Анализ возникновения структурного шума. Решение системы линейных алгебраических уравнений, формирование вектора правой части при линейной нагрузке, страница 6

        Человеческое ухо различает звуки по спектральному состав в диапазоне от 20 до 20000 Гц (условно звуковой диапазон). Звук с частотой ниже 20 Гц называется инфразвуком, а выше 20000 Гц – ультразвуком.

        В самом общем виде представление о спектре может быть получено из анализа сложного колебательного процесса, который математически выражается в виде суммы гармонических функций:

,

где A_i и j_i  - соответственно амплитуды и фазы отдельных членов ряда; f, t – частота и время соответственно. При кратном i будем иметь ряд Фурье.

          Анализируя предыдущее выражение, видим, что сложный звук можно откладывать либо в функции времени (t), либо частоты (f). Это легко понять из рис 7.3, где представлены колебания гармонической составляющей (Т – период колебаний, с; А_о – амплитуда).

Рис. 7.3. Графическое представление гармонического колебания в функции: а) времени t, б) частоты f.

          Значение частоты, как известно, - величина обратная периоду, т. е. f=1/T. Реальный спектр шума – сумма многих колебаний различных частот, каждая из составляющих которых имеет свою амплитуду. Это можно понять из рис. 7.4, где графически изображен пример сложного колебательного процесса.

Рис. 7.4. Осциллограмма (а) и спектрограмма (б) сложного

колебательного процесса.

          Мы уже знакомы с октавным спектром шума, когда разложение спектра ведется по октавным полосам частот. В виброакустике находят применение также и третьоктавные спектры. Значения частотных границ для октавных и третьоктавных фильтров приведены в табл. 7.2.

Таблица 7.2.

Частотные границы и средние частоты, Гц, октавных и

третьоктавных фильтров

Средняя геометрическая частота	Границы третьоктавной полосы	Границы октавной полосы
31,5 40 40	28-35 35-45 45-55	22,5-45
63 80 100	55-70 70-90 70-113	45-90
125 160 200	113-141 141-181 181-226	90-180
250 315 400	226-282 282-356 356-450	180-356
500 630 800	450-565 565-710 710-900	356-710
1000 1250 1600	900-1130 1130-1415 1415-1800	710-1400
2000 2500 3150	1800-2260 2260-2820 2820-3560	1400-2800
4000 5000 6300	3560-4500 4500-5650 5650-7100	2800-5600
8000 10000 12500	7100-9000 9000-11300 11300-14100	5600-11200

          Вид спектра используется в зависимости от поставленных задач, например, может быть произведен весьма точный анализ 1% или 2% шириной полосы пропускания. В обычных измерениях спектр реализуется при измерениях шумомером с октавными (чаще всего) или третьоктавными фильтрами.

          По положению максимума в спектре различают и шум условно делят на низкочастотный, где основные составляющие в спектре сосредоточены на частотах до 300 Гц, среднечастотный (300-800 Гц) и высокочастотный (выше 800 Гц). Спектр шума некоторых реальных источников в соответствии с предложенной классификацией показаны на рис. 7.5.

Рис.7.5. Примеры спектров шума реальных источников: 1 – высокочастотный (корпус двигателя внутреннего сгорания ДВС), 2 – низкочастотный (выпуск ДВС с глушителем), 3 – среднечастотный (гидропередача)

          По характеру спектра шум делится на:

·  широкополосный с непрерывным спектром шириной более одной октавы;

·  тональный, в спектре которого имеются выраженные дискретные тона (устанавливается при измерениях в третьоктавных полосах частот по превышению УЗД в одной полосе над соседними на величину не менее 10 дБ);

·  смешанный, когда на сплошные участки накладываются отдельные дискретные составляющие.

Иллюстрация таких спектров показана на рис. 7.6.

Рис. 7.6. Примеры шума источников в зависимости от характера спектра:

1 – тональный( не заглушенный шум выпуска ДВС), 2 – смешанный (редуктор),

3 – сплошной искусственный источник шума)