|
Частотные характеристики реверберационных коэффициентов звукопоглощения плит АКУСТИК БАТТС® Значения среднеарифметического коэффициента звукопоглощения, присвоенный класс звукопоглощающего материала (НСВ) плит АКУСТИК БАТТС®
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
Акустик баттс и характеристики: рассмотри подробно
Aкустик баттс и характеристики
Aкустик баттс и характеристики – это то, что интересует многих автовладельцев.
И хотя такая продукция пользуется высокой популярностью в настоящий момент, не все знают, что это такое.
А представляет она собой плиты, состоящие из каменной ваты и других добавок. Ее можно использовать не только в строительной сфере, но и при создании качественной акустической системы. Баттс акустик и характеристики ее будут представлены в этой статье.
Области применения звукоизоляции
Акустик баттс и технические характеристики
Итак, акустик баттс – это материал, используемый для качественной изоляции звука и тепла. Собственно, звукоизоляция – это такой процесс, после выполнения которого, снижается уровень шума, попадающего внутрь помещения извне.
Материал может быть использован при:
- Создании различных конструкций, помещений, зданий. Часто таким материалом покрывают стены квартир, чтобы зимой здесь было тепло, а летом прохладно;
- При выполнении различных перегородок. Использование изоляции уменьшает риск образования трещин;
- Применяется в процессе облицовки цоколя.
Так, здание будет защищено не только изнутри, но и снаружи; - В автомобиле — для создания качественной акустики. Ее использование может значительно повысить уровень акустических свойств в тех или иных частях салона.
Так, здание будет защищено не только изнутри, но и снаружи;Характеристика акустик баттс
Примечание: расчет необходимого количества для использования шумоизоляции осуществляется в децибелах.
Что такое шум и каким он бывает
Шум – это разнообразные звуки, которые появляются при различных условиях. Как правило, они оказывают негативное влияние на нервную систему человека, раздражая ее.
Именно поэтому люди научились устранять те или иные шумы. Интересно, что они также могут быть различными.
Притом, посторонние звуки мешают не только жителям домов, но и участникам дорожно-транспортного движения. Ведь езда на автомобиле станет намного комфортнее, если она будет тихой.
Можно выделить несколько разновидностей шума:
- Ударный шум. Это вибрации, в процессе которых производятся различные удары. Так, например, если в бардачке имеются какие-то предметы, то при езде по неровным поверхностям они будут издавать шум. Такое же явление наблюдается в процессе перемещения грузов в багажном отсеке;
Так, например, если в бардачке имеются какие-то предметы, то при езде по неровным поверхностям они будут издавать шум. Такое же явление наблюдается в процессе перемещения грузов в багажном отсеке;Технические характеристики акустик баттс
- Воздушный. Это распространение звуков воздушным путем. Поэтому, чем толще будет слой изоляции в кузове, тем меньше звуковых шумов донесется в салон.
Примечание: чересчур большое количество изоляционных материалов – это тоже плохой вариант. В этом случае кузов машины станет тяжелее, поэтому будет оказываться большая нагрузка на колеса.
Характеристики звукоизоляции акустик баттс
Акустические системы активные
Как уже отмечалось ранее, это специальные плиты, используя которые, звук будет поглощен на 100%. Создаются они из нескольких компонентов, главным из которых является каменная вата.
Столь высокая способность поглощения звука этими плитами характеризуется такими свойствами:
- Все волокна располагаются хаотично, поэтому нарушить их структуру практически нереально. В то же время плиты характеризуются однородной текстурой;
- Плиты производятся по оригинальной технологии, которая известна только компании-производителю;
- Срок использования продукции практически неограничен, поскольку усадка отсутствует.
- Продукция используется для звукоизоляции потолков, но при необходимости ею можно изолировать и другие поверхности. Компания уже белее 100 лет занимается созданием качественных материалов для тепловой и звуковой изоляции. Поэтому потребители могут быть полностью уверенными в качестве покупаемой продукции;
- Производство налажено более чем в 15 странах мира. Многие утверждают, что компания является лучшей в своей области.
В то же время плиты характеризуются однородной текстурой;Достоинства и недостатки
Акустические активные системы
Конечно, звукоизоляция акустик баттс имеет много преимуществ по сравнению с другими марками:
- Материал отлично выполняет свою главную обязанность – не пропускает ни единого звука. Это обусловлено высокими показателями поглощения;
- Плиты не горят. Они способны выдерживать высокие температуры – до 1500 градусов. Это особенно актуально для российского потребителя, ведь здесь летом температура воздуха доходит до +40. В то же время тонкие пленки, которые также применяются для звукоизоляции(см.Звукоизоляция двери — это не сложно), выдерживают только 175 градусов;
- Кроме звукоизоляции, плиты могут быть использованы и для тепловой защиты. Поэтому летом температура в салоне будет ниже, а зимой – выше, чем раньше.
Это обусловлено высокими показателями поглощения;Примечание: но для хорошей теплоизоляции рекомендуется отделать большую часть автомобиля.
- Плиты являются устойчивыми перед влагой и сыростью. Под ее воздействием они не набухают. Кроме того, вода не скапливается в них, а выводится наружу. Поэтому, используя такой материал, можно надолго забыть о коррозии автомобиля;
- Благодаря тому, что они изготавливаются из экологически чистых элементов, они могут быть безопасными для всех (включая детей и беременных), не вызывая аллергических реакций;
- Стоимость материала является доступной, поэтому приобрести его может практически каждый.
Акустик баттс шумоизоляционный материал
Но помимо преимуществ, продукция баттс имеет и свои недостатки. Дело в том, что компания производит товары только для строительства.
В то время как отдельных автомобильных звукоизоляционных материалов ею не создается. Хотя с другой стороны, возможно, их стоимость была бы выше из-за специализированной направленности.
Кроме того, фирма не исключает возможности применения строительной изоляции в автомобиле. Ведь многие эффективно практикуют этот метод работы.
Изолировать свою машину можно и своими руками. Тем более что цена этого процесса в автосалоне является довольно высокой. Рекомендуется перед началом работ ознакомиться с тематическими фото и видео для облегчения их выполнения. Инструкция тоже не будет лишней.
Звукоизоляция Акустик Баттс: характеристики, свойства плит Роквул
Звукоизоляция – критерий, определяющий комфорт проживания.
Особенно злободневно проблема звукоизоляции стоит в многоквартирных домах. Сегодня к шумоизоляционным материалам предъявляются ужесточенные требования. Они должны выполнять функцию не только изоляции от шума, но и его поглотителя. Звукоизоляция Акустик Баттс – новейшая разработка, наделенная уникальным значением индекса звукоизоляции.Акустик Баттс – звукоизоляция, выпускаемая группой заводов, сконцентрировавших свои мощности в странах Северной Америки, Европы и Азии, под всемирно известной маркой ROCKWOOL.
Производство Акустик Баттс
ROCKWOOL Акустик Баттс изготавливается на основе высокосортного базальтового сырья, переплавляемого в специальных доменных агрегатах. Первый производственный этап характеризуется сортировкой базальтовых пород, в результате которой выявляются образцы, не соответствующие установленному химическому составу.
Отбракованные материалы также пускаются в ход, однако, производят из них уже не Акустик Баттс, а минераловатные плиты.
На втором этапе базальтовые породы помещаются в печи с температурой достигающей 1500 °С. Там они превращаются в жидкую массу, впоследствии заливаемую в центрифугу, где она из расплава скатывается и вытягивается в волокна. Следующий этап уже происходит в блоке химобработки.
Собранные отдельные волокна обрабатываются связующим веществом и различными составами, улучшающими технические характеристик, в частности – огнеупорными и водоотталкивающими.
Пропитанное сырье отправляется на линию укладки, где и происходит формирование базальтового ковра. Именно этот процесс определяет звукоизоляционные характеристики будущих плит Акустик Баттс.
Укладка волокон осуществляется посредством маятникого механизма, распределяющего волокна в неравномерном (хаотичном) порядке, за счет которого происходит блокирование и отражение звуковых волн, что и придает материалу звукоподавляющие свойства.
Однако на этом процесс производства не заканчивается. Сформированные базальтовые заготовки проходят еще один этап термообработки, благодаря которому все волокна склеиваются между собой и материал набирается прочности и плотности.
Завершающий этап – нарезка базальтового ковра на отдельные плиты и их упаковка.
Технические характеристики
Акустик Баттс технические характеристики имеет следующие:
| Наименование показателя | Единица измерения | Значение показателя |
| Длина плиты | см | 100 |
| Ширина | см | 60 |
| Толщина | см | 5-20 |
| Количество плит в упаковке | шт. | 10 |
| Квадратных метров в упаковке | 6 | |
| Плотность | кг/м3 | 35-45 |
| Сжимаемость | % | ≤ 12 |
| Водопоглощающие способности | % | ≤ 1,5 по объему |
| Коэффициент паропроницаемости | мг/м∙ч∙Па | 0,3 |
| Теплопроводность в сухом состоянии | Вт/(м∙К) | 0,035-0,040 |
| Модуль кислотности | ≥ 2,0 | |
| Класс пожароопасности | КМ0 | |
| Максимальная температура эксплуатации | °С | 1114 |
Панели Акустик Баттс, цена которых в среднем равна 115 р.
за м2, имеют стандартную ширину и длину, равную 60 и 100 см соответственно. При этом толщина может составлять 5, 7.5, 10, 15 и 20 см.
Она имеет определяющее значение при выборе, поскольку от нее зависят частотные значения реверберационных коэффициентов звукопоглощения.
| Значение среднегеометрических частот октавных полос, Гц | Реверберационные значения коэффициентов звукопоглощения | ||
| Толщина панели | 5 см | 7,5 см | 10 см |
| 125 | 0,16 | 0,38 | 0,6 |
| 250 | 0,41 | 0,62 | 0,88 |
| 500 | 0,96 | 0,94 | 0,97 |
| 1000 | 0,95 | 1 | 0,97 |
| 2000 | 0,89 | 0,99 | 1 |
| 4000 | 0,84 | 0,88 | 0,96 |
По высчитанному среднеарифметическому значению коэффициента звукопоглощения панелям был присвоен определенный класс звукопоглощающего материала (НСВ)
| Толщина | Значение среднеарифметического коэффициента звукопоглощения | Класс | |
| 5 см | 0,23 | Н | 3 |
| 0,96 | С | 1 | |
| 0,87 | В | 1 | |
| 10 см | 0,40 | Н | 2 |
| 0,97 | С | 1 | |
| 0,94 | В | 1 | |
| 15 см | 0,63 | Н | 2 |
| 0,97 | С | 1 | |
| 0,98 | В | 1 | |
| 20 см | 0,75 | Н | 2 |
| 0,99 | С | 1 | |
| 0,99 | В | 1 | |
Сфера применения
Монтаж Акустик Баттс возможен практически в любых помещениях жилого или нежилого типа:
- помещения в квартире, доме и другом жилом строении;
- офисные и коммерческие помещения;
- комнаты гостиниц, отелей;
- аудитории кинотеатров, музеев, рестораны;
- подвальные и подпольные помещения и т. д.
д.При этом панели можно использовать в качестве дополнительного звуко- и теплоизоляционного материала при сооружении подвесных потолков, в несущих стенах, каркасных перегородках, напольных конструкциях по лагам и т. д.
Rockwool Акустик Баттс Про
Существует вариация панелей, именуемая Rockwool Акустик Баттс Про. Ее основное отличие от обычной плиты заключается в большей плотности, составляющей 60 кг/м3. Линейные параметры Акустик Баттс Про равны 100х60 при толщине 5-7, 7.5, а также 8-20 см. Теплопроводность панелей колеблется в пределах от 0,034 до 0,040 Вт/(м∙К).
ПреимуществаАкустик Баттс технические характеристики имеет безупречные, что и формирует на него спрос. Прекрасные звукоизоляционные свойства в сочетании со звукопоглощающим эффектом позволяют снизить уровень ударного шума до 63дБ.
Для примера: такой уровень шума присущ проезжающему мимо городскому автотранспорту.
Наряду с этим, панели Rockwool Акустик Баттс, как и их разновидность Акустик Баттс Про, могут выполнять функцию теплоизоляционной прослойки.
Благодаря хорошей плотности и хаотичному расположению волокон в структуре происходит своеобразное отражение тепловой энергии.
Холод извне блокируется и не проникает в помещение. Монтаж Акустик Баттс толщиной 10 см по теплоизоляционным параметрам сравним с кирпичной кладкой толщиной около 2 м и стеной из деревянного бруса толщиной более 40 см.
Звукоизоляция Акустик Баттс – необычайно износоустойчивый и прочный материал, эксплуатационный срок которого может достигать 100 лет. Кроме того, панели не дают усадки на протяжении всего этого времени, что говорит о сохранении материалом отличных звукопоглощающих, а также звуко- и теплоизоляционных показателей.
Изолятор паропроницаем – это свидетельствует о непрерывно протекающем процессе воздухообмена, гарантирующем сохранение комфортных микроклиматических условий. Как нельзя лучше такие панели подходят для влажных помещений, поскольку уникальная структура позволяет регулировать уровень влажности.
Стоит отметить, что Rockwool Акустик Баттс Про, как и панели со стандартной плотностью, защищены от образования грибковых культур.
Также они не является пищей для насекомых или грызунов. Достигается это за счет хорошей биостойкости.
Неподверженность размножению плесени и грибков достигается вследствие гидрофобности (отличных водоотталкивающих свойств). Влага буквально скатывается с поверхности плит.
Максимальная температура эксплуатации составляет 1114 °С, однако, по заверению производителей, эта цифра может достигать 1500 °С, что значительно расширяет сферу применения. При превышении установленного значения панели начнут плавиться. По температуроустойчивости Акустик Баттс равных пока нет.
Нельзя не отметить экологичность. Производственный процесс исключает применение вредных и токсичных химических веществ или клеев. Основой панелей служит природный камень.
Вдобавок они абсолютно негорючие, что подтверждает присвоенный класс пожароопасности КМ0. Поэтому плиты могут использоваться для улучшения звукоизоляции детских комнат, медицинских, учебных заведений и т. п.
Ну и наконец, Акустик Баттс, цена которых достаточно привлекательна для покупателя, могут быть смонтированы в кратчайшие сроки.
Для их установки потребуется соорудить каркас из металлических профилей, а затем обшить всю конструкцию гипсокартоном.
Единственное, что стоит учесть при монтаже нефольгированных каменноватных плит – необходимость обустройства пароизоляционного слоя, если речь идет об установке на внутреннюю часть поверхности. Пожалуй, это можно назвать недостатком материала.
Звукоизоляция Rockwool Акустик Баттс – экологичный и пожаробезопасный материал, способный обеспечить помещение любого типа отличной звукоизоляцией, и наполнить комнату акустическим комфортом.
Звукоизоляция Акустик Баттс, обзор, видео
Роквул Акустик Баттс — Особенности применения и инструкция по монтажу звукоизоляции
Rockwool Акустик Баттс — современный материал, который обеспечит шумоизоляцию без серьезных материальных затрат. Утеплитель, произведенный на основе базальта, с добавлением дополнительных компонентов, применяется для создания паро-, гидро-, шумо- и теплоизоляции.
Подробное описание Rockwool Акустик
Базальтовую звукоизоляцию Rockwool Акустик Баттс создают из каменных горных пород путем плавления. Продукт нагревается до +1500°C, поэтому он превращается в тягучую субстанцию, которая потом раскатывается в виде плотного ковра. Волокна материала дополнительно пропитываются специальными защитными составами, которые придают изделию водоотталкивающие и огнеупорные свойства. Плотность и толщина продукции бывает разной, все зависит от сферы применения.
Методику укладки называют маятниковым способом. Волокна укладываются друг на друга, создавая плотную звукоизоляционную подушку. Ковер легко поглощает звуковые волны, создавая в помещении уют. Многослойность позволяет отражать шумы, которые затихают внутри волокон. При изготовлении Ровкул проходит еще один этап – термообработку, которая обеспечивает дополнительную плотность материала. После этого продукция разрезается на плиты, а потом упаковывается в полиэтиленовую плёнку.
Производитель изготавливает несколько вариаций звукоизоляционных полотен.
Например, Флор Баттс представляет собой жесткие гидрофобизированные товары. Они изготавливаются из каменной ваты на основе габбро-базальтовых пород. Роквул предназначен для устройства акустических плавающих полов или тепловой изоляции по грунту. Основное достоинство продукции – экологически чистое сырье. Основной компонент не выделяет вредных веществ даже при сильном нагревании. Этот факт подтверждают технические показатели Роквула.
Технические характеристики
Роквул акустик подходит для изоляции любых помещений, даже детских и музыкальных комнат. Основные характеристики:
- Показатель шумопоглащения, прочности и гидрофобности: класс А или С.
- Оптимальные размеры: 1000х600х27 мм, 1000х600х50 мм, 1000х600х100 мм.
- Плотность — 37 кг/м³, 45 кг/м³, 60 кг/м³.
- Rockwool Сэндвич Баттс имеет показатель водопоглощения при кратковременном погружении — 1,0 кг/м².
- Теплопроводимость — λ10 = 0,034 Вт/ (мК). Это низкий коэффициент значения.
- Паропроницаемость – 0,3 мг/ мч·Па.
- Огнеупорность – группа НГ. Эти данные говорят о том, что прослойка не загорится даже при нагреве в 750°С.
- Знак качества общества экологов – EcoMaterialGreen.
- Химическая стойкость соответствует классу инертных продуктов.
- Пропитка обеспечивает стойкость при образовании грибковых соединений.
Ровкул настолько плотный, что нарушить структуру сложно даже механическим воздействием. Устойчивость к сжатию/деформации обеспечивает отсутствие усадки во время всего периода эксплуатации.
Сфера применения
Утеплитель Роквул применяется для изоляции любых помещений: жилых и нежилых конструкций, комнат, где отдыхают дети или играют на музыкальных инструментах. За счет высоких показателей огнеупорности данной продукцией утепляют банные помещения, тренажерные залы и хозяйственные постройки. Невысокая цена позволяет обшивать большие площади офисных зданий.
Продукт применяется для утепления больших загородных домов, торговых комплексов. В составе изделия присутствует каменная вата, что обеспечивает хорошую шумоизоляцию для студии звукозаписи.
Мастера используют продукцию этой фирмы даже при небольшой толщине стен, без дополнительных каркасных конструкций. Базальтовый ковер выпускается в плиточном варианте, что позволяет обшивать большие площади. С этой задачей справится даже человек без особых навыков. Роквул хорошо создает шумоизоляцию в производственных цехах или офисных комнатах для переговоров. Благодаря высоким показателям теплоизоляции, базальтовыми панелями обшиваются крупные торговые площадки, что позволяет сэкономить на отоплении помещений.
Шумоизолятор Роквул отвечает мировым стандартам, отечественным нормативным актам и ГОСТам, поэтому широко используется в современном строительстве.
Как правильно установить
Перед тем как проводить звукоизоляцию с использованием Акустик Баттс, нужно понять технологию установки, провести подготовительные мероприятия.
Для монтажа потребуются следующие материалы и инструменты:
- Оцинкованный профиль. Он выполняет роль направляющих. Это позволит обойти постройку каркасной конструкции. При необходимости профиль заменяют деревянными балками.
- Крепежные элементы: прямые подвесы, болты с резиновой шайбой, шуруповерт.
- Уплотнительная лента.
- Герметик.
- Листы гипсокартона для обшивки поверхности. Их стандартная толщина 12,5 мм.
Перед покупкой выполняют замеры помещения. Общая площадь позволит вычислить, какое количество квадратных метров продукции потребуется для полной шумоизоляции. Схема монтажа:
- Установка направляющих. Они крепятся по вертикали по заранее намеченным позициям. Расстояния между профилем ровно ширине плитки.
- Закрепление уплотнительной ленты рядом с профилем. Она минимизирует вибрации от звуковых волн.
- Установка прямых откосов. Важно выдерживать необходимое расстояние между ними для крепления плит.
- Установка Роквула с помощью болтов. Они должны крепиться плотно друг к другу. Изделия эластичные, поэтому всегда можно заправить край под профиль. При необходимости проводится многослойная установка.
- Обшивка листами гипсокартона.
Важно выдерживать необходимое расстояние между ними для крепления плит.Любые щели или зазоры заполняются герметиком.
Если слой плиты не менее 100 мм, то перед установкой желательно провести армированную стяжку.
Аналоги
Любая вариация панелей Роквул имеет соответствующие сертификаты. На строительном рынке легко найти аналоги от других производителей, но цена этой продукции будет выше. Например, минеральная вата фирмы Paroc. Виды и описание аналога:
- Parc SSB 1 для плавающих полов. Хорошо поглощает звуки, создает дополнительное утепление. Материал имеет горизонтальное расположение волокон.
- Parc SSB 4 для изоляции от ударного шума.
Также мастера рекомендуют к использованию Изомин.
Его выпускают многие производители. Эти изделия относятся к экономичному сегменту. Основной конкурент Роквила — URSA Pure One. Эти панели имеют мягкую структуру, создаются из натуральных компонентов и легко монтируются.
Преимущества и недостатки
Звукопоглощающие плиты Rockwool имеют свои плюсы и минусы. Достоинства:
- авторская технология создания панелей;
- высокое качество изолирующего материала;
- невысокая стоимость;
- небольшой вес плит, они легко монтируются, удобны при транспортировке;
- эластичность, упругость материала;
- крепится на любую поверхность;
- не требуется возведение сложных каркасных конструкций для монтажа;
- высокая частота поглощения звуковых волн, фоновых шумов;
- считается хорошим утеплителем, не создает паровой эффект.
Ярко выраженных недостатков нет, если человек будет соблюдать инструкцию по установке изделий. Не рекомендовано изолировать Ровкулом пол, потому что при серьезной нагрузке плиты деформируются.
К минусам относят также то, что панели нельзя устанавливать без герметичного покрытия листами гипсокартона, а также герметика.
Если приобретать ультратонкий Изовер, то потребуется укладывать несколько слоев.
Акустик Баттс
Путь к вершине популярности звукоизоляционных плит Роквул был стремительным — а все благодаря бесспорным преимуществам, выгодно отличающих этот материал от других. Почему же именно он пользуется небывалым спросом?
Благодаря невероятному поглощению звуков — до 80 дБ, мы рекомендуем использовать минеральные плиты Акустик Баттс для звукоизоляции кинотеатров и студий.
Уровень шума с использованием Акустик Баттс снизится на 40%!
Роквул акустик баттс изготавливают из каменной (бальзамической) ваты. Благодаря твердой основе, маты не подвержены усадке в процессе эксплуатации, сжимаемость материала составляет не более 12 %, поэтому плиты прослужат не одному Вашему поколению. Компания ROCKWOOL декларирует срок службы своей теплоизоляции на срок не менее 50 лет.
Изделия из минеральной ваты rockwool акустик баттс обладают высокой химической и биологической стойкостью: они не подвержены воздействию агрессивной окружающей среды, микроорганизмов, а также гниению. Еще одним свойством, делающим теплоизоляционный материал востребованным у строителей, является его негорючесть. Изделия из минеральной ваты препятствуют распространению огня при пожаре, поэтому часто применяются там, где необходима противопожарная изоляции защиты.
Минеральная вата роквул акустик баттс может быть использована в местах воздействия очень высоких температур (1000 градусов С), но нужно учитывать, что органический связующий компонент, входящий в состав теплоизоляции, выдерживает только 250 градусов.
Применение Акустик Баттса
Компания Rockwool производит минеральные плиты акустик баттс. Данный утеплитель не только позволяет защитить дом от потерь тепла, но и обладает превосходными звукозащитными свойствами, благодаря уникальному и хаотичному расположению волокон.
Материал АКУСТИК выпускается в соответствии с требованиями к звукопоглощающим материалам, поэтому он надежно защитит помещение снаружи от городского шума и от посторонних звуков внутри.
Великолепные свойства звукопоглощения, подтвержденные неоднократными тестовыми испытаниями, дают широкие возможности для использования акустик баттс как в промышленном, так и в малоэтажном строительстве. Минераловатные плиты Акустик сегодня применяются как элементы изоляции в каркасно-щитовом строительстве, используются в стеновых перегородках, для изоляции межэтажных перекрытий и как дополнительная звукоизоляция кровель там, где не проходит ЛАЙТ БАТТС по своим характеристикам. Использование только естественных натуральных компонентов в изготовлении акустик баттса, гарантирует максимальную экологическую безопасность для Вашей семьи.
По словам наших строителей практически всегда о роквуле акустик баттс отзывы у клиентов обычно восторженные, так как существенно повышается шумоизоляция дома на 30-40%.
При этом коэффициент звукопоглощения улучшается при использовании толщины минеральных плит 100 мм.
| Звукопоглощающие плиты rockwool акустик баттс, изготовленные из каменной ваты rockwool. Оптимальная плотность материала (40 кг/м3), хаотичное расположение волокон и однородная структура плиты rockwool акустик баттс, как следствие уникальной технологии производства, обеспечивают отличные звукопоглощающие свойства (что подтверждено тестами) и отсутствие усадки в течение всего периода эксплуатации. Применение продукта в конструкциях обеспечивает соответствие российским строительным нормам, а также пожаробезопасность и экологический комфорт. Применение роквул акустик баттс. Плиты из каменной ваты rockwool акустик баттс упаковываются в полиэтиленовую плёнку. Размеры rockwool акустик баттс.
Технические характеристики плит rockwool акустик баттс.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||
Применение rockwool акустик баттс в конструкциях позволяет значительно улучшить их звукоизоляционные характеристики.
5 % по объемувиды, плотность, сфера использования, достоинства и недостатки
На чтение 7 мин Просмотров 189 Опубликовано Обновлено
Использование утеплителя позволяет поддерживать в доме комфортную температуру без лишних затрат на отопление. При выборе теплоизоляции учитывают множество факторов, в том числе ее способность поглощать шум. Звукоизоляция – важный фактор для городского жилья. Спокойной жизни в квартире мешает уличный шум, движение лифта, соседи. Шумоизоляция Роквул – это волокнистые плиты из каменной ваты, разработанные для эффективного поглощения звуков. Материал экологически безопасен и негорюч. Он обеспечит тишину и тепло в жилом доме или офисе.
История товарного знака Роквул
Минераловатные утеплители фирмы Роквул считаются одними из лучших в миреМеждународная компания Rockwool основана в Дании в 1909 году. Производством теплоизоляции она начала заниматься с 1937. Товары бренда ценятся во всем мире за высокое качество и доступную стоимость. Основной ассортимент компании – продукты из каменной ваты. Заводы торговой марки Роквул построены в 18 странах мира, в том числе в России. Выпускаемые товары применяются в строительстве жилых домов и производственных зданий, судостроении. Плиты из каменной ваты используются для защиты от огня, шумоизоляции и утепления. Высокие производственные мощности и европейское качество товаров позволило теплоизоляции Rockwool занять лидирующую позицию на рынке строительных изделий.
Преимущества и недостатки материала
Базальтовые плиты Роквул выполняют одновременно звукоизолирующую функциюМинераловатные утеплители от Роквул серии Акустик Баттс обладают волокнистой структурой, позволяющей гасить звуковые волны. При формировании материала волокна укладываются хаотично. Образуется множество воздушных полостей, которые способствуют поглощению звука. Плиты утеплителя упругие и прочные. Они легко помещаются в каркас, не сминаются при нагрузке. Существенным плюсом является экологичность материала. Базальтовая вата может применяться для внутренней отделки жилых помещений. Звукоизоляция Роквул рекомендуется для детских и медицинских учреждений.
К преимуществам утеплителя относятся:
- Низкая теплопроводность – материал из каменной ваты плохо проводит тепло. Это свойство позволяет обеспечить комфортную температуру в зимние холода и летний зной.
- Эффективная шумоизоляция – акустические плиты снижают уровень посторонних звуков до приемлемого показателя. Они защищают от воздушного и ударного шума.
- Пожаробезопасность – минеральные волокна выдерживают высокую температуру без воспламенения и выделения дыма. Базальтовая вата препятствует распространению огня.
- Легкий монтаж – утеплитель продается в виде плит небольшого веса, которые без труда укладываются на изолируемую поверхность. Для работы с ними не требуется специальных инструментов и знаний.
- Паропроницаемость – волокнистая структура Роквула Акуустик батс обеспечивает беспрепятственное проникновение водяного пара. В помещении создается благоприятный микроклимат без избыточной влажности.
- Биологическая стойкость – базальтовая вата не подвержена гниению, на ней развиваются грибки. Грызуны устраивают в утеплители свои жилища.
- Водостойкость – применение специальных пропиток уменьшает поглощение влаги до уровня 1,5%.
- Материалы Роквул для звукоизоляции стен предлагаются по демократичным ценам.
Недостатки:
- При намокании базальтовой ваты снижаются ее теплоизоляционные свойства.
- У некоторых людей минеральный утеплитель вызывает аллергию.
Количество достоинство перевешивает недостатки. К тому же при грамотном монтаже жильцы дома не заметят минусов теплоизоляции.
Технические характеристики
Волокна базальтовой породы являются хорошим звукоизолирующим утеплителем для межэтажных перекрытий и стенПри выборе утеплителя важно изучить его эксплуатационные характеристики:
- Теплопроводность – 0.035-0,038 Вт/(м*К).
- Сжимаемость – менее 12%.
- Паропроницаемость – 0,3 мг/м*ч*Па.
- Класс пожарной опасности – НГ, это абсолютно негорючий утеплитель.
- Водопоглощение – 1,5% по объему при погружении в воду.
- Максимальная рабочая температура — 1000°C.
- Индекс звукоизоляции – 43-59 дБ, показатель зависит от толщины слоя.
Параметры плит Акустик Баттс:
- длина – 1000 мм;
- толщина – 40-200 мм;
- ширина – 600 мм;
- плотность – 35-45 кг/м3.
Серия Акустик Баттс Про имеет толщину от 27 до 200 мм и отличается повышенной плотностью – 60 кг/м3. Производитель указывает срок эксплуатации 50 лет, но утеплитель прослужит и дольше.
Популярная толщина Роквул Акустик
Самый широкий размер плиты акустик батс — 100 ммСреди широкого ассортимента типоразмеров утеплителя наибольшей популярностью при строительстве и ремонте пользуются 3 вида плит.
100 мм
Базальтовая вата Роквул обладает отличными теплосберегающими характеристиками. Она соответствует всем требованиям к акустическим материалам. В процессе эксплуатации плиты не деформируются. От воздействия влаги их защищает гидрофобизирующая пропитка. Толщина 100 мм является популярным вариантом, благодаря широкой сфере применения. Распространенный способ монтажа звукоизоляции – каркасная перегородка с листами гипсокартона. Для уменьшения передачи акустических колебаний по металлическому профилю на него укладывается уплотнительная лента.
50 мм
Материал со средним показателем толщины изготавливается из базальтовых пород камня. Хаотичное расположение волокон в акустической плите позволяет снизить уровень шума до 63 дБ. Универсальный утеплитель применяется для каркасных перегородок, потолков, межэтажных перекрытий. Он обладает плотностью 40 кг/м3. Плиты гидрофобизированы, они не боятся влаги.
27 мм
Плиты с наименьшей толщиной называются Акустик Ультратонкий. Они активно поглощают звуки средней и высокой частоты. Материал обладает повышенной плотностью, поэтому его эффективность сопоставима с более толстыми плитами. Утеплитель безопасен для здоровья, подходит для детских комнат. Его основной плюс – минимальный расход свободного пространства. В зависимости от типа изготовленной конструкции и при использовании уплотнительной ленты он снижает посторонние звуки до 57 дБ.
Применение теплоизоляционных материалов Роквул
Срок службы плит в квартире свыше 50 летУтеплители из базальтовой ваты применяются для любых типов помещений. Они совместимы с различной поверхностью: дерево, бетон, кирпич, металл. В линейке продукции есть материалы для теплоизоляции фундамента, цоколя, стен, пола и потолка. Большинство плит универсальны и могут использоваться на нескольких участках.
Стены
При использовании акустических плит Rockwool звукоизоляция стен может выполняться изнутри и снаружи. Утеплитель монтируют на наружные ограждающие конструкции или межкомнатные перегородки. Перед укладкой собирается каркас из металлических или деревянных направляющих. Шаг обрешетки равен ширине материала – 60 см. Поверх звуко- и теплоизоляции крепится влагозащитная и паропроницаемая мембрана. Каркасные перегородки со звукоизоляционным наполнением обшиваются листами гипсокартона. При необходимости базальтовую вату укладывают в 2 рада с воздушным зазором в 50 мм между ними.
Кровля
Утепление кровли имеет особое значение, специально для скатных конструкций частных домов разработана линейка Rockwool Скандик. Материал толщиной 100 и 150 мм применяется также для мансардных помещений. Структура плит расчитана на повышенные нагрузки, они имеют способность восстанавливать первоначальную форму. При монтаже обязательно использование ветрозащитой мембраны. Плоские кровли многоэтажных зданий утепляют продуктами серии Руф Баттс. Плотные плиты используются при создании мягкой кровли.
Пол и перекрытия
Для изоляции горизонтальных конструкций – пола и межэтажных перекрытий – применяется утеплитель Роквул Флор Баттс. Жесткие гидрофобизированные плиты имеют плотность 100-125 кг/м3. Они рассчитаны на высокую нагрузку, способствуют затуханию звука, распространяющего с соседних этажей.
Бани и сауны
Помещения с высокой влажностью и температурой требуют звукоизоляции и утепления специальными материалами. Плиты Сауна Баттс выпускаются с односторонним покрытием алюминиевой фольгой. Металлизированный слой отражает тепло и уменьшает намокание ваты. Базальтовый утеплитель сводит к минимуму вероятность пожара. Он изготавливается из экологически безопасного сырья, не плесневеет от влажности.
Техническая
Сохранение энергоресурсов – значимый аспект промышленного производства. Базальтовые плиты Роквул применяются для различных задач по утеплению, звукоизоляции и огнезащите технических объектов. Они устанавливаются на резервуары, трубопроводы, технологическое оборудование и воздуховоды. Для эффективного звукопоглощения создана линия Industrial Batts 80. Плиты каменной ваты имеют толщину 35-100 мм. Они рекомендуются для каналов со скоростью движения воздуха 20 м/с. Индекс уменьшения шума зависит от толщины плит. При использовании материалов Rockwool шумоизоляция воздуховодов выполняется в короткие сроки и с высокой эффективностью.
Продукция компании Роквул успешно применяется в частных домах и квартирах. Для утепления и звукоизоляции ее используют строительные компании и мастера, делающие ремонт своими руками.
Устойчивое развитие | Бесплатный полнотекстовый | Характеристика гипсовых композитов, содержащих отходы окурков для строительства
1. Введение
В настоящее время люди потребляют больше природных ресурсов, чем доступно на Земле. Человеческий экологический след превышает биологическую емкость Земли таким образом, что в 2016 году мировому населению потребовалось около 1,6 Земли. Ожидается, что эта ситуация ухудшится, потому что мировому населению суждено вырасти примерно до 9 человек.8 миллиардов человек в 2050 году по сравнению с нынешними 7,47 миллиардами. В этом смысле рост населения напрямую связан с образованием большого количества отходов, с которыми в настоящее время плохо справляются. В настоящее время из-за высокого спроса потребителей производится все больше и больше продуктов, и, будучи преобразованными в отходы, их становится все труднее ликвидировать из-за их состава, размера или большого количества [1]. Согласно официальной европейской статистике, в Европе образовалось 4968 кг отходов на одного жителя в год, и только около половины было переработано или повторно использовано, а оставшаяся часть была отправлена на свалку [2].Таким образом, количество отходов и их неадекватное управление были определены как одна из основных экологических проблем в настоящее время. Кроме того, строительный сектор является одной из отраслей, ответственных за наибольшее воздействие на окружающую среду и экологический след, поскольку он потребляет большое количество природных ресурсов. и производит огромное количество отходов [3,4]. В частности, в течение 2016 года в Европе образовалось около 923 миллионов тонн строительного мусора и отходов сноса, что составляет около 34% мировых европейских отходов [5].Таким образом, в настоящее время необходимы срочные сдвиги в строительном секторе для улучшения этой ситуации. Негативное воздействие на окружающую среду, вызванное строительным сектором, может быть уменьшено за счет поощрения утилизации отходов, использования экологически чистых материалов и возобновляемых источников энергии [6]. В этом смысле было проведено множество исследовательских работ с целью охарактеризовать строительные материалы, содержащие несколько категорий отходов из различных отраслей общества [7,8,9]. Одним из самых больших отходов, образующихся в нашем обществе, являются окурки, которые составляют около 13%. от общего количества предметов, собранных в ходе международной очистки побережья (1 863 838 CB из 14 337 215 предметов, собранных в целом) [10].Согласно Табачному Атласу, ежегодно выкуривается около 6 миллиардов сигарет, причем окурок трех из четырех сигарет выбрасывается ненадлежащим образом [11], что означает, что каждый день выбрасывается 12,5 миллионов окурков [12]. Кроме того, проблема заключается не только в генерируемой большой сумме, но и в сложности ее сбора и управления. Курильщики курят где угодно, а окурки очень легкие, поэтому они легко распространяются и накапливаются в большинстве мест для отдыха, таких как пляжи, тротуары и т. Д., становясь проблемой общественного здравоохранения [13,14]. Кроме того, окурки не поддаются биологическому разложению ни в земле, ни в воде, поэтому на их разложение может уйти около десяти лет [15]. Несколько инициатив пытались решить эту ситуацию, и, следовательно, все еще необходимы другие решения для захоронения отходов [16]. По этой причине несколько исследователей изучали жизнеспособность включения окурков в различные композиты для строительства зданий [16]. В большинстве этих исследований окурки используются в битумно-асфальтовых смесях с целью уменьшения их плотности.Например, Mohajerani et al. (2017) [17] исследовали возможность инкапсуляции окурков сигарет и их включения в асфальтобетон для производства переработанных конструкций тротуаров. Результаты этого исследования показали, что включение инкапсулированных окурков увеличивает пористость и, следовательно, снижает теплопроводность. Совсем недавно Jin et al. (2019) [18] включили окурки сигарет в тротуары, а также провели тест Маршалла и тест на колейность. Результаты показывают, что окурки можно использовать в качестве модификатора в асфальтовой смеси, поскольку они улучшают ходовые качества и продлевают срок службы дороги.Другие исследования были проведены с использованием окурков сигарет в бетоне, например недавнее исследование, проведенное Луо и др. (2019) [19]. Это исследование включало окурки в бетон и анализировало их влияние. Для этого были изготовлены и испытаны несколько кубических образцов, в результате чего был сделан вывод о том, что прочность на сжатие непрерывно снижалась при увеличении количества окурков. Минимальное снижение (13%) прочности на сжатие было достигнуто, когда содержание сигареты не превышало 10 кг / м 3 .Кроме того, Mohajerani et al. (2016) [13] проанализировали жизнеспособность включения до 10 мас.% Окурков в обожженные глиняные кирпичи. Результаты показали снижение плотности и прочности кирпича на сжатие при добавлении окурков. В этой статье рекомендуются кирпичи с содержанием окурка 1% по весу, поскольку они сохраняют свойства, очень похожие на эталонные. Кроме того, Сарани и Кадар (2014) [20] исследовали термическое поведение обожженных глиняных кирпичей с содержанием окурков до 5% по массе.Выводы этого исследования показали снижение плотности и теплопроводности образцов. Дальнейшие исследования были проведены с целлюлозными материалами, такие как исследование Maderuelo-Sanz et al. (2018) [21], в которых анализировались свойства и акустическое поведение сигаретных фильтров, содержащих ацетат целлюлозы. Результаты показывают, что окурки, содержащие целлюлозу, очень похожи на эталонные, и, следовательно, они могут быть альтернативой целлюлозе, коммерчески доступной в настоящее время.В дополнение к исследованиям, посвященным механическим свойствам соединений, содержащих окурки, были также обнаружены специальные исследования, изучающие акустическое поведение. Гомес Эскобар и др. (2019) [22] проанализировали возможность использования отходов от сигаретных окурков – различного размера и качества – в качестве звукопоглощающего материала. Результаты показали, что коэффициент звукопоглощения был больше 0,8 для частот более 2000 Гц. Кроме того, было установлено, что длина и качество стыков являются ключевыми факторами, влияющими на коэффициент звукопоглощения.Несмотря на то, что было проведено несколько исследований по включению окурков в строительные материалы – в основном для улучшения механических свойств и снижения веса – ни одна из исследований не включала окурки в гипсовые композиты. В этом смысле добавление отходов окурков (CBW) в гипсовые композиты все еще остается пробелом в исследованиях, требующим дальнейшего изучения. Добавление CBW в гипсовые композиты улучшит механические свойства гипса, а также уменьшит количество потребляемого природного гипса, помогая удалить большое количество отходов с нашей планеты.Таким образом, основная цель этого исследования – охарактеризовать гипсовые композиты, содержащие отходы окурков.
4. Обсуждение
Это исследование демонстрирует, что механические свойства гипса улучшаются с помощью CBW. Анализируя эти результаты, следующие шаги должны быть сосредоточены на уменьшении количества гипса в смеси, поскольку наилучшее соотношение между физическими свойствами и плотностью было достигнуто с компаундом CBW1.5.
Что касается акустических свойств, звукопоглощение не улучшается по сравнению с эталоном.Доля CBW недостаточна для значительного улучшения звукопоглощения. Впитывающая способность гипса больше, чем механические свойства. Преимущество включения CBW должно быть достигнуто за счет более высоких пропорций CBW и уменьшения количества гипса до минимально допустимого. Следовательно, для этого конкретного использования необходимы дополнительные исследовательские работы для изучения альтернативных смесей, в которых количество гипса уменьшено в больших пропорциях.
Включение CBW в гипсовую матрицу – хороший способ сэкономить гипс, так как механические свойства остаются одинаковыми и составляют около 7.2% гипса можно сэкономить при введении 2,5% масс CBW. В верхней части этого раздела было объявлено, что лучшим составом является CBW1,5, поэтому, связав этот результат с результатами экономии гипса, мы можем сделать вывод, что процентное содержание CBW1,5 может обеспечить экономию гипса около 4,4%. Таким образом, этот состав дал не самую большую экономию, но и хороший результат.
В дополнение к использованию CBW в гипсовых композитах, будущие направления исследований могут привести нас к выяснению минимального количества гипса, необходимого для сохранения (или даже улучшения) механических свойств эталона.В этом смысле необходимо также учитывать количество воды в отношении звукопоглощения. Было продемонстрировано, что уменьшение количества используемого гипса может быть достигнуто за счет включения CBW.
На данный момент этот материал подходит для изготовления сборных панелей, таких как плиты подвесного потолка или внутренние облицовочные стены, поскольку сцепление с керамической опорой не является улучшенной характеристикой, хотя она соответствует стандарту. Различные типы панелей, которые в настоящее время продаются на рынке, можно производить из CBW, улучшая их свойства, экономя деньги и удаляя отходы с нашей планеты.Кроме того, этот гипс, содержащий CBW, может использоваться в качестве внутренней лепнины (как и обычная штукатурка), и будущие исследовательские работы должны быть сосредоточены на стыках с опорой, и потребуются дальнейшие исследования для улучшения прочности сцепления. Важно подчеркнуть, что будущие исследования могут быть сосредоточены на пористости, водопоглощении и удобоукладываемости, поскольку это ключевое свойство при промышленном производстве сборных железобетонных изделий.
Любой другой строительный элемент, который в настоящее время изготавливается из гипса, может быть изготовлен из гипса CBW.
Анализ характеристик совместного подавления акустического эха и шума в периодическом волноводе бурильной колонны
Новый метод беспроводной телеметрии данных, используемый в нефтяной промышленности, использует акустические волны сжатия для передачи скважинной информации от забоя на поверхность. К сожалению, акустические эхосигналы и шумы от вибрации при бурении в периодической бурильной колонне являются серьезной проблемой в характеристиках передачи. Комбинированный метод подавления акустического эха и шума, основанный на характеристике волнового движения в бурильной колонне, применяется для усиления восходящего передаваемого акустического сигнала.Представленная схема состоит из первичного компенсатора акустического эха, использующего массив из двух акселерометров для борьбы с нисходящими шумами, и вторичной акустической изоляционной конструкции для ограничения восходящих вибрационных шумов. Кроме того, вторичная акустическая изоляционная структура демонстрирует полосатую и дисперсную спектральную структуру из-за периодической конфигурации канавок. Используя конечно-дифференциальный алгоритм для одномерного распространения продольных волн, акустические характеристики приема передаваемых сигналов моделируются с помощью аддитивного гауссовского шума в периодической трубной структуре ограниченной длины для исследования влияния на оптимизацию характеристик передачи.Результаты показывают, что предложенная схема может обеспечить гораздо более низкое битовое отношение ошибок в заданном диапазоне частот акустической изоляции при снижении среднего уровня шума на 30–40 дБ по сравнению с традиционной схемой с одним приемником.
1. Введение
В нефтяной промышленности съемка во время бурения (MWD) имеет большое значение для успешного завершения процесса бурения [1]. Такая информация, если она передана на поверхность, может быть использована для оптимизации бурения путем регулировки направления бурения и для понимания внутрискважинных условий пласта в режиме реального времени [2].Эти полезные данные, относящиеся к подземному образованию земли, могут быть получены разными способами [3]. Общие подходы называются либо MWD, либо каротаж во время бурения (LWD), потому что скважинная информация может быть получена быстрее и с меньшими затратами с использованием таких методов [4]. В настоящее время методы телеметрии, доступные для инструментов MWD и LWD, в первую очередь включают телеметрию с гидроимпульсами, сверхнизкочастотную электромагнитную (ЭМ) телеметрию, высокоскоростную телеметрию по проводным трубам и акустическую телеметрию бурильной колонны.Телеметрия гидроимпульсов является наиболее коммерчески успешным методом. Однако скорость передачи данных ограничена несколькими битами в секунду из-за ослабления и расширения импульсов. При использовании сильно сжимаемого бурового раствора на депрессии такой подход может стать неэффективным [5]. Электрометрическая телеметрия рассматривалась для услуг MWD, но электромагнитные сигналы также подвергаются сильному затуханию в областях с низким удельным сопротивлением пласта, в обсаженных скважинах и там, где скважинный флюид обладает высокой проводимостью. А именно, считается, что он имеет ограниченный диапазон, зависит от характеристик, особенно удельного сопротивления, формаций, окружающих ствол скважины, а также имеет ограниченную скорость передачи данных [6].Высокоскоростная телеметрия по проводным трубам может быть реализована с помощью уникальной системы проводных бурильных труб и связанных с ними буровых инструментов, соединяющих колонну MWD с поверхностью. Поскольку требуются специальные бурильные трубы и специальные замковые соединения, стоимость буровых работ существенно возрастет. Передача данных по бурильной колонне с помощью волн акустического напряжения предлагает еще одну возможность связи. Еще в 1948 году акустическая телеметрия была определена как потенциальный метод высокоскоростной связи.Фактически, бурильная колонна не имеет однородной площади поперечного сечения, и отдельные трубы соединяются вместе с интервалами 10 метров с помощью тяжелых резьбовых соединений [7]. Следовательно, характеристики передачи демонстрируют полосчатую и дисперсную структуру, основанную на теоретическом анализе идеализированной бурильной колонны, представленном Барнсом и Кирквудом в 1972 г. [8]. По сравнению с другими методами передачи, акустическая телеметрия бурильной колонны имеет преимущества в том, что потенциально обеспечивает высокую скорость передачи данных и не зависит от свойств пласта.Более того, уникальная многоузловая сеть акустической телеметрии, способная передавать данные со скоростью более 30 бит в секунду, была разработана и успешно внедрена в приложениях для бурения [9]. В этом случае волны бурильной колонны могут быть измерены для передачи информации от бурового долота на поверхность. К сожалению, серьезной проблемой, связанной с передачей акустических данных во время бурения, является то, что текущие буровые работы имеют тенденцию генерировать шум с широкой полосой пропускания, который загрязняет канал передачи акустических данных, по которому передаются акустические данные.Одним из источников таких шумов является буровое долото, обычно расположенное на конце бурильной колонны, которое будет создавать более сильные восходящие буровые шумы, мешающие требуемым акустическим данным восходящего движения. Другой вариант – это верхний привод или другое механическое оборудование, расположенное на поверхности и связанное с бурильной колонной, которое будет создавать нисходящие поверхностные шумы, мешающие акустическим данным восходящей линии связи. Из-за акустической природы передаваемые акустические данные искажаются короткопериодическими и долгопериодическими реверберациями, создаваемыми множественными отражениями, возникающими в бурильной колонне.Независимо от их источника, такие шумы сильно ухудшают отношение сигнал / шум (SNR), тем самым затрудняя идентификацию и анализ данных для этого типа акустической телеметрии. Следовательно, подавление акустического эха и шума является более серьезной проблемой при множественных положениях рассогласования акустического импеданса в бурильной колонне, где акустические волны свободно проходят вверх и вниз по бурильной колонне и искажают данные передачи.
Что касается вышеупомянутой проблемы, теоретические модели и схемы, касающиеся подавления акустического эха или скважинного шума, были в некоторой степени независимо изучены.Что касается подавления акустического эха, Ректор и Марион использовали зависящий от данных оператор деконволюции для выполнения обратной фильтрации множественных акустических отражений [10], которые могут вызывать искажения сигнала из-за когерентного шума при измерениях на поверхности. Драмхеллер и Скотт продемонстрировали аппаратный метод подавления эха с использованием новой цифровой схемы временной задержки и пары разнесенных датчиков, таких как тензодатчики или акселерометры [11]. В этом методе требуется точное управление задержкой бегущих волн между двумя датчиками и адаптивными фильтрами.Полетто представил метод анализа подавления реверберации на основе двойного датчика путем измерения ускорения и деформации с противоположными коэффициентами отражения [12]. Добавление двойных волн позволяет удалить часть отражений от бурильной колонны, но может уменьшить шум одностороннего отражения от одного конца бурильной колонны, когда приемники находятся в промежуточных положениях. Sinanović et al. описали теоретическую модель канала и проанализировали схему с двумя приемниками, в которой использовался тот факт, что доминирующий источник поверхностного шума и сигнал, соответственно, распространяются вверх и вниз [13].Различные задержки между двумя сигналами на двух приемниках используются для подавления поверхностного шума нисходящей линии связи путем применения соответствующих фильтров в этой модели. Однако для простоты он учитывает только отражения волн первого порядка на концах труб и усложняется при рассмотрении множественных отражений. Кроме того, скважинный шум от бурового долота имеет тенденцию создавать шум с широкой полосой пропускания, который ухудшает характеристики акустической передачи данных. Михан продемонстрировал, что перегородочный фильтр, содержащий периодическую структуру, обычно 20 м, расположенную выше или ниже акустического переводника, может уменьшить влияние шума бурового долота на модулированную крутильную волну [14].Однако эта схема не решает более серьезную проблему, связанную с отражением волны нисходящей линии связи относительно незатухающим путем обратно к передатчику, где это может ухудшить акустическую телеметрическую волну восходящей линии связи. Согласно феномену отражения волн, вызванному рассогласованием акустического импеданса, Drumheller et al. раскрыли акустический изолятор, содержащий несколько трубчатых элементов, соединенных последовательно, чтобы уменьшить потенциально разрушительные отражения от помех восходящей волне [15]. Эта раскрытая схема требует применения настроечных стержней, длина которых отличается от нечетных, кратных четверти длины репрезентативной акустической волны, и скважинный шумоизолятор в заранее определенном диапазоне акустических частот не рассматривается.Затем Шах и др. введено несколько демпфирующих элементов, включая одну или группу из двух или нескольких вложенных друг в друга цилиндрических гильз в радиальном направлении, чтобы сконфигурировать низкочастотный скважинный акустический аттенюатор для ослабления акустических сигналов на частотах ниже 5 кГц [16], но сложная конструкция акустической изоляции (AIS) требуется, и особенно его радиальный размер все еще ограничен размером пробуренной скважины. Несколько других патентов также были представлены на акустические изоляторы, но большинство из них специально используются для сейсмического сигнала, передаваемого через пласты, вместо акустического сигнала, индуцируемого в бурильной колонне.Более того, их акустические модели, физические конструкции и звукоизоляционные характеристики не приводятся подробно. В этой статье, учитывая влияние скважинных / поверхностных шумов и периодического канала бурильной колонны, разработан улучшенный метод совместного эхоподавления и подавления шума для оптимизации сигнала связи, принимаемого в приемнике, на основе нескольких характеристик передачи продольных волн в восходящем и нисходящем каналах бурильной колонны. .
2. Архитектура метода
Применение акустической телеметрии в условиях бурения в реальном времени намного сложнее.Это в первую очередь связано с повышенным шумом от наземного оборудования и буровых работ, а также с проблемой нежелательных отражений акустических волн, связанных с лучевой конструкцией бурильной колонны и скважинными компонентами, такими как компоновка низа бурильной колонны (КНБК), обычно прикрепляемая к концу бурильную колонну [17]. Буровое долото разрушает пласт и создает акустические волны сжатия, распространяющиеся в бурильной колонне. Обычные операции бурения также создают внутриполосный акустический шум от множества источников с интенсивностью, сопоставимой с выходной мощностью акустического преобразователя.Поверхностный шум от операций наземного бурения еще больше ухудшает сигнал, посылаемый передатчиком. Мы используем идеализированную модель, показанную на рисунке 1, для анализа характеристик акустической телеметрии.
Согласно схематической модели, два акустических приемника могут быть расположены на верхнем конце бурильной колонны на поверхности скважины или рядом с ним. И шум долота, и поверхностный шум серьезно затрудняют передачу исходного сигнала возбуждения во время бурения.С одной стороны, шум, распространяющийся вверх по КНБК, смешивается с выходным сигналом передатчика. С другой стороны, шум, идущий вниз по бурильной колонне, воспринимается приемником. Учитывая тот факт, что акустические волны сжатия распространяются в бурильной колонне в двух направлениях, смешанный сигнал реверберации, образованный акустическими сигналами, достигает приемника в многолучевых бурильных трубах. В соответствии с трактами передачи акустических волн восходящей и нисходящей линиями связи, на сторонах приемника и передатчика, соответственно, вводятся компенсатор акустического эха (AEC) и AIS, как показано на рисунке 1, для получения более высокого отношения сигнал / шум и более низкого коэффициента ошибок по битам. (BER).
2.1. Использование двойных волн для подавления эхо-сигналов по нисходящей линии связи
Сигналы акустической телеметрии нарушаются множественными реверберациями, создаваемыми отражениями, возникающими в положениях несоответствия акустического импеданса. Двойные измерения регистрируют отраженные волны, распространяющиеся в одном направлении, и позволяют удалить отражения волн бурильной колонны и нежелательные шумы. Для простоты игнорируется влияние шума бурового долота и соответствующего акустического изолятора. Ссылаясь на рисунок 2 для простоты, два акустических приемника и разнесенные на четверть длины волны несущей частоты размещены на первой трубе в верхней части бурильной колонны для регистрации двух сигналов и их отражений.Шум состоит из прямого поверхностного шума, а также эхо-сигналов в нисходящей линии связи смешанных сигналов от прямого поверхностного шума и исходного сигнала возбуждения. Согласно теории стоячей волны, приемник расположен примерно около верхнего конца бурильной колонны, а нижний приемник – далеко от приемника. Принимая во внимание эффекты многократных отражений в канале бурильной колонны, в предлагаемой модели вводятся характеристики восходящего и нисходящего каналов. Предполагая, что единичное импульсное возбуждение передается на нижний конец бурильной колонны, отклики импульсного возбуждения, полученные приемниками и, соответственно, определяются как и.Аналогично, если предположить, что единичное импульсное возбуждение передается на верхний конец бурильной колонны, отклики импульсного возбуждения, собранные обоими приемниками, соответственно, определяются как и. Соответственно, с точки зрения модели канала на Рисунке 2, результирующие сигналы на приемниках и равны
С помощью алгоритма быстрого преобразования Фурье (БПФ) (1) записывается как где,,, и – преобразования Фурье функций,, и в частотной области соответственно.
Поскольку шум, движущийся вниз, мешающий выделению акустического сигнала, представляет собой смешанный сигнал шума и данных из-за множественных отражений, следующий результат может быть достигнут с помощью (2) для минимизации количества шума, передаваемого вверх к поверхности:
Следует отметить, что функции и в (1) могут быть определены в моделировании путем решения переходных характеристик на двух акустических приемниках и в соответствии с одномерным уравнением распространения волны растяжения в периодической бурильной колонне, когда единичное импульсное возбуждение наносится на нижний конец бурильной колонны.Аналогичным образом, функции и также могут быть подтверждены, когда единичное импульсное возбуждение применяется к верхнему концу бурильной колонны. Таким образом,,, и могут быть получены преобразованиями Фурье. Кроме того, соответствующие отклики каналов восходящей и нисходящей линии связи в канале связи между наземным приемником и скважинным передатчиком в реальных приложениях дискретизируются после того, как в скважинном передатчике и на поверхности бурильной колонны генерируется известный ЛЧМ-сигнал, соответственно. Передаточная функция канала может быть определена путем взаимной корреляции принятого сигнала с опорным ЛЧМ-сигналом с использованием частотного спектра принятого сигнала и частотного спектра опорного ЛЧМ-сигнала.На основе определенной передаточной функции функции,, и в (3) могут быть в конечном итоге решены.
С обратным преобразованием Фурье исходный сигнал возбуждения может быть вычислен с помощью
Затем восстановленный сигнал, обнаруженный сдвоенными приемниками, будет обработан полосовым фильтром, так что частотный контент будет ограничен полосой пропускания или полосами, которые используются для передачи данных. Кроме того, он может устранить высокочастотное содержимое, вносимое вычислением алгоритма.
2.2. Акустический изолятор для подавления скважинного шума в восходящей линии связи
Как упоминалось выше, скважинный шум также имеет значение для акустической телеметрии. Традиционным ответом на эту проблему было бы размещение устройства акустической телеметрии над КНБК и простое направление акустической энергии вверх по бурильной колонне от компонентов КНБК. К сожалению, типичные акустические передатчики излучают волны одинаковой величины как в направлении «вверх», так и «вниз», и, в частности, бегущие вниз волны могут отражаться, приводя к деструктивной интерференции с бегущими вверх волнами.Принимая во внимание полосовые характеристики спектрального отклика периодической бурильной колонны, одиночный АИС с периодическими кольцевыми канавками для звукоизоляции спроектирован аналогично тому, как показано на рисунке 3, на основе принципа механической виброизоляции.
Его можно вставить между передатчиком и утяжеленной бурильной трубой, чтобы предотвратить нежелательные сильные отражения на передатчик и после приемника. Как показано на рисунке 3, звукоизоляционные характеристики акустического изолятора зависят от длины канавки, длины выпуклой части между соседними канавками и количества канавок.В соответствии с теорией акустической изоляции при акустическом каротажном каротаже в этой статье длины и установлены равными одной четверти длины волны несущей частоты, чтобы можно было определить центральную частоту для достижения оптимального ослабления шума. и равны для простоты реализации и обозначены одной и той же буквой в этой статье, а внутренний и внешний диаметры канавок и выпуклых частей, соответственно, имеют тот же размер, что и у труб и замков, как указано в таблице 1.Для АИС можно использовать тот же материал, что и для бурильных труб.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Тогда характеристики звукоизоляции могут быть представлены потерями при передаче, как показано в следующем уравнении: где и – соответственно амплитуда падающего и прошедшего звука до и после акустического изолятора в частотной области, а коэффициент передачи, относящийся к характеристикам передачи акустического изолятора, может быть определен с помощью цепи Маркова [18].Предполагая, что коэффициенты отражения и передачи в замке обозначены и, передаточная матрица отражения и передачи звука в замке между -1 и определяется выражением
Затем коэффициент передачи можно определить, задав канал передачи и граничные условия. Ссылаясь на базовую структуру, описанную на рисунке 3, одиночный AIS, состоящий из трех равномерно разнесенных канавок, используется в численном моделировании, где на акустический изолятор воздействуют единичным импульсным воздействием.Тогда импульсная характеристика и потеря передачи ослабленного акустического сигнала, проходящего через акустический изолятор, могут быть разрешены в частотной области в соответствии с (5) и (6) на основе метода цепей Маркова. На рисунке 4 показаны частотные характеристики импульсов и потери при передаче звука для различных акустических изоляторов, когда длина канавки и выпуклой части составляет 1,28 м, 0,64 м и 0,32 м соответственно. Результат показывает, что акустический изолятор с равномерно разнесенными периодическими кольцевыми канавками также имеет полосатую и дисперсионную частотную характеристику, которая имеет несколько полос пропускания и полос задерживания.В частотном спектре каждой полосы пропускания создается сложная диаграмма пиков. И все полосы пропускания имеют одинаковое количество пиков. Это число связано с количеством канавок в акустическом изоляторе. Как показано на рисунке 4 (а), результаты, полученные с помощью акустического изолятора с тремя канавками, дают около трех пиков, не считая двух пиков на краях в каждой полосе пропускания. Соответствующие потери при передаче звука каждой AIS показаны на рисунке 4 (b). Для сравнения, сигналы в полосах задерживания распространяются с резким уменьшением амплитуды, что объясняет, почему такая механическая структурная конфигурация может подавлять внутрискважинный шум восходящей линии связи.Однако центральная частота в первой полосе задерживания звукоизоляции приблизительно уменьшается с 4 кГц до 1 кГц, когда длина канавок и выпуклых участков увеличивается до 1,28 м с 0,32 м, что приводит к более узкой полосе звукоизоляции при максимальной звукоизоляции 80 дБ. Другими словами, физические размеры акустического изолятора могут быть отрегулированы в соответствии с необходимостью снижения шума в заданном диапазоне частот.
К сожалению, добавление дополнительных компонентов КНБК, вызывающих большее количество отражений, часто происходит во время буровых работ.Характеристики одиночного акустического изолятора сильно ограничены по амплитуде и полосе пропускания из-за ограниченных размеров конструкции. Таким образом, выгодно использовать комбинированный акустический изолятор. Пример показан на Рисунке 5. Комбинированный акустический изолятор состоит из относительно низко-, средне- и высокочастотных одиночных субизоляторов, соединенных последовательно. Среди этих трех субизоляторов низкочастотный переводник подключен к утяжеленной бурильной трубы, а высокочастотный переводник подключен к передающему узлу, содержащему передатчик акустических волн.Каждый сабвуфер имеет следующие характеристики: полоса пропускания одного сабвуфера перекрывается с полосой задерживания соседнего сабвуфера, чтобы иметь более широкую полосу пропускания, чем у одиночного акустического изолятора. Возвращаясь к рисунку 4 (b), центральная частота в первой полосе задерживания акустической изоляции составляет 1 кГц, 2 кГц и 4 кГц, когда длина установлена на 1,28 м, 0,64 м и 0,32 м соответственно. Их кривые звукоизоляции с гребенчатым спектром накладываются друг на друга. По этой причине частоты 1 кГц, 2 кГц и 4 кГц в диапазоне частот ниже 5 кГц, доступные для акустической телеметрии бурильной колонны, используются в качестве центральных частот звукоизоляции в диапазонах низких, средних и высоких частот соответственно. .Частотно-импульсные характеристики и потери при передаче звука комбинированного акустического изолятора показаны на рисунке 6.
Кривая частотно-импульсной характеристики на рисунке 6 также имеет отличительную особенность, характеризующуюся наличием полос пропускания и полос задерживания. Однако эта функция отличается от функции одиночного акустического изолятора, поскольку первая полоса задерживания расширена и увеличивается примерно до 0,5–7,5 кГц. Пунктирная кривая звукоизоляции показывает аналогичное колоколообразное симметричное распределение вдоль центральной частоты 4 кГц с регулярным рисунком мелких шипов.По сравнению с одиночным акустическим изолятором, показанным на Рисунке 4, комбинированный акустический изолятор в целом имеет улучшенные характеристики с увеличенной максимальной звукоизоляцией на 280 дБ. Следовательно, путем включения в бурильную колонну одного или нескольких устройств, способных поглощать низкочастотную акустическую энергию, количество шума скважинного бурового долота, входящего в канал бурильной колонны, будет уменьшено. Однако максимальная звукоизоляция достигается в первой полосе задерживания на соседних 5 кГц вместо центральной частоты 4 кГц.Это явление объясняется эффектом стоячей волны, возникающим при пересечении полос пропускания и полос задерживания между соседними субизоляторами. Несовершенство конструкции влияет на подавление шума, поэтому существует сильная корреляция между изоляцией корпусного шума и распределением шумоподавления внутри акустического изолятора.
3. Моделирование характеристик передачи
Раздел 2 представляет подробный анализ метода совместного акустического эха и снижения шума в канале бурильной колонны.Барнс и Кирквуд в 1972 году указали, что периодическая структура, образованная секциями труб и замков, приводит к частотной фильтрации и множественным эхо-сигналам [8]. Несовпадение акустического импеданса, вызванное прерывистой структурой бурильной колонны, также проявляется в виде поверхностных и скважинных шумов через многочисленные выбросы в каждой из полос пропускания спектра передачи. Результаты этого анализа демонстрируют важность устранения эхо-шумов и усиления восходящего акустического телеметрического сигнала, собираемого приемником.В этом разделе характеристики передачи звука вдоль бурильной колонны конечной длины моделируются методом конечных разностей во временной области с использованием следующего уравнения: где,, и – модуль Юнга, плотность, продольное смещение и площадь поперечного сечения бурильной колонны, соответственно.
Уравнение (7) имеет форму классического волнового уравнения. Механизмы ослабления, которые присутствуют в реальной полевой среде, не включаются в анализ. Эти механизмы включают вязкое рассеяние энергии в окружающем буровом растворе и физический контакт с пластом и обсадной колонной скважины.Однако, поскольку периодическая структура вызовет перераспределение, а не просто уменьшение амплитуды и распространение волны, в этой статье основное внимание уделяется эффектам распространяющегося эха и шума в бурильной колонне.
Алгоритмы линейных одномерных волновых уравнений во временной области имеют преимущества для многих задач со сложными комбинациями геометрии и граничных условий. Бурильная колонна разделена на сегменты. Внутри каждого сегмента предполагается, что плотность и площадь поперечного сечения постоянны.Положение точки сетки обозначается целым числом. Положение внутри сегмента между точками сетки и обозначено числом. Поле смещения в точке сетки аппроксимируется дискретным набором значений. Для повышения стабильности алгоритма используется единый критический шаг по времени. Используя простые центрированные разности, (7) переписывается как где обозначает время; критический временной шаг; обозначает положение, а представляет собой сопротивление струны для осевых (или продольных) волн.Задав граничные условия может быть проанализировано переходное поведение акустической передачи вдоль бурильной колонны.
3.1. Характеристики звукоизоляции
Из-за периодической структуры бурильной колонны в моделировании переходных процессов используются десять бурильных труб, разделенных девятью замками, как указано в таблице 1. Общая длина бурильной колонны около 95,4 м. Возвращаясь к Рисунку 1, акустический передатчик расположен рядом с нижним концом бурильной колонны. Комбинированный акустический изолятор длиной 13.4 м находится под акустическим передатчиком. Верхний конец бурильной колонны моделируется как неподвижный конец из-за массы блоков, на которых подвешена бурильная колонна, или массы буровой платформы. Согласно полученной кривой пропускной способности восходящего канала в зависимости от отношения сигнал / шум с использованием данных измерений долота и поверхностного шума и математической модели для бурильной колонны длиной примерно 2 км в [19], пропускная способность восходящего канала может быть достигнута для отношения сигнал / шум немного меньше 0. дБ с учетом практически достижимой скорости передачи данных в несколько сотен бит / с.В этом случае, предполагая, что восходящий шум от бита является аддитивным и гауссовым, гауссовский белый шум с нулевым средним значением и вариацией 8 воздействует на нижний конец акустического изолятора. Из шаблонов полос пропускания и полос задерживания в моделируемом канале бурильной колонны на передатчик подается непрерывный синусоидальный импульс частотой 1,52 кГц с единичной амплитудой в области полосы пропускания. Таким образом, SNR -1,17 дБ на скважинном передатчике при моделировании оказывается близким к фактическим условиям.Два акустических приемника, разнесенных на четверть длины волны друг от друга, размещаются на первой трубе в верхней части бурильной колонны для регистрации двух сигналов. Двухлучевые сигналы обрабатываются, чтобы извлечь необработанный сигнал возбуждения, отфильтрованный эхоподавителем в соответствии с (4). Затем полученный отклик сигнала в частотной области показан на рисунке 7, где комбинированный акустический изолятор либо используется, либо не используется. Результаты показывают, что принятый сигнал имеет вид белого шума, что означает, что восходящий шум мешает передаваемым данным.В отсутствие комбинированного акустического изолятора шум канала в целом почти такой же интенсивный, как реакция интенсивности сигнала на возбуждающей частоте 1,52 кГц в диапазоне частот от 0 до 8 кГц. Поскольку передаваемый сигнал покрывается шумом, отсутствие акустического изолятора может привести к тому, что сигнал вообще не будет приниматься на поверхности. Однако можно получить все более лучшее соотношение сигнал / шум, если доступен комбинированный акустический изолятор. Сплошная линия на рисунке 7 показывает, что интенсивность сигнала на уровне 1.Частота возбуждения 52 кГц превышает интенсивность шума более чем на 50 дБ. Также комбинированный акустический изолятор позволяет эффективно снизить уровень шума на 30–40 дБ при среднем уровне шума. Следовательно, соответствующий акустический изолятор, сформированный вдоль бурильной колонны под скважинным акустическим передатчиком, эффективен при отражении распространяющихся «вверх» волн, исходящих из-под изолятора, тем самым дополнительно защищая источник акустических волн от возможных вредных помех.
3.2. Передача модулированного сигнала
Было обнаружено, что определенные дискретные полосы пропускания частот позволяют передавать акустический сигнал с минимальным уровнем затухания в собранной бурильной колонне [20]. Важно, чтобы характеристики передачи акустического сигнала оценивались путем отправки модулированных данных по бурильной колонне в оптимальной полосе пропускания. Двоичные данные обычно отправляются тремя основными способами, включая модуляцию с амплитудной манипуляцией (ASK), модуляцию с частотной манипуляцией (FSK) и модуляцию с фазовой манипуляцией (PSK) [21].И в настоящее время простые схемы модуляции связи, такие как ASK, FSK, PSK и их производные, по-прежнему широко применяются в реальных скважинных телеметрических системах. Следовательно, с точки зрения основного эксперимента и теста производительности, мы выводим модуляцию ASK, FSK или PSK, которая будет применяться к цифровому сигналу основной полосы частот соответственно. Пакет из 50-битной модулированной псевдослучайной двоичной кодовой последовательности переносится на левый конец бурильной колонны. Несущая частота и скорость передачи данных соответственно настроены на 1.52 кГц и 450 бит / с. Каждая из схем цифровой модуляции тестируется моделированием десять раз для оценки эффективности передачи акустических данных. Условия моделирования, касающиеся бурильной колонны, комбинированного акустического изолятора, восходящего шума и конфигураций с двумя приемниками, описанные в разделе 3.1, представлены в этом разделе. Более того, аддитивный белый гауссов шум с нулевым средним и вариацией 8 воздействует на верхний конец бурильной колонны, чтобы моделировать эффекты нисходящего поверхностного шума.В этом случае смешанный сигнал и шум сосуществуют в канале моделирования периодических замираний.
Во-первых, чтобы доказать наличие AEC, факторы влияния, связанные с акустическим изолятором и шумом, могут быть проигнорированы. Выход приемника в оптимальном положении рекомендуется как сигнал одиночного приемника. Затем кривые BER вдоль 95,4-метровой бурильной колонны для трех различных типов модуляции в режиме с одним или двумя приемниками представлены на рисунке 8. Результаты моделирования на рисунке 8 (a) показывают, что нет очевидной разницы между BER в режиме одного приемника.Они варьируются в пределах 47–50,4%. Тем не менее, средний BER значительно снижается более чем на 94% при использовании режима двойного приемника на рисунке 8 (b). В целом, PSK менее подвержен ошибкам, чем две другие схемы модуляции, но требует более сложного процесса восстановления фазы. В частности, средний BER импульсного сигнала с PSK-модуляцией снижается до 0,8% с 47%, если схема с двумя приемниками заменяется схемой с одним приемником. Это доказывает, что соответствующее использование двух акустических приемников с соответствующей схемой модуляции может обеспечить более высокое отношение сигнал / шум и скорость передачи данных в многолучевом канале бурильной колонны.
Затем вводятся комбинированный акустический изолятор и шум, чтобы рассмотреть функции AEC и AIS вместе, чтобы оценить характеристики звукоизоляции и подавления эха. Кривые BER вдоль бурильной колонны в отсутствие и при наличии комбинированного акустического изолятора представлены на Рисунке 9. По сравнению с кривыми BER на Рисунке 8 (b), средний BER для трех вышеуказанных видов модуляции при различных граничных условиях составляет изложены в таблице 2.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Как упоминалось ранее, эхо-шум имеет тенденцию к снижению отношения сигнал / шум независимо от источника шума. Скорость передачи звука и диапазон телеметрии ограничены из-за низкого BER. Из таблицы 2 можно сделать вывод, что для скважинной акустической телеметрии необходимо установить надлежащий акустический изолятор под передатчиком, поскольку шум бурового долота и сильная реверберация КНБК ухудшают поиск передаваемого сигнала.Например, средний BER становится намного хуже в отсутствие акустического изолятора, когда шум передается через бурильную колонну, а затем достигает приемника. BER для модуляции ASK или FSK увеличивается более чем на 17%, но модуляция PSK с относительным более низким BER 4% превосходит другие. После использования предложенного комбинированного акустического изолятора худшая ситуация ограничивается резко улучшенным BER, составляющим 6,4%, 7% и 0,6% для трех вышеупомянутых основных режимов модуляции.В частности, модуляция PSK обеспечивает гораздо лучшие характеристики BER, которые немного превышают BER 0,8% в случае игнорирования акустического изолятора и шума, как показано на рисунке 8 (b). Это явление может быть результатом не только выбранного порога фазочувствительной демодуляции, но также усиления сигнала, вызванного акустическим изолятором. Можно сделать вывод, что модуляция PSK более адаптирована к стабильным условиям канала из-за большей чувствительности к фазовому шуму, в то время как модуляция FSK является привлекательной модуляцией, когда фаза изменяется слишком быстро, чтобы ее можно было отслеживать.Напротив, модуляция ASK страдает от самого высокого BER. Однако при правильной реализации ASK может фактически также демонстрировать более низкую вероятность ошибки по сравнению с SNR для двух приемников, особенно для канала с ограниченной полосой пропускания. В заключение, кривые BER на рисунке 9 показывают, что характеристики передачи звука значительно улучшаются за счет предложенной новой схемы совместного приема двух волн и звукоизоляции. Это может позволить снизить уровень шума до допустимого уровня, наряду с правильной комбинированной схемой межсимвольных помех (ISI) и кодирования модуляции, что дополнительно способствует устранению акустических помех в волноводе бурильной колонны.
4. Выводы
Акустическая телеметрия – многообещающий метод передачи скважинной информации на поверхность в процессе бурения. Однако ситуация еще более усложняется из-за того, что обычно наблюдается значительный поверхностный и скважинный шум. Периодическая структура бурильной колонны как среды передачи также усугубляет проблемы эхо-шума и искажения сигнала. Что касается пути передачи акустического эха и шума вдоль бурильной колонны, предусмотрена совместная схема подавления акустического эха и шума с использованием компенсатора акустического эха и акустической изоляционной структуры для ослабления нежелательных множественных возмущений до того, как они могут помешать необходимому движению вверх. волны в приемнике.Хотя три типа волн, включая волны растяжения, изгиба и крутильные волны, будут распространяться в бурильной колонне в реальных условиях бурения, поперечное движение, вызванное изгибными волнами, легко сочетается с окружающими буровыми растворами и волнами растяжения, что приводит к большому затуханию и сильному внутрискважинному шуму. . К сожалению, крутильные волны испытывают более сильные отражения от замков бурильных труб, поскольку их отражение зависит от соотношения полярных моментов инерции площадей поперечного сечения, и большая часть шумов от бурения приходится на крутильный режим.Следовательно, объемные волны обеспечивают превосходные характеристики передачи для связи. Используя конечно-дифференциальный алгоритм для одномерного распространения продольных волн, характеристики акустической передачи по каналу периодической трубной конструкции моделируются либо в одном приемнике, либо в двух приемниках и либо с помощью акустического изолятора, либо не над скважинным передатчиком. Результаты подтверждают, что соответствующее использование предложенной схемы может предложить более низкий коэффициент ошибок по битам и улучшенные характеристики передачи в многолучевом канале бурильной колонны за счет удаления этих нежелательных волн в направлениях «вверх» и «вниз».
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.
Благодарности
Авторы выражают благодарность Национальному фонду естественных наук Китая (№№ 50
5, 61121003) и исследовательской группе Changjiang Scholars и инновационной исследовательской группе в университете за поддержку этого исследования.
Звукоизоляционное решение, дающее вторую жизнь окуркам | Green New Deal
Испанская группа исследователей превращает старые сигаретные фильтры в звукоизоляцию.
Ежегодно в мире потребляется 5,5 триллиона сигарет, и, по оценкам, 4 триллиона из них выбрасываются в виде окурков где-нибудь, на тротуарах, на природе или в наших океанах. Сигаретные окурки на самом деле являются наиболее часто встречающимся типом мусора в океане. Фильтры внутри окурков – изготовленные из ацетата целлюлозы – не поддаются биологическому разложению и распадаются на крошечные микроволокна, которые попадают в воду. Остатки табака представляют опасность и для морских животных, которые могут их проглотить.
Что, если бы можно было превратить такой огромный глобальный поток отходов в коммерчески жизнеспособные продукты? Группа исследователей из Испании нашла способ сделать это – превратить окурки в звукоизоляцию.
После написания диссертации об акустических свойствах переработанной пробки профессор физики Рубен Мадеруэло-Санс присоединился к Валентину Гомесу Эскобару из Университета Эстремадуры, чтобы продолжить изучение звукоизоляционного потенциала несколько необычных материалов – на этот раз ацетатцеллюлозного материала, изготовленного из сигаретные окурки.
Исследователи собрали окурки с верхних ящиков урн в университете, где они работают, прежде чем распределить их по размеру и толщине и удалить остатки табака. Они провели испытания, чтобы измерить звукопоглощающую способность различных марок и окурков в различных условиях. Они обнаружили, что сигаретный материал может достигать действительно высокого уровня абсорбции – аналогичного, а иногда даже более высокого, чем у обычных материалов. В команду также входят химик, ученый-компьютерщик и два математика, которые проводят теоретическое моделирование поглощения образцов и анализируют результаты.
На следующем этапе они рассмотрят, как эту технологию можно применить в промышленных масштабах.
Сбор акустической информации и анализ во временной области при контактной стыковой сварке рельсов переменным током
[1] LV Qibing Et Al. Прогнозирование качества стыковой сварки рельсов переменным током оплавлением на основе улучшенной нейронной сети обратного распространения.Сварочный журнал, 2005, 26 (5): 65-68.
[2] LV Qibing, TAN Keli, LUO Deyang. Прогнозирование площади появления серых пятен в стыках альтернативных рельсов оплавлением встык на основе нейронной сети RBF.Сварочный журнал, 2008, 29 (2): 93-96.
[3] LV Qibing Et Al. Извлеките и проанализируйте качество сварки, характерное для стыковой сварки оплавлением рельсов переменного тока, с помощью высокоскоростного отбора проб.Электросварочная машина, 2005, 35 (5): 26-29.
[4] ЯН Лепин, Л.И. Хайтао, Чжао Юн и др. Лаборатория программирования высокого уровня [M].Пекин: Издательство Университета Цинхуа, (2003).
[5] GAO Long. Исследование методов мониторинга износа инструмента на основе вейвлет-анализа и интегрированной нейронной сети.Магистерская работа Юго-западного университета Цзяотун (2007 г.).
Печатные приемные катушки с высокой акустической прозрачностью для фокусированного ультразвука с магнитным резонансом
Водостойкость материалов катушек с печатью
Для того, чтобы катушка использовалась в клинической терапии, она должна сохранять те же электрические характеристики во время воздействия вода на время процедуры.Обычно обработка MRgFUS длится 3 часа или более 31 , поэтому, чтобы удовлетворить этому требованию, змеевики должны быть изготовлены из материалов, которые не претерпевают изменений свойств с течением времени при погружении. Если материалы, используемые в конструкции катушки, подвергаются воздействию воды, ее работа может быть значительно нарушена из-за ухудшения проводника или диэлектрика.
Чтобы исследовать подходящие материалы для изготовления катушек, мы охарактеризовали несколько пластиковых подложек с точки зрения водопоглощения и электрического качества.В то время как большинство пластмасс охарактеризовано с точки зрения водопоглощения и потерь, данные о потерях редко сообщаются на частотах, общих для МРТ. Более того, любая зависимость качества диэлектрика от влажности редко выявляется при стандартных испытаниях. Чтобы охарактеризовать материалы для использования в катушках MRgFUS, подложки помещают в испытательную установку медь / акрил для моделирования окончательной структуры катушки, описанной в нашей предыдущей работе 28 . На рис. 2А показано, как измеряется добротность (Q) резонатора до и после погружения пластиковой подложки в деионизированную воду с температурой 20 ° C на 24 часа.Q – это величина, которая описывает величину реактивного сопротивления по сравнению с сопротивлением в резонансном контуре, причем более высокие значения указывают на меньшие потери. По относительным изменениям добротности и резонансной частоты мы можем сравнить материалы катушки, чтобы определить подложку, которая имеет как высокую добротность, так и нечувствительность к воде. Барьерные материалы обеспечивают некоторую защиту от попадания воды на подложку и изменения электрических свойств катушки. Однако вода может проникать в катушку по краям подложки и через клей, используемый для приклеивания пленки к подложке, поэтому использование водостойкой подложки является предпочтительным.
Рисунок 2Поведение основания под воздействием воды. ( a ) Иллюстрация, показывающая катушку, как тестовая пленка (желтая) зажимается на медно-акриловом испытательном стенде для измерения добротности катушки и резонансной частоты. Пленку снимают и погружают в воду на 24 часа. Наконец, пленка катушки удаляется из воды и повторно измеряются Q и резонансная частота. ( b ) Подложка Q Без нагрузки до и после погружения в воду в испытательном стенде. Планки погрешностей показывают диапазон измерений Q.( c ) Резонансный сдвиг частоты для нескольких тестовых подложек после их погружения в воду на 24 часа. Планки погрешностей показывают диапазон измеряемой частоты.
Здесь оцениваются политетрафторэтилен (PTFE), полиэтилен (PE), полиимид (PI), полифениленсульфид (PPS), полиэфиримид (PEI), полиэфирэфиркетон (PEEK), полиэтиленнафталат (PEN) и полиэтилентерефталат (PET). . На рисунке 2B показано изменение значения Q, а на рисунке 2C показано изменение резонансной частоты, которое испытывали катушки до и после погружения в воду на 24 часа.Любое изменение Q до и после погружения более важно, чем максимальное значение Q для любого конкретного субстрата. Свойства материала, которые меняются в зависимости от воздействия воды, затрудняют настройку катушки, поскольку любая поглощенная вода изменяет настройку катушки, что значительно ухудшает отношение сигнал / шум изображения. Например, PI, PPS и PEI показывают более высокую добротность, чем PEEK, но после погружения в воду резонансная частота и добротность значительно изменяются. Смещение настройки катушки связано с большой разницей в диэлектрической проницаемости пластмасс (ε r ≈ 2–4) и воды (ε r = 80 при 20 ° C), поэтому даже небольшое количество поглощенной воды оказывает большое влияние на резонансную частоту.Другие субстраты, такие как PE и PTFE, показывают высокие значения Q с очень небольшим сдвигом, но не подходят для процесса печати из-за плохой адгезии проводящих чернил и легко деформируются под действием механических нагрузок. Подложка PEEK выбрана в качестве наиболее подходящего материала для изготовления катушек MRgFUS из-за ее высокой добротности, низкого водопоглощения и совместимости с проводящими чернилами.
Серебряные чернила DuPont 5064 H исследуются для проводящих частей катушки на основе их предыдущего использования в печатных катушках МРТ 28 .После 24 часов погружения в воду образцы, изготовленные из серебряных чернил DuPont 5064 H, не испытали каких-либо значительных изменений удельного сопротивления; показывающее удельное сопротивление 16 ± 2 мкОм-см до и после. Кроме того, шероховатость поверхности чернил не изменилась, при этом оба раза сохранялась среднеквадратичная (RMS) шероховатость поверхности 1,3 ± 0,2 мкм.
В этом исследовании змеевик помещается в водяную баню, однако в некоторых системах датчиков может быть более желательно разместить змеевик в масляной ванне, окружающей некоторые датчики.Различия в поверхностной энергии масла, диэлектрической проницаемости и растворимости в субстратах по сравнению с водой затрудняют экстраполяцию полученных здесь результатов и прогнозирования характеристик катушки в таких системах, но это хороший кандидат для будущих исследований.
Акустические свойства печатных катушек
Материалы катушек должны также передавать высокий процент падающей акустической энергии без искажений. Если катушки отражают или ослабляют значительную часть акустической энергии, возникают локальные ожоги поверхности, повреждение преобразователя и слабый нагрев очага.Чтобы охарактеризовать пленки, преобразователь передает акустическую мощность через тестовые пленки на гидрофон, который регистрирует акустическую интенсивность, как показано на рис. 3A.
Рис. 3Свойства подложек по передаче ультразвуковой энергии. ( a ) Иллюстрация, показывающая размещение субстрата (синего цвета) во время тестирования ультразвуком. Преобразователь (черный) приводится в действие на разных частотах с акустическим давлением, измеряемым гидрофоном (желтый). Преобразователь, подложка и гидрофон погружены в дегазированную деионизированную воду.( b ) Относительная акустическая мощность для нескольких толщин пластика PEEK при (i) 1 МГц и (ii) 650 кГц. Пунктирная синяя линия показывает оценку затухания по акустической модели, описанной во вспомогательном материале. Планки погрешностей показывают стандартное отклонение. ( c ) Относительная акустическая мощность для нескольких толщин серебряных чернил DuPont 5064 H на пластике PEEK толщиной 76 мкм при (i) 1 МГц и (ii) 650 кГц. Пунктирная синяя линия показывает оценку затухания по акустической модели. Планки погрешностей показывают стандартное отклонение.( d ) Относительная акустическая мощность, передаваемая через оболочку из PTFE различной толщины с обеих сторон пластика PEEK толщиной 76 мкм. Черные точки показывают относительную интенсивность печатного конденсатора с оболочкой из ПТФЭ. Красные точки обозначают передачу от конденсатора гибкой печатной платы, изготовленного из 9 мкм меди на 50 мкм полиимида. Синие точки обозначают передачу от конденсатора гибкой печатной платы, изготовленного из 35 мкм меди на 50 мкм полиимида. ( e ) Профили пятен для фокуса датчика, когда ваш гидрофон сканируется на площади 4 × 4 мм, показывающей относительную интенсивность при (i) отсутствии препятствий, (ii) конденсатор с печатной катушкой на пути луча, (iii) акрил 2 мм пластик, и (iv) традиционно используемый фарфоровый конденсатор настройки на пути луча.
Акустическое поглощение PEEK характеризуется диапазоном толщины от 50 мкм до 254 мкм для определения оптимальной толщины. Толщина всех пленок находится в пределах 10% от заявленных значений. На рисунке 3B показана относительная акустическая мощность, измеренная для нескольких образцов PEEK на частотах 650 кГц и 1 МГц – частотах, общих для MRgFUS головы и тела, соответственно. Видно, что самые тонкие пленки PEEK обеспечивают наименьшее затухание; однако более тонкие пленки труднее обрабатывать, поскольку они более подвержены механическим повреждениям.В результате мы выбрали толщину пленки PEEK 76 мкм, чтобы сохранить акустическую прозрачность, надежность в обращении и простоту обработки.
Акустические свойства материалов, обработанных на основе растворов, обычно не доступны. Для определения акустического импеданса проводящих серебряных чернил мы пропускали акустическую мощность через несколько толщин (3–56 мкм) серебряной пленки, нанесенной на 76 мкм пленки PEEK. На рис. 3C показана относительная акустическая мощность, измеренная на нескольких образцах серебряных чернил на пленке PEEK на частотах 650 и 1 МГц.На рис. 3B, C также показаны результаты моделирования с использованием акустической модели. Измеренные значения передаваемой акустической мощности согласуются с прогнозируемой передаваемой мощностью, что свидетельствует о том, что напечатанные серебряные пленки ослабляют акустическую энергию в основном за счет взаимодействий передачи и отражения, а не за счет диффузного рассеяния или объемного затухания. Подгоняя наши данные к акустической модели, мы обнаружили, что серебряные чернила DuPont 5064 H имеют акустический импеданс 15,6 ± 3,8 МРайл.Это значение ближе к воде при 1,5 млн. Лей, по сравнению с обычно используемой медью при 44,6 млн. Леев или объемным серебром при 38,0 млн. Леев 17,32,33 . Этот пониженный акустический импеданс можно объяснить составом чернил, который состоит из суспензии микрочипов серебра в связующих на полимерной основе, которые остаются в пленке после процесса термического отверждения. Микроволокна серебра в чернилах имеют акустический импеданс, аналогичный массивному серебру, в то время как полимерные связующие имеют более низкий акустический импеданс, аналогичный большинству пластмасс.Комбинация этих двух материалов дает акустические свойства между двумя составляющими материалами, как показано в наших измерениях. Уменьшенный акустический импеданс позволяет уменьшить отражение на любой границе раздела воды, ткани или пластика по сравнению с обычно используемыми проводниками. Если была желательна более высокая акустическая прозрачность, состав чернил можно было изменить для увеличения нагрузки материалов с низким акустическим импедансом в растворе. Присутствует компромисс между проводимостью и акустической прозрачностью. Потребуется углубленное изучение влияния состава чернил на проводимость пленки, адгезию, механическую прочность и характеристики печати, что выходит за рамки представленной здесь работы.В целом акустические свойства имеющихся в продаже серебряных чернил делают их хорошо подходящими для использования в акустически прозрачных катушках.
Чтобы защитить пациента от любого смещения постоянного тока, которое может существовать на катушке, на проводящие дорожки нанесена электрически изолирующая пленка. Эта пленка должна быть акустически прозрачной в дополнение к обеспечению высокой прочности на электрический пробой. Из испытаний герметизации, описанных в расширенных методах, мы обнаружили, что пленка из ПТФЭ является наиболее подходящей для дальнейшей характеристики и оптимизации.Тестовые пленки с толщиной ПТФЭ 75, 127, 391 и 520 мкм были измерены на пропускание в диапазоне общих частот MRgFUS. На рисунке 3D показан процент мощности, передаваемой через испытательную пленку из PTFE / PEEK / PTFE в диапазоне частот. Наибольшее пропускание на всех частотах дает пленка из ПТФЭ толщиной 76 мкм с обеих сторон подложки из ПЭЭК толщиной 76 мкм. В результате этот стек используется для нашей конструкции катушки.
Оптимизированный пакет материалов из подложки из ПЭЭК толщиной 76 мкм, инкапсулированной в 76 мкм ПТФЭ с 15 мкм печатного проводника, дополнительно характеризуется путем сравнения с традиционными материалами, используемыми в конструкции катушек.На рисунке 3E показаны двухмерные профили передачи акустической мощности для нашего печатного конденсатора в дополнение к традиционно используемым схемам катушек и изоляционным материалам. На этих двухмерных картах акустического давления мы не смогли заметить каких-либо значительных искажений или рассеяния в фокусном пятне напечатанного конденсатора. Печатный конденсатор передавал 80,5% акустической мощности на частоте 1 МГц и 89,5% на частоте 650 кГц, в соответствии с результатами предыдущих испытаний. Эти трансмиссии намного выше по сравнению с 51.4% и 62,5% получены с акрилом толщиной 2 мм. Форма луча также сохраняется как для акриловых, так и для печатных конденсаторов, но для традиционно используемых фарфоровых конденсаторов на плате, армированной стекловолокном, она значительно рассеяна.
Для сравнения с методом без печати с помощью нашей гидрофонной установки также оцениваются две обычно доступные тонкие плакированные медью подложки. Имеющиеся в продаже медь 9 мкм поверх полиимида 50 мкм (Pyralux AP 7156E) и 35 мкм меди поверх полиимида 50 мкм (Pyralux AP 9121 R) заключены в 76 мкм ПТФЭ и характеризуются для сравнения с нашей печатной катушкой.Передаваемая акустическая мощность для этих пленок показана на рис. 3D и показывает, что, хотя более тонкая медь передает 95% мощности по сравнению с печатной катушкой, печатная катушка превосходит медную катушку как на частоте 650 кГц, так и на частоте 1 МГц. Основания Pyralux не только обеспечивают более низкую акустическую передачу, но и сделаны из материалов, чувствительных к воде. Медные проводники легко корродируют и ломаются, если оставить их в воде на длительное время. Материалы полиимидной подложки легко впитывают воду, изменяя электрическую настройку любой изготовленной из нее катушки.Например, когда субстрат Pyralux подвергается воздействию воды в течение 24 часов и измеряется на стенде Q-тестирования, как и другие субстраты, Pyralux поглощает достаточно воды, чтобы понизить Q с 356 до 232 и сдвинуть резонансную частоту на 2,5 МГц.
Эффективность визуализации акустически прозрачной катушечной матрицы
Наши катушки должны обеспечивать более высокое отношение сигнал / шум, чем то, что в настоящее время доступно в клинической терапии, чтобы лучше управлять процедурой. Для оценки отношения сигнал / шум изготавливается 4-канальный массив с использованием оптимизированного набора материалов из ПЭЭК, ПТФЭ и серебряных чернил.SNR матрицы сравнивается с SNR используемой в настоящее время катушки для тела 3 Тл сканера на гелевом фантоме внутри преобразователя головы. На рис. 4A показано расположение печатной матрицы, обернутой вокруг гелевого фантома и погруженной внутрь преобразователя головки для характеристики отношения сигнал / шум. Отношение сигнал / шум в центре фантома, выделенное на рис. 4B, C, показывает, что матрица в 5 раз превышает ОСШ на поверхности фантома по сравнению с используемой в настоящее время катушкой для тела. Асимметрия, наблюдаемая в диаграмме чувствительности катушки, связана с размером катушки и ее расположением на фантоме.В центре фантома, где наиболее вероятно возникновение процедуры MRgFUS, массив отображал удвоенное отношение сигнал / шум по сравнению с катушкой тела. Это уменьшение в центре можно было бы улучшить, лучше оптимизировав размер и размещение элементов, но это выходит за рамки представленной здесь работы. Массив также показывает более локализованную чувствительность к окружающей воде и датчику, чем катушка тела, предлагая дополнительные возможности для уменьшения поля зрения и сокращения времени сканирования.
Рисунок 4Фантомное изображение и отслеживание в датчике головы.( a ) Иллюстрация экспериментальной установки. Фантом помещается внутри преобразователя головы с обернутой вокруг него 4-канальной решеткой катушек. Датчик полностью заполнен водой. ( b ) Осевые срезы фантома в головном массиве с красными и синими линиями, показывающими место вычисления SNR, полученного с помощью 4-канального массива. ( c ) SNR для 4-канального массива печатных поверхностей по сравнению с корпусной катушкой, оснащенной сканером. Величина нормирована на печатную катушку. ( d ) Изображения брюшной полости добровольца, использующие (i) катушку для тела с низким SNR и (ii) 8-канальную прозрачную ультразвуковую матрицу с высоким SNR.Бирюзовые и желтые стрелки выделяют поверхность раздела печень / легкие и вены в печени, где качество изображения повышается из массива. Красная стрелка показывает расположение преобразователя, синяя стрелка указывает расположение массива. ( и ) Тепловые карты, отслеживающие воздействие ультразвуком внутри цилиндрического гелевого фантома с использованием осевого сканирования фокальной точки с использованием (i) катушки тела и (ii) 4-канального печатного массива. Корональное сканирование фокальной точки с использованием (iii) катушки для тела и (iv) 4-канальной печатной катушки. Стандартное отклонение оценки температуры составляло ± 0.84 ° C по изображениям, полученным с помощью катушки для тела, и ± 0,19 ° C по изображениям с массива.
Чтобы продемонстрировать клиническое улучшение отношения сигнал / шум, которое может обеспечить печатная матрица катушек, снимки брюшной полости при задержке дыхания получают с помощью 8-канальной матрицы катушек, обернутой вокруг живота добровольца. Сравнение изображений брюшной полости с катушки тела и прозрачных массивов на фиг. 4D показывает, что при использовании напечатанного массива можно получить изображения с более детальными областями печени и желудка.Подобно результатам фантомного тестирования, 8-канальный массив показал самый высокий SNR на поверхности добровольца и удвоил SNR в центре тела. Повышенная детализация будет полезна во время лечения и планирования операций. В дополнение к наблюдаемому преимуществу SNR, многоканальная матрица также может выполнять параллельное ускорение построения изображения из дополнительных каналов, обеспечивая более быстрое получение изображения 15 .
Матрица и катушка тела используются для отслеживания ультразвукового нагрева внутри гелевого фантома.На рис. 4E показаны аксиальные и корональные срезы максимальной температуры нагрева для каждого из этих экспериментов. Нагрев происходит в центре фантома, где 8-канальный печатный массив имеет отношение сигнал / шум катушки корпуса чуть более чем вдвое. В областях фантома, которые не видели никакого нагрева, стандартное отклонение оцененной температуры составляло ± 0,84 ° C по изображениям, полученным с помощью катушки для тела, и ± 0,19 ° C по изображениям с массива. В результате как в корональном, так и в аксиальном срезах профиля нагрева массив катушек обеспечивает более четкие профили нагрева.Это более очевидно в корональном профиле, где напечатанный массив легко показывает боковые лепестки нагрева от фокальной точки, в то время как основная катушка дает только слабые очертания общего профиля.
Интеграция на уровне матричной системы с системой MRgFUS на фантомах и
Ex-vivo TissueАкустическое затухание катушки измеряется на сканере путем нагрева области внутри гомогенного гелевого фантома для повышения температуры примерно на 20 ° C. Для наглядности аннотированный скан на рис.5А показано, как катушка помещается между преобразователем и фантомом во время этих экспериментов. Повышение температуры отслеживается с помощью катушки на корпусе 3-Тл сканера с массивом и без него, чтобы поддерживать согласованность измерений. На рис. 5В показаны примеры температурных карт, снятых с корпусной катушкой без и с присутствующей 4-канальной решеткой. Когда 4-канальная матрица размещается между датчиком и фантомом, измеряется 83 ± 3% повышения температуры без заметного искажения луча.Это значение соответствует значениям, полученным при испытании на водяной бане и акустическом моделировании. Это 17% затухание значительно меньше затухания из-за черепа, которое составляет примерно 70% 34 . Это затухание было бы намного меньше в головной системе с частотой 650 кГц, как было предложено тестированием на водяной бане, однако низкое соотношение сигнал / шум изображения катушки тела не позволяло точно измерить температуру для этого сравнения. Передачу массива катушек можно улучшить, если удалить центры катушек, но наши испытания точно фиксируют затухание в худшем случае.
Рисунок 5Печатный массив в MRgFUS нагревании и визуализации. ( a ) Сканирование гелевого фантома на фиброидном датчике с использованием напечатанного массива. Красная стрелка показывает расположение массива, оранжевым цветом показано расположение датчика, синей линией показано расположение среза, используемого для отслеживания нагрева, а желтой показано приблизительное расположение нагрева. ( b ) Точка нагрева внутри фантома (i) без и (ii) с присутствующим массивом. В обоих случаях нагрев отслеживается с помощью змеевика для поддержания одинаковых условий для сравнения.(iii) График, показывающий изменение температуры в фокусной точке в зависимости от времени. ( c ) (i) Сканирование гелевого фантома на фиброидном датчике с выделением расположения катушки (стрелка) между верхним (синий) и нижним (красный) гелевыми фантомами. Термометрическое сканирование (ii) с катушкой, помещенной между гелевыми фантомами, и (iii) без. ( d ) Иллюстрация, показывающая напечатанный массив, обернутый вокруг черепа и фантома мозга, содержащий мозг крупного рогатого скота, погруженный в воду внутри датчика головы. ( e ) Сагиттальное изображение фантома мозга с наложенной картой нагрева, отслеживаемое с помощью 4-канального массива.Горячая точка рядом с центром фантома является фокусом датчика. Области внутри пластиковых и воздушных областей фантома имеют большой фазовый сдвиг и выглядят на изображении как случайные горячие точки. Области мозга около передней части фантома головы, где матрица катушек имеет более высокое отношение сигнал / шум и меньшую фазовую ошибку по сравнению с задней частью головы. ( f ) Осевое сканирование фантома черепа и головного мозга, показывающее качество анатомического изображения с 4-канального массива.
Чтобы убедиться, что катушки не поглощают сколько-нибудь значительного количества энергии, которое могло бы представлять опасность для любой близлежащей ткани, необходимо дополнительно 1.Диск из агарового геля толщиной 5 см помещается под катушку, полностью окружая ее материалом, который можно использовать для измерения повышения температуры с помощью магнитно-резонансной термометрии. Затем акустическая мощность 54 Вт передается через гелевый пакет в течение 10 секунд с катушкой и без нее, чтобы увидеть, есть ли какое-либо измеримое повышение температуры рядом с катушкой. На рис. 5C показаны термометрические карты внутри гелевых фантомов с катушкой и без нее. Нет заметного повышения температуры на катушке или рядом с ней, что свидетельствует о том, что она не поглощала сколько-нибудь значительного количества энергии во время обработки ультразвуком.После этого была проведена вторая обработка ультразвуком при гораздо меньшей мощности, чтобы записать величину отражения, наблюдаемого на датчике. Количество отраженного сигнала, видимого на датчике, было на 13% выше при наличии катушки. Дополнительная информация об эксперименте на отражение находится в расширенных методах. Это измерение не связано напрямую с тем, сколько мощности отражается катушкой, поскольку не вся отраженная энергия была захвачена преобразователем, а коэффициент преобразования сигнала в давление недостаточно хорошо охарактеризован для этого анализа, но увеличение предполагает, что мощность потери отражаются поверхностью раздела воды в катушке, а не поглощаются материалами катушки.
Чтобы продемонстрировать доказательство правильности концепции всех элементов системы вместе, используется 4-канальный массив для отслеживания нагрева ткани головного мозга внутри датчика головы. Череп из АБС-пластика, напечатанный на 3D-принтере, имитирует кость, содержащую бычий мозг ex-vivo , суспендированный в геле, как описано в Menkiou et al . 35 На рис. 5D показано расположение 4-канальной матрицы на фантоме черепа, когда он нагревается внутри преобразователя головы. Полученная температурная карта накладывается на анатомическое сканирование головного мозга крупного рогатого скота на рис.5E. Температурная карта на фиг. 5E аналогична профилю нагрева, показанному на фиг. 4E, что указывает на отсутствие значительных искажений или затухания из-за массива. Как и при фантомном сканировании, отношение сигнал / шум в области нагрева вдвое выше, чем у катушки тела. Кроме того, внутри датчика выполняется сканирование фантома мозга с высоким разрешением, как показано на рис. 5F. Это сканирование показывает, что самый высокий SNR находится в передней части мозга рядом с катушкой и медленно падает к задней части головы, где нет массива.Использование дополнительных массивов может увеличить охват, но это выходит за рамки возможностей нашей текущей экспериментальной установки. В целом массив показывает отношение сигнал / шум на поверхности тела рядом с катушкой до 5 раз, чем используемая в настоящее время катушка для тела, при отслеживании точки нагрева внутри черепа без значительного ослабления или видимого искажения акустической мощности. Для процедур, выполняемых в центре тела, представленный здесь массив показывает отношение сигнал / шум, вдвое большее, чем у катушки тела.
Наш массив превосходит по характеристикам используемую в настоящее время катушку для тела, отслеживая точку нагрева внутри черепа без значительного ослабления или видимого искажения акустической мощности.
Идентификация акустической среды с использованием обучения без учителя | Security Informatics
Чтобы проверить эффективность предложенной структуры, мы проанализировали простые записи, например, записи хлопков в ладоши и относительно сложные записи, например, записи речи, сделанные в разнообразных средах записи, включая небольшие офисы, большой офис, коридор и т. Д. лестница, туалет, атриум и открытая среда. Эти записи были сделаны с использованием трех микрофонов.
Набор данных и экспериментальные настройки
Два набора данных, состоящих из аудиозаписей, используются для оценки эффективности предложенного метода.
Первый набор данных, используемый для оценки производительности, состоит из 120 записей хлопков в ладоши, сделанных с использованием трех микрофонов: (i) Mic1: встроенный ноутбук HP Compaq , (ii) Mic2: встроенный микрофон в MacBook от Apple. и (iii) Mic3: внешний микрофон коммерческого класса . Эти записи были сделаны в десяти акустически различных средах: трех малых офисах ( E 1− E 3), атриуме E 4, туалете E 5, коридоре E 6, два на открытом воздухе E 7 и E 8, большой офис E 9 и лестницы E 10.Запись хлопков в ладоши (загруженная с http://www.freesound.org/samplesViewSingle.php?id=345) воспроизводилась с использованием пары внешних динамиков коммерческого уровня. В каждой среде записи было сделано по три образца через каждый микрофон, при этом расстояние между парой динамиков и микрофоном было одинаковым. Эти записи были сделаны с использованием монофонического аудиоканала и частоты дискретизации 16000 отсчетов в секунду.
Второй набор данных, используемый для оценки эффективности предложенного метода, состоит из 60 записей речи.Мы записали человеческую речь трех говорящих (двух мужчин и женщины) в четырех различных средах записи: на открытом воздухе E 1 ; малый офис (7 ‘× 11’ × 9 ‘) E 2 ; лестница E 3 ; и туалет (15 ‘× 11’ × 9 ‘) E 4 . В каждой среде записи каждый выступающий читал пять разных текстов (каждый из которых состоит из пары коротких предложений), сохраняя при этом расстояние между говорящим и микрофоном, в результате в общей сложности было сделано 60 аудиозаписей с использованием внешнего внешнего устройства коммерческого уровня. микрофон.
Каждая запись изначально была предварительно обработана фильтром улучшения речи [37]. Для оценки акустических параметров из каждой чистой записи вручную отбирались затухающие хвосты. По выбранным хвостам параметры акустической реверберации, т.е. τ и σ , были оценены с использованием метода, описанного в разделе «Оценка параметров с использованием оценки максимального правдоподобия».
Производительность кластеризации оценивается с использованием баллов кластеризации чистоты , эффективности и Jaccard [40].Эти меры оценки кластеризации определены следующим образом:
Эффективность = f11f11 + f01
(14)
Жаккар = f11f11 + f10 + f01
(15)
, где f 11 – это количество пар, которые помечены правильно, f 10 – это количество пар, которые помечены вместе в истинных данных, но не в предсказанных метках, и f 01 – это количество пар, которые помечены вместе во время кластеризации, но не входят в настоящие метки.
Автоматический AEI:
Запись хлопков в ладошиЦелью первого эксперимента является проверка производительности предложенной структуры для AEI с использованием записи хлопков в ладоши. В этом эксперименте параметры реверберации, τ и σ 2 , оценивались по выбранным затухающим хвостам в каждой записи в первом наборе данных с использованием метода, описанного в разделе «Оценка параметров с использованием оценки максимального правдоподобия». Отбирались распадающиеся хвосты вручную.Критерий минимального уровня шума используется для ручного выбора хвоста, т. Е. Постановка хвоста начинается на пиковом уровне энергии хлопка в ладоши и заканчивается в положении, в котором он снизился до минимального уровня шума. Выбранные затухающие хвосты используются для оценки параметров реверберации.
На рисунке 5 показан график разброса оцененных параметров реверберации, τ (в мс) и дисперсии σ 2 (в логарифме σ 2 ), из записей хлопков в ладоши, сделанных с помощью Mic1 (встроенный ноутбук HP Compaq).На левой панели рисунка 5 показаны истинные метки акустической среды для оцененных параметров, а на правой панели рисунка 5 показаны метки предсказанной акустической среды с использованием кластеризации на основе DBSCAN. Мы итеративно уточняли параметры кластеризации, чтобы разбить входные данные как минимум на семь кластеров. На рисунке 5 показаны результаты кластеризации, полученные с параметрами кластеризации ε = 1,8 и M i n P t = 3.
Рисунок 5На верхней панели показана диаграмма разброса оцененных параметров из записей хлопков в ладоши, сделанных с помощью Mic1 с метками истинной акустической среды, а на нижней панели показана диаграмма разброса оцененных параметров с метками предсказанной среды.
Полученные параметры кластеризации, MinPts и ε , из записей, сделанных с помощью Mic1, используются для прогнозирования меток кластеров для записей, сделанных с помощью Mic2 и Mic3.На верхней панели рисунка 6 показан график разброса оценочных параметров из записей хлопков в ладоши, сделанных с помощью Mic2 (встроенный микрофон на MacBook от Apple), наряду с истинной акустической средой, а на нижней панели рисунка 6 показан прогнозируемый акустический фон. метки среды с использованием кластеризации на основе DBSCAN.
Рисунок 6На верхней панели показана диаграмма разброса оцененных параметров из записей хлопков в ладоши, сделанных через Mic2 с метками истинной акустической среды, а на нижней панели показана диаграмма разброса оцененных параметров с метками предсказанной среды.
И, показанный на верхней панели рисунка 7, представляет собой диаграмму разброса оцененных параметров из записей хлопков в ладоши, сделанных с помощью микрофона Mic3 (внешний микрофон), наряду с истинными акустическими средами, а на нижней панели рисунка 7 показано прогнозируемое акустическое окружение. метки с использованием кластеризации на основе DBSCAN.
Рисунок 7На верхней панели показан график разброса оцененных параметров из записей хлопков в ладоши, сделанных с помощью Mic3 с метками истинной акустической среды, а на нижней панели показан график разброса оцененных параметров с прогнозными метками среды.
Из рисунков 5, 6 и 7 можно сделать следующие наблюдения:
Из рисунка 5 видно, что процесс кластеризации точно спрогнозировал метки среды (или идентификаторы кластера (CID)) для всех акустических сред, кроме небольших офисов ( E 1- E 3) где прогнозируется та же маркировка окружающей среды, например, C I D 1. Поскольку все три небольших офиса структурно идентичны, единственное различие между ними заключается в их расстановке мебели, следовательно, акустических характеристиках Ожидается, что эти среды будут очень близкими, истинные метки на левой панели рисунка 5 подтверждают это.Кроме того, это также указывает на то, что Mic1 относительно менее чувствителен к небольшим изменениям в акустической среде, поэтому судебно-медицинский аналитик должен быть осторожен при использовании таких микрофонов для судебно-звуковых приложений.
Во-вторых, на рисунке 6 показано, что процесс кластеризации точно спрогнозировал метки среды для акустической среды E 1, E 2, E 3 и E 10; тогда как ему присвоены две отдельные метки C I D 5 и C I D от 6 до E 5, та же метка C I D 4 до E 4, E 7 и E 8, и та же этикетка C I D 7 до E 8 и E 9.Это указывает на то, что Mic2 нечувствителен в менее реверберирующих средах и относительно более чувствителен к сильно реверберирующим средам. Результаты, показанные на Рисунке 6, также предполагают, что Mic2 не является хорошим выбором для различения акустически схожих сред, таких как на открытом воздухе и в атриуме, и в большом офисе и коридоре.
В-третьих, на рисунке 7 показано, что процесс кластеризации точно спрогнозировал метки среды для всех акустических сред с двумя исключениями, а именно: (i) две метки, e.g., C I D 7 и C I D 8, для E 6, и (ii) пропущенная классификация нескольких точек данных E 4. Кроме того, Процесс кластеризации также присвоил метку « noise » точкам данных акустической среды E 3, E 4, E 6 и E 10. Из рисунка 7 также можно видеть, что оценочные параметры для Mic3 имеют больший разброс, чем два других используемых микрофона.Большая дисперсия Mic3 указывает на то, что он демонстрирует относительно более высокую чувствительность (см. Раздел «Оценка производительности: вариант микрофона » для более подробного обсуждения чувствительности микрофона).
Наконец, рисунки 5, 6 и 7 показывают, что Mic1 и Mic3 демонстрируют относительно более высокую точность, чем Mic2. Мы также узнали в результате обширного анализа, что производительность прогнозирования предлагаемого метода может быть улучшена путем изучения параметров кластеризации, зависящих от микрофона, то есть изучения параметров кластеризации, специфичных для микрофона, и использования их для прогнозирования среды для сделанных записей.
Для количественной оценки конкретных характеристик микрофона предлагаемого метода используется мера точности AEI. С этой целью точность AEI измеряется с точки зрения чистоты кластеризации, эффективности и оценок Жаккара, определенных в уравнениях (13-15). В таблице 1 показаны характеристики кластеризации для конкретного микрофона.
Таблица 1 Показаны характеристики AEI с точки зрения точности кластеризации для внешних, встроенных микрофонов HP и встроенных микрофонов MacBookИз таблицы 1 видно, что Mic3 демонстрирует более высокую точность AEI, чем два других микрофона, а Mic2 показывает самую низкую точность AEI, чем два других микрофона.Более высокая точность Mic3 может быть связана с его лучшей чувствительностью, а более низкая чувствительность Mic2 привела к более низкой точности AEI.
Оценка производительности:
вариант микрофонаЦелью второго эксперимента является исследование влияния типа микрофона на точность оцениваемых параметров. С этой целью мы сравнили параметры реверберации, оцененные по записям, сделанным в заданной акустической среде одновременно с использованием всех трех микрофонов. В ходе этого анализа мы наблюдали (это также можно увидеть из рисунков 5, 6 и 7), что чувствительность микрофона к акустической активности действительно влияет на расчетные акустические параметры.Например, расчетное значение τ для каждой акустической среды для Mic2 имеет значительно более низкие средние значения (μτ = ∑i = 1nτin), чем μ τ для Mic1 и Mic3. Аналогично мкм σ и стандартное отклонение (std) оценочного σ 2 , σσ2 = (1n∑1n (σi2 − μσ2)), где μσ2 – среднее значение последовательности σ 2 длиной n , для Mic2 относительно больше, чем σσ2s для оставшихся двух микрофонов.Чтобы подчеркнуть этот факт, мы сравнили оценочные параметры по записям, сделанным в данной акустической среде со всеми тремя микрофонами. На рисунке 8 показаны диаграммы рассеяния оцененного τ и log ( σ 2 ) для акустической среды E 1.
Рисунок 8Показаны диаграммы разброса оцененных параметров из записей хлопков в ладоши, сделанных всеми микрофонами в небольшом офисе 1.
Из рисунка 8 видно, что μ τ и σ τ для Mic3 значительно больше μ τ и σ τ для Mic2.Точно так же значение μσ2 для Mic3 также больше, чем у двух других микрофонов. Это наблюдение можно объяснить тем фактом, что Mic3 является внешним микрофоном, поэтому ожидается, что он будет более чувствителен к акустической активности и окружающему шуму, чем встроенные микрофоны ноутбука.
Для дальнейшего исследования вариаций отклика микрофона мы выбрали две акустические среды: (i) менее реверберирующую среду (на улице) и (ii) сильно реверберирующую среду (туалет).На левой панели рисунка 9 показаны графики разброса расчетных значений τ и логарифма ( σ 2 ) для всех трех микрофонов для акустической среды E 7, а на правой панели показаны графики разброса расчетные параметры для всех трех микрофонов для акустической среды E 5.
Рисунок 9На верхней панели показаны диаграммы разброса оцененных параметров по записям, сделанным в акустической среде E 7, а на нижней панели показаны диаграммы разброса оцененных параметров на основе записей, сделанных средой E 5.
Из рисунков 8 и 9 можно сделать следующие наблюдения:
- 1.
Для внешнего микрофона: μ τ , μσ2, σ τ , а σσ2 для внешнего микрофона (как и ожидалось) выше, чем у встроенных микрофонов. Это указывает на то, что внешний микрофон имеет относительно большую чувствительность, чем два других микрофона.
- 2.
Для Mic1: σ τ и σσ2 для Mic1 являются самыми низкими среди всех трех микрофонов, что делает его более подходящим для криминалистических приложений.
- 3.
Для Mic2: The μ τ и μσ2 для Mic2 самые низкие, тогда как дисперсия сравнима с внешним микрофоном для реверберирующих сред, например.г., E 1 и E 5.
Чтобы количественно оценить вариации оцененных параметров, мы вычислили среднее значение и стандартное отклонение (std) для каждой среды. В таблице 2 показаны средние (стандартное) оценочные параметры, τ и σ 2 , для всех микрофонов и всех акустических сред.
Таблица 2 В третьем, четвертом и пятом столбцах показаны средние значения (std) расчетных акустических параметров из аудиозаписей, сделанных с помощью встроенного HP, встроенного MacBook и внешних микрофонов соответственноИз таблицы 2 видно, что для всех акустических сред μ τ значения оценочного τ для внешнего микрофона и встроенного микрофона HP относительно близки; тогда как μ τ для Mic2 значительно ниже, чем у двух других микрофонов.Это было неожиданным наблюдением, поскольку использованные записи были собраны одновременно с использованием всех трех микрофонов, небольшое отклонение в оценочных параметрах можно понять, но значительное отклонение стало для нас неожиданностью. Дальнейшее исследование записей, сделанных с помощью Mic2, показало, что он имеет самую низкую чувствительность среди всех трех микрофонов, используемых для сбора данных.
Из таблицы 2 также видно, что встроенный микрофон MacBook (Mic2) относительно нечувствителен по сравнению с двумя оставшимися микрофонами.Кроме того, достоверность расчетных параметров снижается для сложных акустических конструкций, таких как атриум и лестницы. Это связано с тем, что из-за низкой чувствительности Mic2 не может улавливать слабые поздние реверберации и фоновый шум, что привело к более низкой дисперсии оцениваемых параметров.
Наконец, внешний микрофон относительно более ненадежен в сложных условиях, чем встроенные микрофоны, что отражается в относительно большом разбросе расчетного значения τ для этих условий.Это не удивительное наблюдение, поскольку из-за более высокой чувствительности ожидается, что Mic3 будет выбирать слабые поздние реверберации, смешанные с фоновым шумом, следовательно, относительно более высокую дисперсию оцененных параметров.
Кроме того, как видно из таблицы 2, оценочное значение τ относительно выше для внешнего микрофона, чем для встроенных микрофонов, это наблюдение предполагает, что расчетный параметр реверберации зависит от направленности и чувствительности микрофона. Следовательно, для обнаружения AEI и сращивания звука следует использовать микрофоны с превосходной направленностью и чувствительностью.
Влияние частоты на оценочные параметры
Целью нашего третьего эксперимента является исследование влияния частоты на оценочные параметры (например, τ и log ( σ 2 )). Для этого каждая аудиозапись разбивается на четыре сигнала поддиапазона с равными полосами частот, то есть с b 1 : 0≤ f с b 1 ≤2 кГц, s b 2 : 2001 < f s b 2 ≤4 кГц, s b 3 : 4001 < f s b ≤6 кГц и с b 4 : 8001 < f с b 4 ≤8 кГц, с использованием разложения вейвлет-пакетов.Затем параметры реверберации оцениваются из каждого сигнала поддиапазона с использованием метода, описанного в разделе «Оценка параметров с использованием оценки максимального правдоподобия». Расчетные параметры из записей, сделанных в средах E 1, E 5 и E 7 со всеми тремя микрофонами, показаны на рисунке 10.
Рисунок 10На верхней панели показаны диаграммы разброса расчетных акустических параметров по записям, сделанным с помощью Mic1 в . E 1, E 5 и E 7; на средней панели показаны диаграммы разброса оцененных параметров из записей, сделанных с помощью Mic2 в выбранных средах; а на нижней панели показаны диаграммы разброса оцененных параметров из записей, сделанных с помощью Mic3.
Из рисунка 10 можно сделать следующие наблюдения:
- 1.
Независимо от типа микрофона или акустической среды , μσ2 уменьшается для более высоких поддиапазонов, то есть с b 3 и с b 4 .
- 2.
Для всех микрофонов и всех выбранных акустических сред , μσ2 для s b 1 и s b 2 (соответственно s b 3 и s b 4 ) относительно выше (соответственно ниже), чем μσ2 из исходных записей.
- 3.
Для всех микрофонов и сред от умеренной до сильной реверберации (например, E 5 и E 1), μ τ уменьшается для с b 3 и с b 4 и не изменяется для внешней среды ( E 7). Тогда как для s b 1 и s b 2 , μ τ существенно не меняются (кроме Mic2, где μ τ для с b 2 тоже уменьшается).
- 4.
Для всех микрофонов и любой среды , σ τ для всех поддиапазонов больше σ τ оценено на основе оригинальных записей. Это неудивительное наблюдение, поскольку τ , оцененное по сигналам поддиапазонов, использует примерно одну четверть отсчетов исходных записей, которые можно преобразовать в относительно менее надежные оценки, чем исходная запись.
Автоматический AEI:
запись речи человекаЦель четвертого эксперимента – оценить производительность предлагаемой структуры с использованием записей речи. С этой целью второй набор данных, состоящий из 60 речевых записей трех говорящих (женщины и двух мужчин), сделанных в четырех акустически различных средах: (i) на открытом воздухе; (ii) небольшой офис; (iii) лестница; и (iv) туалет с внешним микрофоном коммерческого уровня.
Параметры акустической реверберации оцениваются по вручную выбранным затухающим хвостам каждой чистой записи с использованием метода, описанного в разделе «Оценка параметров с использованием оценки максимального правдоподобия». Метод кластеризации на основе DBSCAN используется для автоматического AEI с использованием оцененных параметров акустической реверберации, то есть τ и σ . На рисунке 11 показаны диаграммы разброса оцененных параметров реверберации τ в мсек. и σ с метками прогнозируемой среды для всех динамиков во всех четырех акустических средах.
Рисунок 11На верхней панели показаны диаграммы разброса оцененных параметров из речевых записей с истинными метками акустической среды, а на нижней панели показаны диаграммы разброса оцененных параметров с предсказанными метками среды с использованием кластеризации на основе DBSCAN.
Из рисунка 11 видно, что предложенная структура способна правильно предсказывать метки среды для записей речи с очень высокой точностью.Кроме того, для каждой акустической среды расчетное значение τ демонстрирует относительно большой разброс по сравнению с τ , оцененным по записям хлопков в ладоши. Относительно большой разброс оцененного τ для речевых данных можно отнести к характеристике речевого сигнала и процессу выбора затухающего хвоста. Например, в случае записей хлопков в ладоши выбор затухающего хвоста очень точен, так как нет перекрытия с предыдущими случаями хлопков в ладоши, следовательно, нет помех, в результате ожидается достаточно согласованная оценка τ из записей хлопков в ладоши. .С другой стороны, в случае речевых записей для вокализованных областей предыдущее высказывание фонемы, вероятно, перекрывается со следующим высказыванием фонемы, что вызывает интерференцию в выбранных затухающих хвостах. Более того, поскольку помехи из-за предыдущего произнесения фонемы носят случайный характер для реальных речевых записей. Таким образом, ожидается, что τ , оцененное по распадающимся хвостам, извлеченным из речевых записей, будет иметь относительно больший разброс, чем записи хлопков в ладоши. Рисунки 5, 6, 7, 8, 9, 10 и 11 подтверждают этот аргумент.
Сравнение производительности с существующим современным
Цель заключительного эксперимента – сравнить производительность предлагаемой структуры с методом статистического обучения Хонга [18]. Набор данных записи речи используется для этого эксперимента.
Для AEI с использованием метода Хонга реверберирующая составляющая r ( t ) извлекается из каждого входного речевого сигнала с использованием метода, обсуждаемого в статье [18]. Результирующий реверберирующий компонент затем предварительно усиливается в соответствии с r ( t ) = r ( t ) – p × r ( t −1) с p = 0.97. Предполагаемый реверберирующий сигнал r ( t ) затем разлагается на перекрывающиеся кадры длиной 25 мс со сдвигом кадра 10 мс, в результате чего получается 150 сегментов для каждой среды и всего 600 сегментов для всех четырех сред. . Для каждого сегмента вычисляется 512-точечное ДПФ на основе окна Хэмминга, которое используется для вычисления 24-мерного вектора коэффициентов melspec. Вектор логарифмического коэффициента melspec (LMSC) 24-D получается путем вычисления натурального логарифма вектора коэффициента melspec; и вектор 24-D mel-частотных кепстральных коэффициентов (MFCC) получают путем вычисления DCT вектора LMSC.Для каждого сегмента 48-мерный вектор признаков получается путем конкатенации 24-мерных векторов MFCC и 24-D LMSC. Окончательный 48-мерный вектор признаков, усредненный по всем кадрам, используется для обучения и тестирования классификатора опорных векторных машин (SVM).
Для классификации используется мультиклассовая SVM, обученная с радиальной базисной функцией ядра . Инструмент SVM, загруженный из [41], использовался для обучения и тестирования. Для начала мы случайным образом выбрали 50% записей из каждой категории для обучения.Остальные 50% используются для проверки работоспособности предложенной схемы. Оптимальные параметры для классификатора определяются с помощью метода поиска по сетке с пятикратной перекрестной проверкой обучающих данных. В таблице 3 показаны характеристики классификации акустической среды для метода Хонга с использованием набора речевых данных.
Таблица 3 Характеристики классификации акустической среды схемы Хонга [ [18] ]В таблице 4 показаны характеристики классификации акустической среды для предлагаемого метода.
Таблица 4 Классификационное исполнение предложенной схемыКак видно из таблицы 3, метод Хонга на основе обучения [18] достигает средней точности AEI около 94%; в то время как предлагаемая схема обеспечивает идеальную точность AEI, то есть 100%, для того же набора данных. Это сравнение показывает, что предложенная схема работает относительно лучше, чем выбранный метод Хонга. Важно отметить, что результаты AEI, показанные в таблице 4, получены с использованием вручную выбранных затухающих хвостов из записей речи, тогда как метод Хонга не требует какого-либо пользовательского ввода для AEI.Мы также наблюдали, что когда распадающиеся хвосты автоматически выбираются с использованием метода автоматического выбора хвоста, описанного в [42], эффективность AEI предлагаемого метода ухудшается примерно на <3 % , что все же лучше, чем у метода Хонга.
Сейсмическое отражение – обзор
Интерпретация
Сейсмическое отражение позволяет нам видеть и наносить на карту слои внутри геологической среды. Обычно нам нужно нанести стратиграфическую метку на отображаемые интерфейсы. Иногда отличительные границы раздела, такие как большое угловое несоответствие, легко распознать (рис. 13).Если было пробурено несколько скважин и в них проводился каротаж для регистрации сейсмической скорости и плотности, мы можем рассчитать акустический импеданс каждого слоя и, следовательно, ожидаемый сейсмический отклик. Мы также знаем время прохождения от поверхности до отражающих границ раздела либо из прямого наблюдения (например, в ВСП), либо из интеграции акустического каротажа. Таким образом, границы раздела фаз, которые вызывают наибольшие амплитуды отражения, могут быть связаны с последовательностью, пробуренной скважиной. Если имеется несколько скважин, отражатели можно проследить от одного к другому, чтобы установить последовательную схему идентификации.Обычно сейсмические отражатели представляют собой временные шкалы, по крайней мере, в широком масштабе. Общая обстановка осадконакопления может быть выведена из интерпретации сейсмических последовательностей. Об относительном падении и повышении уровня моря можно судить по вариациям в схеме перекрытия, и это дает информацию об общей обстановке осадконакопления.
Рис. 13. Сейсмический разрез, показывающий заметное угловое несогласие.
Картирование структуры часто выполняется довольно просто, если деформация не является чрезмерной. Отражающие интерфейсы можно проследить через куб трехмерной сейсмики или вокруг сетки пересекающихся двумерных линий и построения карты.Сейсмическое отражение лучше всего подходит для границ с падением до 30 ° или около того. Поэтому плоскости разлома редко отображаются напрямую; они распознаются по смещению толщи осадочного слоя через них (рис. 14). Круто падающая подстилка, например, в зоне надвига или у края соляного или грязевого диапира, часто не отображается.
Рис. 14. Сейсмический разрез, показывающий разломы, отображаемые в виде разрывов в отражателях. Показана интерпретация одной неисправности; некоторые другие указаны стрелками.
Среды осадконакопления часто можно распознать и нанести на карту по внешней геометрии объекта (форме его оболочки), а также по геометрии и характеру отражений внутри него. Например, в речной системе можно распознавать каналы путем отображения амплитуды отражения на срезе через трехмерный куб параллельно региональному падению; заполнение канала часто имеет акустический импеданс, отличный от остальной части устройства. Создав серию таких срезов, можно проследить эволюцию системы каналов во времени.Если позволяет сейсмическое разрешение, можно будет увидеть внутреннюю геометрию осадконакопления, такую как геометрия нисходящего перекрытия точечной планки, срастающейся в поперечном направлении. Возможно различие между песком и сланцевым заполнителем: пески часто имеют вид насыпей из-за различного уплотнения.
В карбонатных системах часто можно распознать рифы по сейсмическим отражениям. Отражение обычно получается от вершины рифа, хотя оно может быть прерывистым, если топография сложная.Интерьер обычно бывает достаточно прозрачным. Часто риф разделял различные среды осадконакопления, поэтому наблюдается резкое изменение характера отражения одновременной пачки от одной стороны к другой.
Диапиры солей и сланцев часто возникают из-за деформации слоистых отложений вокруг них. Сама соль или сланец обычно акустически однородна и поэтому выглядит как прозрачное тело на сейсмических разрезах.