УДК 681.5.08

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ НАПРАВЛЕННЫХ МИКРОФОНОВ ТИПА «БЕГУЩАЯ ВОЛНА» И «ЛИНЕЙНОГО» ТИПА

Францев Сергей Михайлович1, Коробов Михаил Александрович2
1Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, кандидат технических наук, доцент кафедры
2Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, студент

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


THE RESEARCH OF OPERATION OF DIRECTED MICROPHONES

Frantsev Sergey Mihailovich1, Korobov Mikhail Aleksandrovich2
1Penza State University of Architecture and Construction, PhD in Technical Science, Associate Professor
2Penza State University of Architecture and Construction, student

Abstract
We have done the research of different types microphones. The principles of operation of directed microphones and methods of testing are described in this article. We have done the field tests of self-made microphones on the traffic lane. The results have shown working capacity of the microphones.

Keywords: directional microphone, passive acoustic detector, the intensity of the traffic, traffic noise


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Францев С.М., Коробов М.А. Исследование работы направленных микрофонов типа «бегущая волна» и «линейного» типа // Современные научные исследования и инновации. 2017. № 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2017/01/76903 (дата обращения: 10.01.2017).

Направленные микрофоны обладают чувствительность ко звуку с одного направления. Наибольшая чувствительность, при этом, достигается вдоль оси микрофона.

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

Типы микрофонов Истинное число автомобилей за время измерения, ед Измеренное число автомобилей за время измерения, ед Относительная погрешность, %
Линейный микрофон № 1 13 13 50
Линейный микрофон № 2 6 9 60
«Бегущая волна» 8 15 65

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/2015/04/51555 (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).


Все статьи автора «Коробов Михаил Александрович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация