Дисертації (АМЕС)
Постійне посилання зібрання
У зібранні розміщено дисертації, які захищені працівниками кафедри.
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Робота акустичних систем в умовах шумових навантажень(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Козак, Андрій Віталійович; Коржик, Олексій ВолодимировичКозак А.В. Робота акустичних систем в умовах шумових навантажень. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 171 «Електроніка». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», МОН України, Київ, 2023. В зв’язку з зростаючими вимогами до систем повітряного спостереження та розвідки, а також необхідності вдосконалення існуючого парку БПЛА в частині зменшення радіолокаційної та акустичної помітності, сформульовано та розв’язана задача розробки системи акустичного шумопеленгування малих літальних апаратів на основі методів пеленгування, які успішно використовувались в підводні акустиці. Методи шумопеленгування доопрацьовані в частині відповідності до умов роботи за системою: акустична антена (АА) – пристрій виявлення (до 5 типів пристроїв виявлення) – пристрій пеленгування та індикації. Метою роботи є створення акустичної системи повітряного шумопеленгування, що реалізує принципи виявлення шумоподібних сигналів із залучення спектральних та кореляційних методів. При цьому в дисертації отримано наступні наукові результати: 1. Адаптація принципів шумопеленгування в морському середовищі до принципів пеленгування в повітрі; 2. Вперше для повітряних об’єктів розрахована енергетична дальність виявлення БПЛА типу КРИЛО; 3. Вперше використано середовище LabView для моделювання алгоритму і структури пристрою шумопеленгування; 4. Вперше програмно були об'єднані пристрій виявлення і вимірювання параметрів виявленого сигналу в комплексі, тобто підвищення надійності забезпечувалося паралельним використанням трьох трактів виявлення; 5. Вперше була запропонована акустична антена, конструкція якої дозволяє працювати як з скалярними та векторними полем тиску, так і з коливальною швидкістю; 6. За результатами розробки було створено макет пристрою шумопеленгування, функціональні можливості якого, було перевірено в практичних умовах із залученням БПЛА квадрокоптерного типу в лабораторних та натурних умовах. Практична значимість роботи полягає в подальшому розвитку засобів повітряного шумопеленгування, а саме створення оригінальних комбінованих пристроїв виявлення БПЛА та впровадження віртуальних інструментів для пеленгування і виявлення на основі лабораторного пакету програм LabView та MathLab. Основний зміст дисертаційної роботи викладено в чотирьох розділах та додатку. У вступі сформульовано мету та визначено цілі розробки, обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи, описано методи дослідження, надана інформація про наукову новизну та практичне значення одержаних результатів. Перший розділ роботи присвячено формулювання проблеми та огляду сучасного стану задач шумопеленгування БПЛА. Основну увагу приділено мультисенсорним системам, тобто таким, що сукупно використовують методи акустичного, оптичного та радіолокаційного виявлення і водночас аналізують отримані дані різних типів. В розділі також наведено основні характеристики сучасних мультисенсорних систем. Отриману інформацію можна застосовувати для майбутньої реалізації системи шумопленгування повітряних об’єктів в програмному середовищі LabView. У другому розділі приведено математичні та фізичні засади методології виявлення та пеленгування. Досліджено існуючі методи та алгоритми обробки та аналізу шумів навколишнього повітряного середовища. Також в другому розділі представлені теоретичні засади щодо розрахунку енергетичної дальності. запропоновано тракт спектрального аналізу, як перспективний засіб виявлення. Розглянуто можливість впровадження тракту спектрального аналізу у склад мультисенсорного комплексу виявлення та пеленгування БПЛА. Запропоновано систему виявлення та пеленгування корисних шумоподібних сигналів, що має містити чотири тракти, фізична реалізація виявлення в яких виконується програмною реалізацією алгоритмів виявлення та, пороговою обробкою та індикацією результатів. Розглянуто шумоподібні сигнали і завади в задачах шумопеленгування та отриману інформацію можна застосовувати для майбутньої реалізації системи шумопленгування повітряних об’єктів в програмному середовищі LabView. Третій розділ роботи присвячено технічним рішенням реалізації пристрою шумопеленування БПЛА. Для реалізації пристрою було використано програмний пакет LabView. LabVIEW (англ. Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) — платформа та середовище розробки для візуальної мови програмування компанії National Instruments (США). Метою даної мови є автоматизація використання обчислювального та вимірювального лабораторного обладнання. Оцінено якість і переваги програмного середовища розробки LabView. Представлено тракт виявлення і пеленгування, що є результатом наукового дослідження методології акустичного виявлення повітряних об’єктів. Окреслено схему та описано її компонування і роботу за цією схемою. Приведено схему реалізації тракту виявлення і пеленгування, описано їх робота та розписано усі складові компоненти схеми та їх характеристики у складі пристрою виявлення і шумопеленгування. Представлено мультикомпонентну векторну акустичну антену пристроїв виявлення та пеленгування. Дана антена може працювати як пристрій, що забезпечує реєстрацію як скалярних, так і векторних характеристик. На основі вказаної антени показано застосування адитивних операцій, що до можливості формування характеристик направленості різних типів. Слід зауважити, що ця антена в силу використання додаткових приймачів може бути віднесеною як до області повітряної, так і до області гідроакустики. Четвертий розділ присвячено проведенню експериментальних досліджень, які відбувалися шляхом лабораторного та натурного експерименту. Описано підготовку матеріальної бази та схеми експерименту, збирання вимірювального стенду та самі результати. В додатку представлено методику розрахунку дальності для різних можливих варіантів реалізації та використання приладу. Визначено та враховано завадостійкості акустичної антени. Проведено попередню оцінку результуючої завадо-сигнальної ситуації. Враховано наявність зелених насаджень, інженерних наземних об'єктів, турбулентності. І в результаті визначено прогнозовану дальність виявлення БПЛА різних типів (квадрокоптер і крило), що включає геометричну та енергетичну дальності. Галузь застосування: акустичні вимірюванняДокумент Відкритий доступ Методи розрахунку звукоізоляції багатошарових конструкцій(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Біда, Дмитро Вячеславович; Дідковський, Віталій СеменовичБіда Д.В. Методи розрахунку звукоізоляції багатошарових конструкцій. – Кваліфікаційна робота на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 171 «Електроніка». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», МОН України, Київ, 2023. Дисертаційна робота присвячена дослідженню методів розрахунку звукоізоляції будівельних конструкцій та впливу матеріалів багатошарових конструкцій на якісні показники звукоізоляції. Зміст дисертаційного дослідження викладено в чотирьох розділах, де представлено та обґрунтовано основні результати роботи. Актуальність дисертаційної роботи обґрунтовано у вступі, де сформульовано мету та задачі дослідження, описано методи дослідження, надано інформацію про наукову новизну та практичне значення одержаних результатів. У першому розділі наведена важливість питання звукоізоляції у приватному житті. Наведено загальні дані щодо типів шумів та шляхів передачі шуму по конструкція будівель. Приведено приклади типових матеріалів для звукоізоляції та віброізоляції. Представлені практичні приклади використання таких матеріалів у процесі звуко- та віброізоляції різних обʼєктів. Наведено приклади діючих чинних та актуальних методів розрахунку звукоізоляції тонких листових матеріалів, однорідних масивних огороджень, та багатошарових огороджуючих конструкцій без шару звукоізолюючих матеріалів. У другому розділі наведений аналітичний (розрахунковий) метод визначення індексу звукоізоляції однорідних панелей, багатошарових конструкцій та багатошарових конструкцій з кріпленням. Приведений алгоритм розрахунку за допомогою існуючого програмного забезпечення Insul. Наведена методика проведення експериментальних досліджень ізоляції повітряного шуму огороджуючими конструкціями. Представлені результати натурних експериментів та даних отриманих за допомогою Insul. Проведено порівняльний аналіз даних отриманих за експериментами та отриманих за допомогою Insul. У третьому розділі наведено методику проведення експериментальних досліджень, вимоги до вимірювальної техніки та вимірювальних приміщень. Наведено експериментальні дані та дані з натурних вимірювань об’єктів. А саме наведені результати досліджень масивних огороджувальних конструкцій, масивних конструкцій з обшивками різного типу. Представлено дані досліджень конструкцій з різними товщинами звукопоглинального шару та різною кількістю шарів звукоізоляційного облицювання. Проаналізовано залежність значень звукоізоляції конструкції від товщини звукопоглинального шару та від кількості шарів звукоізоляційного облицювання. У четвертому розділі представлено новий метод розрахунку звукоізоляції багатошарових конструкцій. Описано повний алгоритм розрахунку індексу ізоляції повітряного шуму будівельними огороджуючими конструкціями. Приведено графічне та табличне порівняння даних експериментальних досліджень, даних отриманих за допомогою програмного забезпечення Insul та запропонованої методики. Оцінено точність методів. Представлені в дисертації нові теоретичні та практичні результати можна рекомендувати до використання при розробці національних будівельних стандартів, проєктуванню будівельних об’єктів різного призначання, а також в навчальному процесі вищих навчальних закладів України для підготовки інженерів-акустиків. В дисертаційній роботі отримано наступні наукові результати: 1. Вперше розроблено графічний метод визначення індексу звукоізоляції багатошарових конструкцій з використанням різних за класами матеріалів, в тому числі з урахуванням товщини матеріалу, щільності та товщини звукоізоляційного облаштування ; 2. Розроблено вдосконалений метод визначення впливу звукопоглинальних матеріалів на звукоізоляційні характеристики багатошарових конструкцій; 3. Удосконалено метод оцінки впливу товщини повітряного проміжку на звукоізоляційну ефективність конструкції стін з облицюванням на основі металевого каркасу; 4. Визначено якісні зміни частотних характеристик звукоізоляції багатошарових конструкцій, основаних на масивних акустичнооднорідних матеріалах, які облицьовані листовими матеріалами і мають в основі каркасної системи. 5. Виділено подальше впровадження методу оцінки звукоізоляції будівельних огороджуючих конструкцій з використанням різних матеріалів каркасу. Практичне значення отриманих результатів полягає у наступному: 1. Ефективніші рішення в проектуванні: Нова методика розрахунку дозволяє точніше враховувати характеристики багатошарових неоднорідних конструкцій, що робить проектування більш точним та надійним. Це спрощує процес проєктування та надає можливість виконувати проєкт згідно з вимогами, що наведені у державних будівельних стандартах. Так наприклад рівень звукоізоляції легких конструкцій можна покращити використовуючи облицювання шаром гіпсокартоном на дерев’яному каркасі. Таким чином можна досягти покращення індексу звукоізоляції на 4 дБ. 2. Економія ресурсів та коштів: Завдяки вдосконаленим розрахункам та їх вищій точності, стає реальним уникнення надмірного використання будівельних матеріалів, що в сукупності призводить до значної економії як коштів, так і природних ресурсів у сфері будівництва. Це важливий крок у напрямку сталого розвитку, оскільки раціональне використання матеріалів веде до зменшення відходів і покращує екологічний відбиток будівництва. Крім того, оптимізація використання ресурсів сприяє зменшенню негативного впливу на довкілля, адже менше відходів означає менше виробничого навантаження та забруднення. Такий підхід не лише ефективний у відношенні витрат, але й сприяє створенню більш сталого та екологічно освідомленого будівельного сектору. Наприклад для покращення індексу звукоізоляції легких пористих (газоблок, тощо) конструкцій можна виконати фарбування з одного або двох боків, що призведе до збільшення індексу звукоізоляції в середньому на 3 дБ. 3. Підвищення якості звукоізоляції: Розроблена нова методика виявляє та враховує раніше непомічені фактори, які впливають на звукоізоляцію. Це призводить до покращення якості звукоізоляційних рішень і підвищує комфорт для мешканців будівлі. Новий підхід дозволяє уникнути упущень у визначенні параметрів, що впливають на ефективність звукоізоляції, і сприяє створенню більш ефективних і адаптованих рішень у галузі архітектури та будівництва. Це також відкриває можливості для розробки нових технологій та матеріалів звукоізоляції, що враховують різноманітні аспекти впливу на звук та гарантують високий ступінь комфорту для жителів будівлі. Наприклад для більш ефективного захисту від низьких частот (менше 200 Гц) доцільно збільшувати товщину звукопоглинаючого шару. При товщині 50 мм на частоті 100 Гц Rw=21 дБ, а при 200 мм на частоті 100 Гц з Rw=34 дБ.Документ Відкритий доступ Формування акустичного поля у хвилеводі(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Чайка, Олександр Сергійович; Коржик, Олексій ВолодимировичЧайка О. С. Формування акустичного поля у хвилеводі. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 171 «Електроніка». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», МОН України, Київ, 2023. В дисертації отримано такі нові наукові результати: 1. Проведено огляд сучасних наукових досліджень щодо опису процесів формування акустичного поля у хвилеводі різними джерелами звуку з урахуванням багатомодовости джерела та його різноманітних конфігурацій. 2. Сформовано задачі, що передбачали застосування методу часткових областей для визначення розподілень акустичних тисків в вертикальних перетинах хвилеводу. 3. Встановлено границю області ближнього поля випромінювача і визначені епюри, які відповідають класичним підходам. 4. Розвинено існуючі та розроблено перспективні модельні постановки та розв’язки задач формування акустичного поля в інформаційних гідроакустичних каналах, які забезпечують зв’язок абонентів системи “надводний корабель-підводний апарат”. 5. Досліджено частотні залежності питомого імпедансу в робочому просторі і характеризовано змінення режиму роботи випромінювача. 6. Напрацьовано розрахункові співвідношення для розвитку математичної моделі мілкого моря і її подальшого дослідження. 7. Проведено розрахунки та узгоджено їх з експериментальними дослідженнями. 8. Розроблено пакет програм в середовищі MATLAB для розвинення задачі, проведення чисельних експериментів та подальшого вдосконалення в області обраної теми. Дисертаційна робота присвячена розвитку існуючих і розробці перспективних модельних постановок та розв’язків задач формування акустичного поля в інформаційних гідроакустичних каналах, які забезпечують зв’язок абонентів системи “надводний корабель-підводний апарат”. При цьому були враховані особливості формування акустичного поля в умовах мілкого моря при збуренні середовища каналу “надводний корабель-підводний апарат” хвильовим пакетом та врахуванням особливостей розподілень скалярних і векторних характеристик. Зміст дисертаційного дослідження викладений у семи розділах, у яких представлені результати дослідження. У вступі до даної дисертаційної роботи відзначається важливість і актуальність предмету дослідження. Проводиться обгрунтування вибору даної теми і вказується на її значущість для наукового та практичного спрямування. Зазначається, що дане дослідження має на меті досягнення конкретних цілей і вирішення важливих завдань. Визначено основну мету даної дисертаційної роботи, яка полягає у глибокому аналізі обраної проблеми та розробці нових підходів до її вирішення. Мета роботи є амбіційною та значущою, оскільки вона спрямована на підвищення рівня розуміння і розв’язання актуальних наукових завдань. Подальше розглядання у вступі доповнено більш детальним описом задач дослідження, які будуть ретельно проаналізовані та вирішені протягом роботи. Ці задачі включають в себе проведення аналізу літературних джерел, збір та обробку емпіричних і теоретичних даних, а також застосування певних методів дослідження для досягнення мети роботи. Додатково, у вступі надається докладний огляд методів, які будуть використані в ході дослідження, щоб досягти поставлених цілей і вирішити задачі. Це дозволяє отримати загальне уявлення про методологічний підхід, що буде використовуватися в роботі. Крім того, у вступі також відзначається наукова новизна даного дослідження, а також його практичне значення. Вказується на те, як отримані результати можуть бути застосовані у практиці та як вони можуть сприяти розвитку відповідної галузі науки чи іншим соціальним сферам. Описано програмні пакети з домогою яких здійснено моделювання, розрахунки та чисельні експерименти. Ця частина дисертаційної роботи буде базуватися на використанні програмного забезпечення MATLAB (Matrix Laboratory). Це потужний інструментом для наукових досліджень і аналізу даних у багатьох галузях науки і техніки. Його можливості включають в себе обчислення, візуалізацію даних, моделювання та статистичний аналіз, що робить його ідеальним інструментом для вирішення різних завдань дослідження. У даній роботі MATLAB буде використовуватися для обчислення, моделювання, візуалізації і аналізу даних, що дозволить досягти поставлених цілей та вирішити задачі дослідження з високою точністю і ефективністю. Таким чином, програмне забезпечення MATLAB відіграє ключову роль у методології та інструментах, використованих у цій дисертаційній роботі. В першому розділі подано аналітичний огляд літератури, в обсязі якого показано сучасний стан проблемних областей. Визначено границі розвитку теоретичних засад у дослідженні встановленої теми роботи. Визначено методологію та напрямки для власного дослідження, а саме метод часткових областей, метод уявного джерела та зони Фур’є. В другому розділі проведено постановку задачі. Встановлено та описано математичну модель. Тема дисертаційної роботи була вилита у задачі випромінювання звуку сферичним джерелом в плоско-паралельному регулярному хвилеводі з акустично м'якими границями. Описано вихідні співвідношення, складано системи функціональних рівнянь задачі формування акустичного поля. Додатково сформовано постановку задачі для формування акустичного поля відбитої сферичної хвилі від акустично м’якої границі. Позаяк задача вимагає різних методів розв'язання, це призвело до постановки двох паралельних завдань. Перша задача передбачає пошук розподілу амплітуд і фаз акустичних тисків або коливальних швидкостей у випромінювача, враховуючи особливості формування поля в робочому просторі. Ці розподіли визначають коефіцієнти збудження нормальних хвиль у хвилеводі, а також частотні характеристики питомого імпедансу, які відображають динаміку модового складу джерела при зміненні коливального режиму випромінюючої сфери. Друга задача відноситься до обчислення відбитого сферичного поля джерела звуку, що працює на нульовій моді. У цьому контексті головним завданням є знаходження коефіцієнта відбиття для сферичної хвилі, що є вкрай складною задачею. Для її розв’язання застосовується розклад сферичної хвилі на плоскі та обчислення коефіцієнтів відбиття для такого розкладання. В третьому розділі приведено розв’язок та обговорення результатів задачі формування відбитого акустичного поля у хвилеводі з симетричними м’якими границями. Наведено вихідні та розрахункові співвідношення для прямого та відбитого поля акустичного тиску у хвилеводі з симетричними м’якими границями. Описані основні етапи отримання вказаних співвідношень, а також підхід та метод аналізу поля у хвилеводі для випадку, коли джерело звуку є не точковим, а сферичним. Для аналізу відбитого поля застосовано плоский розклад сферичної хвилі. Знайдено співвідношення для відбитого поля, розкладаючи сферичну хвилю на плоскі. Коефіцієнт відбиття вздовж вісі OZ описано, і він може бути використаний для подальших обчислень. Розрахунки виконані для різних глибин хвилеводу та частот. Модель хвилеводу: вода, границі обрано як акустично м’які. Одержані співвідношення корисні для розширення обчислень поля відбиття на всі чотири квадранти за допомогою методу уявного джерела. Для розрахунку відбитого поля у довільній точці першого квадранту приведені співвідношення, що залучають напрацювання щодо створених на межі хвилеводу зон Френеля. У четвертому розділі приведено розв’язок та обговорення результатів задачі формування відбитого акустичного поля у хвилеводі з симетричними м’якими границями з використанням методу часткових областей. Будуть наведені вихідні та розрахункові співвідношення для повного поля акустичного тиску у хвилеводі з симетричними м’якими границями. Описані основні етапи отримання вказаних співвідношень. Розглянуто симетричну задачу в межах першого квадранту, а також поширено результати на весь хвилевід. Алгоритм розв’язання базується на використанні рівняння Гельмгольца та методу Фур’є для кожної частинної області, з умовами спряження на їх межах. Не використовуються ідеалізовані граничні умови на поверхні джерела, що дозволяє визначити коефіцієнти збудження мод хвилеводу в межах задачі Штурма-Ліувіля. Урахування граничних умов на поверхні та дні моря, а також умови Зоммерфельда, покращили точність розподілу поля в вертикальних перетинах хвилеводу. Задача розв’язана в різних системах координат: теоретично більше в сферичних, а для розрахунків – у плоских декартових. Напрацьовано вихідні співвідношення для знаходження та обчислення акустичного імпедансу на поверхні джерела. П’ятий розділ містить моделювання та обговорення в рамках задачі формування відбитого акустичного поля у хвилеводі з симетричними м’якими границями з використанням методу часткових областей. Проведені аналізи включали вертикальні перетини плоскопаралельного регулярного хвилеводу та питомих опорів середовища для комбінаційних хвиль певної моди. Задача мала центральну симетрію, що дозволило провадити розрахунки лише для одного квадранту з подальшим симетричним розповсюдженням на решту квадрантів. Для розрахунків коливальної швидкості була використана методика, що базується на аналітичному розв'язку рівняння коливань в сферичних координатах. Головно базувалась на вже знайдених співівдношеннях для акустичного тиску. Дослідження проводилися для кожного з розглянутих випадків. Результати розрахунків показали, що коливальна швидкість має складну залежність від розмірів випромінювача, питомих опорів середовища, частоти коливань, а також глибини хвилевода. Шостий розділ присвячено зіставленню теоретичних напряцювань з експериментальними дослідженнями. Для оцінки відповідності припущень, введених при побудові математичних моделей та виведенні основних рівнянь задачі, проводилися експериментальні дослідження з вимірювання характеристики напрямленості (ХН) багатомодових перетворювачів для основних сценаріїв перемикання електродів і видів електродування, що визначають модовий склад вихідної напруги на навантаженнях електродів. Для систем перетворювачів вимірювалися характеристики напрямленості дискретних решіток, створених багатомодовими циліндричними круговими перетворювачами в режимах прийому для різних варіантів підключення електродів і комбінацій адитивних операцій. Експеримент був проведений у вимірювальному басейні Державного підприємства «Київський науководослідний Інститут Гідроприладів». В результаті аналізу діаграм було встановлено, що характер просторових залежностей амплітуд тисків, які були виміряні в робочому просторі, відповідає розрахунковим моделям, і різниця не перевищує 3 децибелів. Результати вимірювань визначили межу, з якої відбуватиметься формування поля в хвилеводі і позитивно характеризують обраний підхід до розв’язку поставленої задачі випромінювання. Отримані результати досліджень мають практичне застосування у підводних комунікаційних системах, системах телеметрії та пошукових гідроакустичних засобах, а напрацьовані теоретичні засади й програмні пакети сприятимуть подальшому розвиткові задачі формування акустичного поля у хвилеводі.Документ Відкритий доступ Дослідження характеристик електропружних перетворювачів в режимах випромінювання та прийому(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Коржик, Максим Олексійович; Найда, Сергій АнатолійовичКоржик М.О. Дослідження характеристик електропружних перетворювачів в режимах випромінювання та прийому. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 171 «Електроніка». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», МОН України, Київ, 2023. Дисертаційна робота присвячена дослідженню особливостей взаємодії акустичних, механічних та електричних полів на прикладі сферичного електропружного перетворювача в режимах випромінювання та прийому. До виконання роботи були залучені комплексні відомості і наукові результати з суміжних областей вищої математики, фізики, та технічної акустики. У вступі до рукопису обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету дисертації, визначено перелік проблем, задач, вказано наукову новизну та практичне значення результатів теоретичного і практичного змісту. При цьому в дисертації вперше отримано такі наукові результати: 1. Виконано широкий огляд актуальних результатів історичних та сучасних напрямків досліджень в області гідроелектропружності та вказано сучасні та перспективні шляхи розвитку методів математичної фізики, що застосовуються для описання коливальних процесів п’єзокерамічних тіл в ідеальному акустичному середовищі. 2. За допомогою методу часткових областей та методу Фур`є визначені, розраховані та показані особливості взаємодії основних характеристик п’єзокерамічного сферичного перетворювача з повністю електродованими поверхнями. 3. Вперше в наскрізному вигляді доопрацьована сама постановка задачі випромінювання звукових хвиль сферичним джерелом нульового порядку, а також визначено, сформульовано та розв’язано задачу прийому, для якої встановлено факт багатомодовості вказаних фізичних полів та їх просторові розподілення. 4. Вперше в наскрізній постановці аналітично розвинуті математичні та фізичні передумови виникнення ефектів демпфування коливань перетворювача за рахунок введення в його конструкцію наповнювачів рідинного або газоподібного типу. 5. Вперше показано можливість збільшення частотного діапазону роботи порожнинних електроакустичних перетворювачів (за прикладом п’єзокерамічного сферичного перетворювача). 6. Виконані вимірювання дозволили кількісно встановити значення параметрів характеристики направленості, надати рекомендації щодо раціонального використання позитивних та виключення негативних особливостей і просторових характеристик обраного сферичного перетворювача. 7. Вперше встановлено та аналітично подано ефект впливу акустомеханічної системи на електричне поле. Він проявляється в зміненні режиму протікання струму у зовнішньому колі за рахунок втрати узгодження опорів перетворювача і внутрішнього опора генератора. 8. Визначено шлях і надані рекомендації щодо можливості розширення смуги частот перетворювача за рахунок привнесених рідинних та газоподібних заповнювачів внутрішньої порожнини перетворювача. Актуальність роботи полягає в подальшому розвитку наскрізних постановок задач прийому і випромінювання звукових хвиль з врахуванням взаємного перетворення акустичної, механічної та електричної енергії при розміщенні перетворювача в ідеальному середовищі. При цьому визначено частотні залежності основних характеристик акустоелектричного перетворювача, оцінено нерівномірність характеристик направленості сферичного перетворювача та визначені обставини за яких виникає демпфування коливального процесу та розширення робочого частотного діапазону. Основний зміст дисертаційної роботи викладено в п`яти розділах та одному Додатку. Мета роботи полягає у розвитку методології розрахункових правил та прийомів розв’язання задач хвильової акустики із залучення відомостей з теорії пружності та п’єзоелектрики, що базуються на питаннях динаміки сферичного перетворювача як об’єкта з ускладненими фізичними властивостями. При цьому перетворювач розміщено у вільному полі ідеально пружного середовища. Зовнішнім навантаженням перетворювача є збитковий тиск, а внутрішня область перетворювача вакуумована або заповнена певним рідинним чи газоподібним заповнючами. Досягнення вказаної мети є можливим за умови опанування наступних наукових напрямків, а саме: 1. Вивчення питань хвильової акустики з елементами теорії випромінювання та розсіювання звуку; 2. З`ясування механіки напружено-деформованого стану для п’єзокерамічних елементів як об’єктів з ускладненими властивостями; 3. Використання спрощених рівнянь Максвела та вимушеної електростатики; 4. Застосування сучасних методів розв`язку задач математичної фізики. Отже, сукупність наведених наукових напрямків, результатів і відповідних новітніх постановок задач випромінення та прийому звуку надає можливість вважати запропоновану роботу актуальною і такою, що має перспективу розвитку. В першому розділі розглянуто сучасний стан проблем хвильової акустики та фізичних положень гідроелектропружності при їх застосуванні в задачах наскрізного типу для електроакустичних перетворювачів. При постановці задач приймання та випромінювання звукових хвиль враховані ефекти взаємовпливу і взаємодії основних полів, що беруть участь в процесах взаємного перетворення акустичної енергії на електричну (або електричної на акустичну). Розвиток задач електропружності розглянуто в історичному екскурсі від здобутків Кюрі і до сучасних шкіл механіки, гідромеханіки та акустики. Висвітлено труднощі в питаннях нарощування різноманітності типорозмірів та форм п’єзоелементів. Окремий шлях для розрахунків наскрізних характеристик перетворювачів представляють задачі електродування і комутації електродів на поверхнях п’єзоелементів певного типу. При цьому було визначено суто акустичний напрямок розвитку, який є перспективним. В якості коливальної системи перетворювача в основному обиралися циліндр нескінченної довжини або сфера (з горлом (або без горла)), з нанесеними на їхні поверхні пружними шарами та наповнювачами. Другий розділ присвячений розв`язанню наскрізної задачі випромінювання звуку сферичним електропружним перетворювачем, як джерелом нульового порядку. На прикладі сферичного перетворювача у вільному полі проведено постановку задачі, визначені основні вихідні співвідношення, обрано та використано граничні умови і умови спряження каналів. Сумісне розв’язання рівнянь для акустичного, механічного та електричного поля приведено до алгебраїчної системи рівнянь з якої здійснюється пошук невідомих коефіцієнтів розкладень полів. Виконано розрахунки амплітудно-частотних характеристик (АЧХ) коефіцієнта передачі, імпедансу перетворювача та тиску, що створюється в робочому середовищі. Встановлено походження локальних максимумів і мінімумів АЧХ. Надано висновки і рекомендації. В третьому розділі виконано постановку, розв`язок, та аналіз отриманих результатів. Розглянуто задачу прийому сферичним п’єзокерамічним перетворювачем, який заповнений ідеальними середовищами рідинного та газоподібного складу. Розглядаються ефекти демпфування сферичної коливальної системи. При цьому виникає можливість розширення робочої смуги частот, що не суперечить втраті ефективності зі збільшенням добротності коливальної системи. В розділі була обчислена чутливість перетворювача у вигляді АЧХ, яку можна вважати чутливістю по полю. Надано висновки і рекомендації. Четвертий розділ присвячено підготовці, проведенню та отриманню результатів вимірювань АЧХ. При цьому детально описано процес підготовки до проведення вимірювань АЧХ перетворювача, вибір перетворювача, його розміщення, вибір методу вимірювань та збирання схеми проведення вимірювань. Вказано на ймовірносні аспекти обробки отриманих результатів. Встановлено, що результати вимірювані в частині дослідження АЧХ внутрішнього опору та коефіцієнта передачі – відповідають отриманим теоретично, що підкреслює достовірність та працездатність зроблених постановок. Окремо, в п’ятому розділі розглянуто просторові особливості сформованого акустичного поля сферичного прийомника. Розглянута модова структура коливання системи та відповідні характеристики направленості (ХН) для нижніх мод. При цьому визначено ситуацію можливого впливу типу електродування на результати вимірювань чутливості сфери в обраному діапазоні частот. Надано висновки та рекомендації.Документ Відкритий доступ Способи керування паралельним фільтром в системі координат методу двох ватметрів(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Кутафін, Юрій Володимирович; Артеменко, Михайло ЮхимовичКутафін Ю.В. Способи керування паралельним фільтром в системі координат методу двох ватметрів. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 171 «Електроніка». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», МОН України, Київ, 2023. В дисертації отримано такі нові наукові результати: 1. Аналіз методів дослідження енергетичних процесів в багатофазних системах живлення та способів керування паралельними активними фільтрами (ПАФ) показав, що компенсація струмів небажаних складових миттєвої та інтегральної потужностей здійснюється за ускладненими процедурами з неодноразовим матричним перетвореннями координат векторів струмів та напруг завищеної розмірності, а перспективним напрямом зменшення кількості вимірюваних та оброблюваних змінних для активної фільтрації трифазної трипровідної системи живлення є перехід в систему координат методу двох ватметрів (СКМДВ), яка оперує з двома лінійними напругами та з двома відповідними струмами. 2. В результаті розвитку теорії потужності багатофазних систем електроживлення вперше в СКМДВ визначені такі базові поняття теорії потужності трифазної трипровідної системи як миттєві активний та неактивний струми, неактивна миттєва потужність, активний інтегральний струм, що закладає теоретичні засади енергоефективної паралельної активної фільтрації з досягненням одиничних значень миттєвого чи інтегрального коефіцієнтів потужності. 3. На основі оптимальних декомпозицій струмів навантаження та відповідних миттєвих та інтегральних потужностей втрат трифазних трипровідних систем електроживлення вперше запропоновано чотири способи керування ПАФ в СКМДВ, кожен з яких забезпечує екстремальне значення одного з параметрів якості споживання електроенергії. Перевагами реалізації цих способів в СКМДВ є підвищення точності та швидкості систем керування напівпровідниковими перетворювачами у складі активних фільтрів та відновлюваних джерел енергії шляхом усунення подвійного матричного перетворення координат, а також підвищення їх ефективності та зменшення вартості через зменшення кількості сенсорів, транзисторних регуляторів, індукторів та виключення резистивної системи організації точки штучного заземлення для вимірювання фазних напруг. 4. Запропоновано комбіновану систему керування ПАФ в системі координат методу двох ватметрів, яка в залежності від умов використання реалізовує один з чотирьох способів активної фільтрації, оптимальних за наступними критеріями: максимальна енергоефективність за миттєвою чи інтегральною потужністю втрат в лінії передачі, відсутність пульсацій миттєвої потужності трифазного джерела, симетрія та синусоїдність споживаних струмів в умовах несиметрії джерела та навантаження. 5. Вперше встановлено залежність таких базових поняття теорії інтегральної потужності трифазної трипровідної системи, як повна потужність, активний струм та мінімальна потужність втрат в лінії передачі, від співвідношення опорів лінії передачі, що дозволило адоптувати енергоефективний спосіб керування ПАФ в СКМДВ, який мінімізує потужність втрат трифазної трипровідної лінії передачі, до врахування цього фактора. 6. Вперше визначений та верифікований віртуальним експериментом коригувальний коефіцієнт формул повної потужності та виграшу за потужністю втрат з урахуванням наявності обмежень на симетричну синусоїдну форму споживаних струмів, значення якого може бути використане для прогнозування максимального навантаження трифазної трипровідної системи з дотриманням існуючих вимог на якість електричної енергії в точках загального підключення. 7. Вперше запропоновано ідентифікувати потужність небалансу трифазної трипровідної системи електроживлення двома окремими ортогональними складовими та встановлено інтегральні формули їх визначення, що можуть бути використані для активної фільтрації відповідних струмів. 8. Запропоновано новий спосіб керування ПАФ в СКМДВ, призначений для вибіркової компенсації неактивних потужностей трифазної трипровідної системи живлення, виміряних шляхом обробки за встановленими формулами показань чотирьох ватметрів. 9. Експериментальні дослідження підтвердили адекватність запропонованих формул теорії потужності та способів керування ПАФ в СКМДВ. Найбільш перспективним є запропонований інтегральний спосіб керування активною фільтрацією з опорним вектором, що формується з лінійних напруг прямої послідовності, який забезпечує мінімальну потужність втрат лінії передачі за симетричних синусоїдних струмів трифазного джерела. В дисертаційній роботі розв’язано актуальну наукову задачу створення нових та удосконалення існуючих способів керування паралельними активними фільтрами для підвищення якості електроенергії трифазної трипровідної системи живлення на основі розвитку теорії потужності в системі координат методу двох ватметрів. Зміст дисертаційного дослідження викладений у чотирьох розділах, у яких представлені результати дослідження. У вступі обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету та перераховано задачі дослідження, описані методи дослідження, перераховано задачі дослідження. Окрім того було приведено відомості про наукову новизну та практичне значення одержаних результатів. В першому розділі розглянуто паралельні активні фільтри багатофазних систем електроживлення за декількома показниками покращення якості електроенергії, основними з яких є коефіцієнт потужності та коефіцієнт загальних гармонічних спотворень струму. Показано, що прогресивним напрямом теорії потужності та фільтрації багатофазних систем електроживлення є визначення їх базових понять, таких як повна потужність та активний струм в системах координат зменшеної розмірності, зокрема, для трифазної трипровідної системи живлення – в СКМДВ, де миттєва реактивна потужність представлена єдиною складовою. Проведено аналіз способів керування паралельними активними фільтрами трифазної трипровідної системи живлення який показав, що компенсація струмів небажаних складових потужності здійснюється за ускладненими обчислювальними алгоритмами з неодноразовими матричними перетвореннями координат струму та напруги. З чого випливає задача розробки способів керування паралельним ПАФ в перспективній СКМДВ, що дозволяє зменшити кількість сенсорів та імпульсних регуляторів та не потребує матричних перетворень координат і організації точки штучного заземлення для вимірювання напруг. Показано, що силова частина ПАФ з керуванням в СКМДВ може бути побудована на основі інвертора за двофазною напівмостовою схемою, а формувач імпульсів керування транзисторами може бути виконаний з індивідуальним гістерезисом регулювання струму кожної фази, що дозволить підвищити точність та гнучкість, а також урізноманітнити функціональність керування ПАФ. В другому розділі набула розвитку теорія потужності багатофазних систем електроживлення та вперше в СКМДВ визначені такі базові поняття теорії потужності трифазної трипровідної системи як миттєві активний та неактивні струми, неактивна миттєва потужність, активний інтегральний струм, що закладає теоретичні засади енергоефективної паралельної активної фільтрації з досягненням одиничних значень миттєвого чи інтегрального коефіцієнтів потужності. На основі оптимальних декомпозицій струмів навантаження та відповідних миттєвих та інтегральних потужностей втрат трифазних трипровідних систем електроживлення, вперше запропоновано чотири способи керування ПАФ в СКМДВ, кожен з яких забезпечує екстремальне значення одного з параметрів якості споживаної електроенергії. Визначено мінімальні значення миттєвих та інтегральних потужностей втрат, що супроводжують кожну з чотирьох зазначених способів при передачі енергії з заданою величиною активної потужності. Перевагами реалізації цих способів в СКМДВ є підвищення точності та швидкості систем керування напівпровідниковими перетворювачами у складі активних фільтрів та відновлюваних джерел енергії шляхом усунення подвійного матричного перетворення координат, а також підвищення їх ефективності та зменшення вартості через зменшення кількості сенсорів, транзисторних регуляторів, індукторів та виключення резистивної системи організації точки штучного заземлення для вимірювання фазних напруг. Запропоновано функціональну схему комбінованої системи керування ПАФ в СКМДВ, яка в залежності від умов використання реалізовує один з чотирьох способів активної фільтрації, оптимальних за наступними критеріями: максимальна енергоефективність за миттєвою чи інтегральною потужністю втрат в лінії передачі, відсутність пульсацій миттєвої активної потужності трифазного джерела, максимальна енергоефективність з дотриманням симетрії та синусоїдності споживаних струмів в умовах несиметрії джерела та навантаження. Запропоновано методику та здійснено розрахунки енергозберігаючих ефектів від застосування інтегральних способів керування ПАФ, що підтверджені комп’ютерним моделюванням. Зокрема, встановлено, що коефіцієнт виграшу за потужністю інтегральних втрат для kG- та mnG-навантаження не залежить від фактора несиметрії напруг джерела, а повністю визначається значеннями параметрів навантаження k, m та n; в умовах несиметрії джерела відсутність пульсацій миттєвої потужності трифазного джерела не забезпечує максимальної енергоефективності. Найбільш перспективним є запропонований інтегральний спосіб керування активною фільтрацією в СКМДВ з опорним вектором, утвореним з симетричних складових лінійних напруг прямої послідовності чергування фаз, що забезпечує симетричні синусоїдальні струми мережі при майже однаковій енергоефективності зі способом формування активного струму в лінії передачі. Вперше встановлено залежність таких базових поняття теорії інтегральної потужності трифазної трипровідної системи, як повна потужність, активний струм та мінімальна потужність втрат в лінії передачі, від співвідношення опорів лінії передачі, що дозволило адоптувати енергоефективний спосіб керування ПАФ в СКМДВ, який мінімізує потужність втрат трифазної трипровідної лінії передачі, до врахування цього фактора. Вперше визначений коригувальний коефіцієнт формул повної потужності та виграшу за потужністю втрат за наявності обмежень на симетричну синусоїдну форму споживаних струмів, значення якого може бути використане для прогнозування максимального теплового навантаження трифазної трипровідної системи з дотриманням існуючих вимог на якість електричної енергії в точках загального підключення. Розроблена стратегія активної фільтрації в СКМДВ для підвищення якості електричної енергії в точках загального підключення, що забезпечує симетричні синусоїдні струми трифазного джерела та мінімальну потужність втрат на різних опорах лінії передачі. В третьому розділі запропоновано функціональну схему детектора прямої послідовності лінійних напруг, що застосовуються в СКМДВ, для можливості реалізації ПАФ способів формування синусоїдних симетричних споживаних струмів в умовах несиметрії джерела та навантаження трифазної трипровідної системи. Запропоновано ідентифікувати потужність небалансу трифазної трипровідної системи електроживлення в симетричному синусоїдному режимі джерела двома ортогональними складовими, кожна з яких визначає окремий квадратичний внесок у квадрат повної потужності та може бути використана для спрощення процесу керування в розподіленій активній фільтрації. Отримано інтегральні формули для визначення ортогональних складових потужності небалансу та встановлено зв’язок між неактивними складовими потужності та параметрами лінійного несиметричного навантаження, що дозволило верифікувати ці інтегральні формули шляхом комп’ютерного моделювання. Визначення чотирьох скалярних потужностей трифазної трипровідної системи шляхом вимірювання активних потужностей струмів і напруг цієї системи, представлених в αβ-системі координат дозволило вдвічі зменшити кількість застосовуваних ватметрів порівняно з використанням неперетворюваних значень струмів і напруг. Встановлені інтегральні формули для визначення чотирьох зазначених скалярних потужностей трифазної трипровідної системи в СКМДВ, відповідно до яких також потрібно використовувати чотири ватметри, але без застосування матричних αβперетворень струмів та напруг. Запропоновано новий спосіб керування ПАФ в СКМДВ, призначений для вибіркової компенсації неактивних потужностей трифазної трипровідної системи живлення, значення яких може задаватися централізованою системою керування мікрогрід в процесі розподіленої фільтрації, або вимірюватися шляхом обробки за встановленими формулами показань чотирьох ватметрів при автономному функціонуванні ПАФ. В четвертому розділі комп’ютерним моделюванням підтверджена ефективність модифікації способу компенсації неактивних струмів трифазної трипровідної залізничної електромережі в СКМДВ, що забезпечує одиничне значення інтегрального коефіцієнта потужності в умовах змінюваного двофазного навантаження. Верифіковані віртуальними експериментами дві енергоефективні стратегії активної фільтрації в СКМДВ. Перша з них мінімізує потужність втрат трифазної трипровідної лінії передачі з різними значеннями її опорів та забезпечує одиничне значення коефіцієнта потужності. Друга стратегія відповідно до рекомендації IEEE Std. 1459-2010 забезпечує мінімальну потужність втрат лінії передачі при симетричних синусоїдних струмах трифазного джерела. Також віртуальним експериментом підтверджена адекватність аналітичного виразу для коригувального коефіцієнта формул повної потужності та виграшу за потужністю втрат трифазної трипровідної системи з різними опорами лінії передачі за наявності обмежень на симетричну синусоїдну форму споживаних струмів. Дані комп’ютерного експерименту підтвердили адекватність запропонованих формул визначення в СКМДВ чотирьох скалярних потужностей трифазної трипровідної системи за показаннями чотирьох ватметрів. Апробований спосіб керування ПАФ в СКМДВ, призначений для вибіркової компенсації неактивних потужностей, шляхом побудови комп’ютерної моделі ПАФ з ланцюгом зворотного зв'язку для компенсації виміряних потужностей небалансу. Ефективність дії моделі підтверджена відсутністю пульсацій миттєвої потужності трифазного джерела при комутації активного навантаження однієї з фаз.Документ Відкритий доступ Підвищення робастності систем автоматичного розпізнавання мови до дії завад(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Кухарічева, Катерина Андріївна; Продеус, Аркадій МиколайовичКухарічева К.А. Підвищення робастності систем автоматичного розпізнавання мови до дії завад. – Кваліфікаційна робота на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 171 «Електроніка». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», МОН України, Київ, 2023. Дисертаційна робота присвячена дослідженню методів навчання систем автоматичного розпізнавання мовлення (АРМ) та методів оцінювання якості мовних сигналів, що забезпечують підвищення точності систем автоматичного розпізнавання мовлення без суттєвого ускладнення налаштування таких систем. Зміст дисертаційного дослідження викладено в чотирьох розділах, де представлено та обґрунтовано основні результати роботи. Актуальність дисертаційної роботи обґрунтовано у вступі, де сформульовано мету та задачі дослідження, описано методи дослідження, надано інформацію про наукову новизну та практичне значення одержаних результатів. У першому розділі виконано огляд існуючих підходів до підвищення робастності систем АРМ до дії шумової та ревербераційної завад. Описано два напрями підвищення точності розпізнавання: напрям, що базується на попередній корекції сигналу та напрям, згідно якому виконується адаптація системи до дії завад. В існуючих наукових працях, присвячених вивченню систем АРМ, недостатньо вивчено напрям, згідно якому виконується адаптація системи до дії завад шляхом навчання на сигналах, спотворених завадами. У другому розділі наведено результати дослідження таких факторів як реверберація та кліпування сигналу, що можуть істотно вплинути на ефективність роботи системи АРМ. Розглянуто міри визначення величини кліпування, особливості використання об’єктивних показників розбірливості мовлення та запропоновано способи моделювання реверберації в приміщенні, що є корисним при створенні систем АРМ, стійких до дії завад. У третьому розділі представлено короткий огляд мір якості систем автоматичного розпізнавання мови й, зокрема, мір якості, що використовуються при оцінюванні точності розпізнавання в програмному комплексі The Hidden Markov Model Toolkit (HTK). Також представлено результати експериментальних досліджень, спрямованих на підвищення робастності систем АРМ до дії шумової завади. При цьому отримано оцінки потенційних можливостей різних сполучень режимів навчання та роботи систем АРМ. У четвертому розділі представлено результати експериментальних досліджень, спрямованих на підвищення стійкості систем АРМ до дії ревербераційної завади. При цьому визначено ефективність роботи системи для різних варіантів навчання та роботи за умов спотворення сигналів ревербераційною завадою. Представлені в дисертації нові теоретичні та практичні результати можна рекомендувати до використання при розробці та експлуатації систем автоматичного розпізнавання мовлення, а також в навчальному процесі вищих навчальних закладів України для підготовки інженерів-акустиків. Отримані результати вже застосовано в освітньому процесі кафедри акустичних та мультимедійних електронних систем за спеціальністю 171 Електроніка, зокрема в освітній науковій програмі «Електроніка», а також в освітній професійній програмі “Акустичні електронні системи та технології обробки акустичної інформації” Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”. В дисертаційній роботі отримано наступні наукові результати: 1. Вперше для реальних мовленнєвих сигналів отримано кількісні оцінки ступеня підвищення точності розпізнавання мовлення, спотвореного шумом різної природи та інтенсивності, шляхом навчання системи автоматичного розпізнавання на спотворених шумом сигналах. 2. Вперше для реальних мовленнєвих сигналів отримано кількісні оцінки ступеня підвищення точності розпізнавання мовлення, спотвореного реверберацією, шляхом навчання системи автоматичного розпізнавання на спотворених реверберацією сигналах. 3. Вдосконалено метод оцінювання розбірливості мовлення непрямим методом, із використанням міри якості сигналів у вигляді барківського спектрального спотворення. 4. Уточнено висновки щодо залежності розбірливості мовлення від щільності відбить звуку та часу реверберації, із використанням імовірнісних моделей імпульсних характеристик приміщень. 5. Вдосконалено спосіб виявлення ефекту кліпування мовленнєвих сигналів та об’єктивного оцінювання якості мовленнєвих сигналів, спотворених кліпуванням, що базується на використанні коефіцієнта ексцесу як міри спотворення сигналів. Практичне значення отриманих результатів полягає у наступному: 1. Встановлено умови досягнення високої точності розпізнавання в системах автоматичного розпізнавання мовлення для сигналів, що спотворені шумами різної природи та інтенсивності, за наявності різної апріорної інформації щодо відношення сигнал-шум, що дозволяє забезпечити робастність системи автоматичного розпізнавання шляхом відносно простого її налаштування; 2. Встановлено умови досягнення високої точності розпізнавання в системах автоматичного розпізнавання мовлення для сигналів, спотворених реверберацією в приміщеннях із різним часом реверберації, за наявності різної апріорної інформації щодо часу реверберації, що дозволяє забезпечити робастність системи автоматичного розпізнавання шляхом використання певних правил її налаштування; 3. Встановлено працездатність та ефективність оцінювання розбірливості мовлення непрямим методом, із використанням міри якості сигналів у вигляді барківського спектрального спотворення, що дозволяє оцінювати розбірливість мовлення, спотвореного реверберацією, за наявності еталонного неспотвореного сигналу; 4. Отримано залежності розбірливості мовлення від щільності ранніх відбить звуку та часу реверберації, із використанням імовірнісних моделей імпульсних характеристик приміщень, що дозволяє обґрунтувати результати прогнозування та оцінювання розбірливості мовлення в різних точках приміщення; 5. Встановлено можливість автоматизації виявлення кліпування, оцінювання його ступеня, а також об’єктивного оцінювання якості мовленнєвих сигналів, спотворених кліпуванням.Документ Відкритий доступ Методи моделювання акустичних електродинамiчних перетворювачiв(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2022) Волков, Денис Дмитрович; Дiдковський, Віталій СеменовичВолков Д.Д. Методи моделювання акустичних електродинамiчних перетворювачiв – Квалiфiкацiйна наукова праця на правах рукопису. Дисертацiя на здобуття наукового ступеня Доктора фiлософiї за спецiальнiстю 171 «Електронiка». – Нацiональний технiчний унiверситет України «Київський полiтехнiчний iнститут iменi Iгоря Сiкорського», МОН України, Київ, 2022 р. Дисертацiйна робота присвячена дослiдженню лiнiйних та нелiнiйних моделей акустичних електродинамiчних перетворювачiв з метою вдосконалення iснуючих та розробки нових бiльш точних та зручних методiв iз використанням сучасних пiдходiв, як то: методи оптимiзацiї, генетичнi алгоритми та штучнi нейроннi мережi. Робота складається iз чотирьох основних роздiлiв. У вступi описано актуальнiсть проблеми та зроблено огляд сучасних методiв моделювання, у другiй частини детально розлядаються лiнiйнi моделi перетворювачiв, включно iз класичною моделлю Тiля/Смола та стандартним методом знаходження її параметрiв - методом доданої маси. Запропоновано новi методи для бiльш точного та гнучкого знаходження параметрiв лiнiйних моделей, як то метод пiдбору параметра Bl та застосування генетичного алгоритму. Запропонованi методи було порiвняно iз класичним методом доданої маси та обговорено переваги та недолiки рiзних методiв. У третьому роздiлi розглядаються нелiнiйнi моделi перетворювачiв. Виводиться нелiнiйна модель гуномовця у фазому простору та демонструється її приведення до канонiчного вигляду. Також, пропонується принципово новий пiдхiд до моделювання електродинамiчних перетворювачiв iз використанням рекурентних нейронних мереж. Обидва методи порiвняно мiж собою на основi практично вимiряних даних та проведених експериментiв. У останньому роздiлi даються загальнi висновки iз виконаної роботи. У результатi роботи вдалося отримати такi новi результати: 1. Запропоновано новiтнiй повнiстю автоматизований метод для знаходження коефiцiєнту електромеханiчної трансформацiї Bl без упливу iнших параметрiв моделi використовуючi виключно вимiрюванi величини, як то: напруга на клемах, струм через котушку та змiщення рухомої частини перетворювача. Такий метод можна вважати найбiльш точним непрямим методом вимiрювання Bl на даний момент. 2. На основi методу пiдбору параметра Bl, запропоновано метод для вiдокремлення механiчного та електричного iмпедансiв електродинамiчного перетворювача використовуючi також виключно вимiрюванi величини для досягнення максимальної точностi. У результатi, цi iмпеданси можуть розглядатися окремо один вiд одного, що вiдкриває бiльше можливостей для їх дослiдження та розробки бiльш точних моделей. 3. Вперше застосовано генетичний алгоритм для знаходження параметрiв лiнiйної моделi електродинамiчного перетворювача та проведено його порiвняння iз класичним методом доданої маси. 4. На основi генетичного алгоритму запропоновано унiверсальну узагальнену структуру для знаходження параметрiв довiльних моделей електродинамiчних перетворювачiв, що значно полегшує та прискорює процес їх дослiдження. 5. Вперше застосовано рекурентну нейронну мережу для моделювання нелiнiйної поведiнки електродинамiчних перетворювачiв. Представлено повний процес тренування та тестування даної нейронної моделi. 6. Проведено практичне порiвняння нелiнiйної моделi iз використанням рекурентної нейронної мережi iз найбiльш уживаною у iндустрiї моделлю у фазовому просторi. Практичне значення отриманих результатiв полягає у пiдвищеннi точностi та полегшеннi iдентифiкацiї лiнiйних та нелiнiйних моделей електродинамiчних перетворювачiв. Представленi методи можуть бути використанi безпосередньо у промисловостi а також, у дослiдницьких цiлях для бiльш глибокого аналiзу поведiнки гучномовцiв, а саме: було продемонстровано можливiсть швидкої адаптацiї генетичного алгоритму до бiльш складних моделей iз бiльшою кiлькiстю iдентифiкованих параметрiв без втрати продуктивностi та швидкої сходимостi алгоритму. Це демонструє унiверсальнiсть генетичного алгоритму та можливiсть його використання для точнiших моделей що є складними для iдентифiкацiї класичними методами. Для моделювання нелiнiйної поведiнки електродинамiчних перетворювачiв було вперше запропоновано використання рекурентних нейронних мереж. Такий пiдхiд дозволяє швидко знайти модель перетворювача типу "чорний ящик"яка може бути безпосередньо застосована у якостi цифрового двiйника модельованого гучномовця у якостi компонента бiльш складних систем. Запропоновану модель було порiвняно iз найбiльш уживаною у iндустрiї нелiнiйною моделлю електродинамiчного перетворювача у фазовому просторi на основi аналiзу вимiряних вiдгукiв у часовому та спектральному представленнях. Уцiлому, запропонованi методи значно пiдвищують точнiсть моделювання електродинамiчних перетворювачiв, що дозволяє їх використання у застосунках iз активного контролю гучномовцiв, як то: компенсацiя нерiвномiрностi частотної характеристики, компенсацiя динамiчного дiапазону, дизайн активних кросоверiв, глобальна еквалiзацiя, компенсацiя низьких частот за рахунок психоакустичних ефектiв, компенсацiя нелiнiйних спотворень, активний захит вiд надвисокого змiщення та багато iншiх.Документ Відкритий доступ Застосування сфокусованого ультразвуку для диференційної діагностики слуху людини(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2022) Ляшко, Дарія Олександрівна; Найда, Сергій АнатолійовичЛяшко Д.О. Застосування сфокусованого ультразвуку для диференційної діагностики слуху людини. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 171 «Електроніка». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», МОН України, Київ, 2022. В дисертації отримано такі нові наукові результати: 1. Проведено огляд сучасних наукових досліджень застосувань сфокусованого ультразвуку в аудіології та методів диференційної діагностики слуху людини. 2. Вперше було розроблено пасивну ультразвукову систему з використанням акустичної фокусуючої лінзи для визначення запалення внутрішнього вуха людини. 3. Проведено експериментальне дослідження сфокусованої ультразвукової системи для диференційної діагностики слуху людини. 4. Розраховано методом чотириполюсників електричні параметри складного електроакустичного п’єзоперетворювача. 5. Вперше проведено аналітичні розрахунки акустичного поля плоскої фазованної багатоелементної решітки п’єзоелементів, в імпульсному режимі роботі, для динамічного фокусування на завитку внутрішнього вуха людини. 6. Удосконалено метод об’єктивного диференційного оцінювання слухової системи людини за допомогою електроенцефалографії, при впливі на систему складним аудіо-сигналом в усьому чутному діапазоні частот. Дисертаційна робота присвячена дослідженню п’єзоелектричного перетворювача для диференційного впливу на слухову систему людини, розрахунку геометричних, акустичних та електричних параметрів п’єзокерамічного перетворювача, дослідженню макету електроакустичної системи, розробці методики експерименту для об’єктивного методу оцінки впливу ряду музичних композицій на ритми головного мозку, зокрема альфа-, бета-, дельта - і тета - ритми. Зміст дисертаційного дослідження викладений у п’яти розділах, у яких представлені результати дослідження. У вступі обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету та перераховано задачі дослідження, описані методи дослідження, перераховано задачі дослідження. Окрім того було приведено відомості про наукову новизну та практичне значення одержаних результатів. В першому розділі подано аналітичний огляд літератури, в обсязі якого показано сучасний стан проблемних областей – дослідження стану слуху шляхом застосування сфокусованого ультразвуку, типи конструкцій випромінювача для фокусування ультразвуку (УЗ), аналіз оптимальних параметрів впливу ультразвуком, аналіз досліджень пов’язаних з сприйняття музики в якості стимулюючого матеріалу та нових методів діагностики слуху людини. В другому розділі проведено дослідження з можливості застосування пасивної акустотермометрії для визначення запалення внутрішнього вуха людини. Постійне функціонування систем життєзабезпечення організму відображається в реальному масштабі часу в складній структурі теплового випромінювання з тіла людини (інфрачервоного, мікрохвильового, акустичного, оптичного), в якому міститься фізіологічна інформація. Радіотеплове випромінювання відображає функціональну зміну температури мозку, внутрішніх органів, м'язів, яка характеризує генерацію метаболічного тепла і перерозподіл локальних потоків крові. Інтенсивність його в дециметровому діапазоні хвиль у смузі частот в сотні мегагерц становить Вт/см2. За допомогою багатоканального радіотермографа з точністю вимірювання температури 0,07 оС/с було продемонстровано, що під час сну радіояскравісна температура падає більше, ніж на 1 оС; сплески яскравості, які спостерігаються під час сну, пов'язані зі сновидіннями; під час гіпнозу спостерігалася асиметрія півсфер мозку: яскравість правої більше, ніж лівою. Фізіологічна активність будь-якого внутрішнього 10-12 органу супроводжується збільшенням генерації тепла і притоком крові, що відображається у збільшенні яскравості. Так, тест глюкози і інших ліків вказує на функціональну норму і дозволяє виявляти відхилення на ранній стадії патології. Використовуючи різні рефлекси, фармакологічні і інші тести, аналізувалося функціонування мозку. На довжинах хвиль у вільному просторі 10, 18, і 35 см, просторова розподільна здатність в тілі людини складає 1-2 см. Інтенсивність акустичного випромінювання в мегагерцовом діапазоні частот ще менша. Проте, довжина хвилі випромінювання в цьому діапазоні, а, отже, і просторова розподільна здатність близько 1 мм. Оскільки біологічні тканини прозорі для акустичних хвиль в цьому діапазоні, то глибина проникнення хвиль досягає близько 10 см. В дисертації розрахований одноканальний акустотермометр, що використовує фокусування акустичного випромінювання за допомогою еліптичної (безабераційної) лінзи, який дозволяє отримувати необхідну точність вимірювання температури в реальному масштабі часу не гірше 0,2 оС. Це дозволяє досліджувати функціонування мозку новонароджених і дітей через акустично прозоре "джерельце" до його заростання. В роботі проаналізовано метод використання сфокусованого ультразвуку для дослідження слухової чутливості людини. Суть методу полягає у фокусуванні за допомогою спеціальних акустичних лінз УЗ коливань частотою від 0,5 до 3,5 Мгц, які модулюються по амплітуді тонами звукової частоти від 125 Гц до 8 кГц, в завитку внутрішнього вуха. При цьому пацієнт з нормальних слухом чує чистий тон звукової частоти. Зіставлення традиційних порогових кривих з УЗ аудіограмою створює можливість діагностики сенсоневральною приглуховатості, невриноми VIII слухового нерва на ранніх стадіях захворювання, отосклерозу та ін. Оскільки внутрішнє вухо знаходиться в скроневій кістці, то існування цього методу вказує на акустичну прозорість шляхів до завитки. Оскільки у новонароджених акустична прозорість краща, у тому числі і кісток черепа або місць їх з'єднання, то це відкриває можливість вимірювати температуру в завитці внутрішнього вуха і в центрах біоелектричної активності головного мозку на достатніх відстанях від "джерельця". В розділі також наведені розрахунки з визначенням параметрів фокусуючої системи акустотермометра, а саме матеріалу (полістиролу/оргскло), та форми сферичної або еліптичної, для акустичної лінзи. Показано, що фокусування теплового акустичного випромінювання за допомогою увігнутої еліптичної лінзи дає змогу вимірювати і сканувати глибинну абсолютну температуру тіла за допомогою одноканального акустотермометру. Завдяки розрахованим параметрам можна забезпечити безпечний метод контролю температури у фокальній області при використанні фокусованого УЗ у медичній практиці. В третьому розділі приведені розрахунки циліндричного неперервного хвильового фронту та застосування лінійної багатоелементної решітки п’єзоелементів в електроакустичному перетворювачі для диференційної діагностики завитки внутрішнього вуха людини. Наведено розрахунки геометричних розмірів та акустичного поля для циліндричного хвильового фронту створюваного лінійною багатоелементною решіткою п'єзоелементів. Проведено порівняння теоретичних та експериментальних амплітудно-частотних та фазово-частотних характеристик електричного імпедансу п'єзоперетворювача. Проведені розрахунки розподілу акустичного поля по глибині зі зміною куту відхилення від осі та тривалості імпульсу. З результатів визначили про доцільність використання даного типу електроакустичного перетворювача для диференціальної діагностики слуху людини. З отриманих графіків з'ясували, що при збільшенні коефіцієнта згасання імпульсу призводить до зменшення значень дифракційного максимуму. Також показано, що відносну амплітуду дифракційного максимуму можна зменшити шляхом зменшення тривалості імпульсу та збільшенням кількості п'єзоелементів у робочій групі. Цей тип п'єзоелектричного перетворювача дозволить при зміні кута випромінювання ультразвукової хвилі впливати на всі ділянки завитки людини та обирати певну тривалість для безпечного впливу. Проведено математичний опис п’єзоелементів зі знаходження зв’язку між вхідними електричними та вихідними акустичними величинами в режимі випромінення та навпаки – в режимі прийому. Кожний елемент решітки представлений у вигляді чотириполюсника. Четвертий розділ показує результати розрахунків та наведені конструкції вимірювальних засобів: високочастотного ватметра без активних елементів для вимірювання споживаної п’єзоперетворювачем електричної потужності, радіометра для вимірювання акустичної потужності сфокусованих ультразвукових пучків. За їх допомогою проведено детальне експериментальне дослідження макету електроакустичної системи, а саме отримані частотні залежності випромінюваної акустичної потужності, споживаної електричної потужності та коефіцієнта корисної дії. Показано що розрахована інтенсивність є достатньою як для діагностичного, так і для терапевтичного використання розробленої акустичної системи. Як результат такий тип п'єзоперетворювача дасть можливість відрізняти захворювання середнього вуха людини від захворювань внутрішніх органів слухової системи, а отже проводити диференційну діагностику слухової системи. П’ятий розділ показує результати досліджень спектральних характеристик біоелектричної активності мозку студентів при прослуховуванні складних аудіо- сигналів, а саме, музичних композицій різного компонентно-структурного складу, що відрізняються наявністю мелодійної компоненти і швидкістю відтворення. На основі спектрального аналізу встановлено характерні частоти з найбільшою амплітудою з отриманого спектру, та розподілення композицій на три частотні групи: низькочастотні, середньочастотні та високочастотні. Запропонована методика експерименту для перевірки впливу ряду музичних композицій на ритми головного мозку, зокрема альфа-, бета-, дельта - і тета - ритми. Отримані результати відображені на картах активності мозку за частотами та за діапазонами для ритмів головного мозку, які відповідають активності мозку під час прослуховування кожної композиції. На базі отриманих результатів встановлено необхідність збільшення часу експозиції респондента до дії акустичного сигналу та узагальнено отримані терапевтичні результати. Зазначені досліди були виконані в заглушеній кімнаті на базі кафедри Акустичних та Мультимедійних електронних систем та за участі Інституту кардіології імені академіка М. Д. Стражеска НАМН України. Статистичний аналіз результатів дослідження проводився із застосуванням пакетів прикладних програм Microsoft Excel і PHPStorm. Згідно обробки ЕЕГ-даних вдалося оцінити статистично значущі зміни в ПЕА мозку, пов'язані не тільки з впливом окремих характеристик прослуховуваних композицій, а й виявити взаємний їх вплив на емоційний стан людини. Практичне значення одержаних в дисертаційній роботі результатів полягає в тому, що результати досліджень можуть бути використані для експериментального дослідження впливу на завитку внутрішнього вуха людини та його подальше впровадження в медичних закладах.Документ Відкритий доступ Дослідження зв’язку викликаної отоакустичної емісії та властивостей слуху, визначених засобами аудіології для дослідження слуху біологічних об'єктів(2021) Паренюк, Дмитро Володимирович; Найда, Сергій АнатолійовичДокумент Відкритий доступ Оцінка акустичних параметрів приміщення як каналу мовленнєвої комунікації(2021) Моторнюк, Дар’я Євгенівна; Продеус, Аркадій МиколайовичДокумент Відкритий доступ Дослідження та розробка методів зменшення електромагнітних завад створюваних імпульсними джерелами живлення(2021) Лукашев, Олексій Юрійович; Макаренко, Володимир ВасильовичДокумент Відкритий доступ Теплові поля конструкцій п’єзокерамічних електроакустичних перетворювачів в режимі випромінювання звуку(2021) Перчевська, Людмила Вадимівна; Дрозденко, Олександр ІвановичДокумент Відкритий доступ Особливості формування інформаційного гідроакустичного каналу в мілкому морі(2021) Курдюк, Сергій ВікторовичДокумент Відкритий доступ Засоби підвищення ефективності процесу реставрації та відновлення фонограм(2021) Гребінь, Олександр Павлович; Швайченко, Володимир БорисовичДокумент Відкритий доступ Оцінювання якості спотворених мовних та музичних сигналів(2020) Котвицький, Ігор Валерійович; Продеус, Аркадій МиколайовичДокумент Відкритий доступ Циліндричні п’єзокерамічні випромінювачі з внутрішніми екранами(2020) Святненко, Андрій Олегович; Лейко, Олександр ГригоровичДокумент Відкритий доступ Теоретичні основи проектування кругових антенних решіток, утворених із циліндричних п’єзокерамічних випромінювачів і екрану(2020) Старовойт, Ярослав Іванович; Лейко, Олександр ГригоровичДокумент Відкритий доступ Зниження рівнів шуму рухомих джерел захисними екранами з кінцевою звукоізоляцією(2019) Котенко, Світлана Геннадіївна; Дідковський, Віталій СеменовичДокумент Відкритий доступ Цифровий підводний акустичний зв’язок в мілкому морі(2018) Гладкіх, Нікіта Дмитрович; Дідковський, Віталій СеменовичДокумент Відкритий доступ Випромінювання гідроакустичних сигналів планарними антенними решітками, утвореними із циліндричних п’єзокерамічних перетворювачів(2018) Нижник, Олександр Ігорович; Лейко, Олександр Григорович