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2016/3813 (дата обращения: 23.12.2016).