Über die Eignung von Sondenmikrofonen für die Messung mechanischer Schwingungsformen

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Abstract:

The goal of this work is to examine if mechanical vibrational-mode shapes can be experimentally determined by acoustic measurements with the aid of a probe microphone. For this purpose, the simple example of a baffled planar circular plate was selected, which performs rotational symmetric vibrations either with or without a nodal circle. Using Huygens' principle, the relationship between the mechanical vibrational velocity and the acoustic pressure close to the plate is calculated. The integrals resulting therefrom are, as a rule, no longer analytically solvable and, therefore, have been numerically evaluated with the aid of a desk calculator. The resulting relationship, as a rule, does not permit the direct and definite determination of the distribution of the vibrational velocity of the plate from the acoustic pressure distribution directly above the surface. Therefore, pressure microphones are, in most cases, unsuitable for measuring mechanical vibrational-mode shapes. The theoretical result has been verified from experimental data.

Zusammenfassung

Ziel der Arbeit ist es zu überprüfen, ob sich mechanische Schwingungsformen durch akustische Messungen mit einem Sondenmikrofon experimentell bestimmen lassen. Dafür wird das einfache Beispiel einer eingebauten ebenen Kreisplatte gewählt, die rotationssymmetrische Schwingungen entweder ohne oder mit einem Knotenkreis ausführt. Nach dem Huygensschen Prinzip wird der Zusammenhang zwischen der mechanischen Schwinggeschwindigkeit und dem Schalldruck unmittelbar vor der Platte berechnet. Die dabei auftretenden Integrale sind im allgemeinen nicht mehr geschlossen lösbar; sie werden mit Hilfe eines Tischrechners numerisch ausgewertet. Der resultierende Zusammenhang läßt direkte, eindeutige Rückschlüsse von der Schalldruck-Verteilung unmittelbar vor der Oberfläche auf die Verteilung der Schwinggeschwindigkeit der Platte in aller Regel nicht zu. Deshalb sind als Druckempfänger arbeitende Mikrofone für die Messung mechanischer Schwingungsformen in den meisten Fällen ungeeignet. Der theoretische Befund wird durch experimentelle Daten verifiziert.

Sommaire

L'objectif de ce travail était de décider si les formes des vibrations mécaniques peuvent être déterminées expérimentalement au moyen de mesures acoustiques effectuées avec un microphone-sonde. On a pour cela examiné l'exemple simple d'une plaque circulaire plane encastrée vibrant selon un mode à symétrie de rotation, sans ou avec un seul cercle nodal. En s'appuyant sur le principe de Huygens, on a calculé la relation entre la vitesse de vibration mécanique et la pression acoustique immédiatement par devant la plaque. Les intégrales qui se sont présentées dans ce calcul n'étaient pas calculables sous formes littérales finies et ont été calculées numériquement au moyen d'une calculatrice de table. Mais l'ensemble des relations ainsi obtenues ne permet pas de remonter d'une manière directe et univoque de la répartition des pressions acoustiques devant la plaque à la distribution des vitesses vibratoires dans la plaque. On en déduit que des microphones opérant comme capteurs de pression ne peuvent pas, dans la majorité des cas, servir à déterminer la forme des vibrations mécaniques. Ce résultat théorique a été confirmé par des données expérimentales.

Document Type: Research Article

Publication date: September 1, 1982

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  • Acta Acustica united with Acustica, published together with the European Acoustics Association (EAA), is an international, peer-reviewed journal on acoustics. It publishes original articles on all subjects in the field of acoustics, such as general linear acoustics, nonlinear acoustics, macrosonics, flow acoustics, atmospheric sound, underwater sound, ultrasonics, physical acoustics, structural acoustics, noise control, active control, environmental noise, building acoustics, room acoustics, acoustic materials, acoustic signal processing, computational and numerical acoustics, hearing, audiology and psychoacoustics, speech, musical acoustics, electroacoustics, auditory quality of systems. It reports on original scientific research in acoustics and on engineering applications. The journal considers scientific papers, technical and applied papers, book reviews, short communications, doctoral thesis abstracts, etc. In irregular intervals also special issues and review articles are published.
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