В авиации, машиностроении, энергетике и других отраслях активно применяются звукопоглощающие конструкции, например, в энергетических установках и авиационных двигателях, автомобилях, стены в студиях и концертных залах и многое другое. Для создания новых изделий, не пропускающих акустические волны, требуется изучить способности таких материалов задерживать звук. Это возможно с помощью специального устройства с микрофонами (акустического интерферометра). Он записывает, как разные материалы поглощают акустические сигналы. Чтобы расшифровать полученные данные, раньше использовали специальную программную лицензию, которую теперь нельзя купить в России. Ученые Пермского Политеха разработали новую программу на Python (бесплатный язык программирования), которая позволяет анализировать эти записи на обычном компьютере. Это упростит разработку звукопоглощающих конструкций, а также сделает доступным изучение акустических свойств материалов для студентов в учебных целях. Об этом CNews сообщили представители ПНИПУ.
На изобретение выдано свидетельство №2024690178. Исследование проведено в рамках реализации программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Акустический интерферометр — это прибор, который позволяет точно выяснить, насколько эффективно тот или иной материал гасит шум. Устройство состоит из металлической трубы, динамика и микрофонов. В трубу кладут исследуемый материал, динамик внутри создает звуковые волны разной частоты. Звук доходит до образца, частично гасится и отражается от него, все это фиксируют микрофоны и передают на компьютер. Программа обрабатывает показатели и рассчитывает, исходя из результатов, насколько хорошо материал гасит звуки от нуля (нет поглощения) до единицы (все поглощено).
Прежде всего такие интерферометры применяют в авиации для тестирования звукопоглощающих панелей двигателей, в строительстве для оценки звукоизоляции материалов, а в медицине похожие устройства служат для анализа акустических свойств биологических тканей (например, диагностики состояния костей). В научных исследованиях по качеству звука можно определить плотность и вязкость материала, поэтому с его помощью реально проверить, не испортилось ли ракетное топливо, нет ли примесей в авиационном керосине, определить уровень загрязнений в воде и воздухе (по изменению скорости звука), как меняются свойства смазочных материалов при разных температурах, обнаружить дефекты в композитах для самолетов и т.д.
Полученные с интерферометра данные невозможно понять без специальной программы, которая обработает их и расшифрует. Раньше для этого использовали программу компании Bruel & Kjaer с лицензией «Pulse» или аналоги, например от компании «BSWA» (Китай). Проблема в том, что ни то, ни другое сейчас невозможно приобрести в России, а без расшифровки результаты исследований неприменимы и бесполезны.
Ученые Пермского Политеха создали программный модуль на доступном языке Python, выполняющий те же функции, как и у аналогов. Его можно использовать на любом компьютере, что особенно полезно студентам, инженерам и ученым, внедряющим новые виды звукопоглощающих материалов.
«Наш программный модуль-обработчик функционирует также, как иностранные, но доступен на любом компьютере версии Windows 10+ и без дорогой лицензии. Он преобразует сложные сигналы с микрофонов, полученные при измерении на акустическом интерферометре в наглядные графики, и показывает акустические свойства исследуемых объектов. Программа уже используется в учебном курсе для студентов «Задачи экспериментальной акустики». Чтобы проверить, насколько результаты расчетов с новым программным кодом соответствуют базовым программам, мы сравнили их между собой. Акустические характеристики, получаемые на старой программе (импортной базовой) для образцов звукопоглощающих конструкций сравнивались с постобработкой на авторском программном модуле Python. Графики полностью совпадают, так как за основу кода взят метод, используемый в программе от компании Bruel & Kjaer. Это подтверждает, что новый код не уступает старому и может успешно применяться в исследованиях», – сказал Олег Кустов, доцент кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы», ведущий сотрудник Лаборатории механизмов генерации шума и модального анализа ЦАИ ПНИПУ.
Разработка ученых Пермского Политеха служит новым отечественным аналогом иностранных дорогих программ, которые расшифровывают данные акустических интерферометров. За счет своей доступности она применима на любом производстве, где требуется изучение звукопоглощения материалов – в авиационной, космической, военной, оборонной промышленности, автомобилестроении, металлургии, энергетике, медицине и фармацевтике.
Поделиться
