On application of near-field acoustical holography on rotating sound sources

Abstract

Akustinen lähikenttäholografia on menetelmä, jolla äänikentän kolmiulotteinen rakenne voidaan laskea lähteen lähikentässä mitatusta äänenpaineesta tai hiukkasnopeudesta. Kentän arvot voidaan teoriassa laskea koko avaruudessa, minkä ansiosta lähikenttäholografialla on mahdollista paikallistaa äänilähteitä. Tavallisesti lähikenttäholografiassa äänilähde oletetaan liikkumattomaksi ja stationaariseksi. Kuitenkin monissa koneenrakennuksen sovelluksissa kohdataan pyöriviä äänilähteitä, kuten planeettavaihteita ja pyöriä.

Kirjallisuudessa pyörivien äänilähteiden mittaamista on käsitelty melko vähän. Tässä diplomityössä on kehitetty MATLAB-kielellä ohjelmistoa, jolla voidaan simuloida ympyrärataa pitkin liikkuvan pistemäisen monopolilähteen synnyttämän äänikentän mittaamista ja lähikenttäholografiaa. Ympyrärataa pitkin liikkuvan äänilähteen kenttä on mitattu kaupallisella lähikenttäholografialaitteistolla. Lisäksi ympyrärataa pitkin liikkuvan pistelähteen kenttää on tarkasteltu analyyttisesti.

Mittauksissa synnytettiin äänikenttä pietsosummerilla, jota liikutettiin ympyrärataa pitkin sähkömoottorin avulla. Pietsosummeria voidaan pitää mittausten kannalta aikaharmonisena ja pistemäisenä monopolilähteenä. Mittaustuloksissa on lähteen taajuudella havaittavissa pääkeila pyörimisakselin kohdalla. Lähteen taajuutta ympäröivillä taajuuksilla esiintyy pyörimistaajuuden välein sivukeilaympyröitä, joiden keskipiste on pyörimisakselilla. Sivukeilojen itseisarvo on sitä pienempi, mitä etäämpänä renkaan taajuus on lähteen taajuudesta.

Pää- ja sivukeilat ovat havaittavissa myös vaiheittaisen mittauksen simulointituloksissa, mutta ei yhtä selvästi. Simuloinnissa on mahdollista antaa lähteelle satunnainen tai aikaharmoninen tilavuusnopeus. Keskiarvostusta käytettäessä simulointiohjelmisto antaa kvalitatiivisestikin väärän tuloksen, sillä äänilähteen sijainti näyttää riippuvan referenssipisteen sijainnista. Virhe johtuu siitä, että keskiarvostuksessa ei voida käyttää tarpeeksi pitkiä aikanäytteitä muistintarpeen vuoksi.