Введение к работе
Актуальность
Системы звуковой связи различного назначения широко используются в атмосфере - это установки звукового вещания, акустического воздействия, пассивные системы локации и приема (направленные микрофоны) и др. Характеристики их работы во многом определяются условиями применения. Для оценки эффективности работы систем звуковой связи в атмосфере необходимо знать, как влияет атмосферный канал распространения на характеристики распространяющихся звуковых сигналов. Поэтому детальное изучение и понимание процессов распространения звуковых волн в приземном слое атмосферы необходимо для решения задач по увеличению эффективности систем звуковой связи. С точки зрения физики распространения звука это можно объяснить тем, что распространение звука вблизи поверхности земли имеет свои особенности, в отличие от распространения в свободном пространстве. Это обусловлено тем, что на приземное распространение звука влияет много разных факторов, к которым относятся метеорологические условия (значения метеопараметров: скорости и направление ветра, температуры, давления, влажности, характеристик турбулентности атмосферы и их вертикальные профили), а также геометрия распространения звука (длина трассы, высоты источника и приемника над уровнем земли), характеристики трассы распространения.
На основе вышесказанного, актуальность темы диссертационной работы определяется:
необходимостью оценки эффективности работы систем звуковой связи в атмосфере. Это дальность действия приемных акустических систем (направленных микрофонов), и дальность действия излучающих звуковых систем в атмосфере (звуковещательные станции, средства предупреждения и реагирования);
необходимостью разработки относительно простых инженерных методик определения слышимости и разборчивости речи при приеме или передаче звукового сообщения, как гарантии того, что необходимая информация дойдет до пункта назначения;
ростом требований к качеству передаваемой (принимаемой) информации;
необходимостью разработки современных передающих и приемных систем звуковой связи.
Целью диссертационной работы являются теоретические и экспериментальные исследования атмосферного канала распространения звука и оценка его влияния на работу систем звуковой связи, а также разработка новых устройств систем звуковой связи не уступающим зарубежным аналогам.
Задачи исследования
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
определялось расположение источника звука над поверхностью земли при передаче сигнала в условиях нейтрального режима распространения звука;
разрабатывалась методика определения слышимости и разборчивости речи для применения в системах звуковой связи;
проводились теоретические исследования факторов, влияющих на ослабление звука в приземном слое атмосферы для нейтрального режима распространения;
разрабатывался алгоритм прогноза слышимости и разборчивости речи для установки акустического воздействия и вещания;
проводились исследования фонового окружающего шума;
разрабатывались модели направленных микрофонов и мощных акустических излучателей.
Методы исследования
Теоретические исследования проводились, используя математические пакеты обработки данных и пакеты программ математической статистики.
Экспериментальные исследования ослабления звука, обусловленного атмосферой и подстилающей поверхностью, проводились в различные сезоны года при различных видах подстилающей поверхности. Для проведения экспериментов использовалось следующее оборудование: акустический стенд, включающий излучающие системы, приемные системы, в т.ч. интегрирующие шумомеры Brael&Kjer Mediator 2238, и программное обеспечение, позволяющее генерировать различные типы сигналов.
Исследование характеристик фонового окружающего шума проводились в различные сезоны года, при различных типах подстилающей поверхности, а также при различных метеорологических условиях.
Разработка методики определения слышимости и разборчивости речи проводилась на основе анализа литературных данных, а также экспериментальных результатов, полученных по результатам исследований распространения звука в приземном слое атмосферы.
Анализ и обработка результатов проводилась с помощью методов математической статистики и стандартных пакетов математической обработки данных.
Научная новизна работы:
создана новая обобщенная методика определения слышимости и разборчивости речи для использования в звуковых системах приема и передачи информации при нейтральном режиме распространения звуковых волн в атмосфере. Отличительной особенностью данной методики является учет влияния канала распространения звуковых волн.
разработана новая методика испытаний направленных микрофонов для определения качества принимаемого сигнала на основе определе-
ния отношения сигнал/шум на заданной дальности до объекта, учитывающая влияние канала распространения звуковых волн;
впервые получена сводная таблица характеристик фонового окру
жающего шума для применения в системах звуковой связи.
Отличительной особенностью данной таблицы является ее универ
сальность и возможность использования в ряде прикладных задач
звукового вещания без непосредственного предварительного измере
ния характеристик окружающего шума.
Практическая значимость работы заключается в том что:
разработанная методика определения слышимости и разборчивости речи, была применена при разработке программного обеспечения для установки акустического воздействия (ОКР «Манок»);
результаты исследования фонового окружающего шума использованы в устройстве прогнозирования дальности звукового вещания звуковещательных станций «УПДЗС-01.03», которое принято на снабжение вооруженных сил РФ;
Защищаемые положения.
Учет зависимости коэффициента ослабления звука при приземном распространении обеспечивает выбор положения источника звука, исключающий интерференционные провалы звукового давления, доходящие до 30 дБ, для речевого диапазона частот (315-3150 Гц).
Сводная таблица характеристик фонового окружающего шума, основанная на двухпараметрической модели шума, позволяет формальным признакам определить его спектральные характеристики без проведения предварительных измерений самого шума, что делает ее эффективной в решении инженерных задач звукового вещания в атмосфере.
Разработанная методика определения слышимости и разборчивости принимаемого или передаваемого сообщения учитывает влияние приземного канала распространения и позволяет исключить в расчетах интерференционные провалы звукового давления возникающего за счет влияния подстилающей поверхности.
Апробация результатов
Научная сессия ТУ СУР - 2005: Всероссийская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов, Томск, 26-28 апреля 2005 г.
XVI сессия Российского акустического общества. 14-18 ноября 2005 г. Москва.
VII Международная школа-семинар молодых ученых «Актуальные проблемы физики, технологий и инновационного развития» (Youth-Phys'05). Томск, 6-8 декабря 2005.
6th European Conference on Noise Control "Euronoise 2006N. Tampere, Finland, 30 May - 1 June 2006.
XVIII сессия Российского акустического общества. Таганрог 11-15 сентября 2006.
Российский научный форум с международным участием «Демидовские чтения 3-6 марта 2006».
V международная школа молодых ученых и специалистов «Физика окружающей среды» Томск. 26 июня - 02 июля 2006.
Научная сессия ТУСУР-2007: Всероссийская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. Томск, 3-7 мая 2007.
XIX сессия Российского акустического общества. Нижний Новгород 24-28 сентября 2007.
19th INTERNATIONAL CONGRESS ON ACOUSTICS, Madrid, Spain, September 2007.
Научная сессия ТУСУР-2009. 12-15 мая 2009 г. Томск, ТУСУР.
Всероссийские радиофизические научные чтения-конференция памяти Н.А. Арманда Муром, 28 июня - 01 июля 2010 г.
XXII Сессия РАО (политематическая), совмещенная с сессией Научного Совета РАН по акустике. Москва, 15-17 июня 2010
XXIV Сессия РАО, совмещенная с сессией Научного Совета РАН по акустике, 12-15 сентября 2011
Публикации
