Osiągnięcia

Zrealizowany projekt dotyczył wektorowej analizy zjawisk falowych w rzeczywistym polu akustycznym. Wszystkie działania podejmowane przez zespół badawczy koncentrowały się na dokładnym i sumiennym zrealizowaniu podjętego tematu.

Realizację projektu podzielono na 5 zadań, opisanych szczegółowo w treści wniosku. Dla ułatwienia prezentacji uzyskanych osiągnięć przywołano skrótowo zagadnienia, których dotyczyły poszczególne zadania. Zadanie pierwsze dotyczyło pomiarów pola akustycznego metodą natężeniową. Zadanie drugie polegało na analizie drgających struktur wytwarzających pole akustyczne metodą optyczną. Zadanie trzecie koncentrowało się na analizie powiązań pomiędzy drgającymi strukturami wytwarzającymi pole akustyczne a jego rzeczywistym rozkładem. Do poprawnej realizacji tego zadania niezbędne były wyniki uzyskane w ramach  zadania 1 i 2. Zadanie czwarte polegało na wizualizacji uzyskanych wyników pomiarowych (uzyskanych w ramach zadań 1, 2 i 3). Ostatnie zadanie było poświęcone przygotowaniu publikacji naukowych, dokumentujących uzyskane wyniki badań.

Należy podkreślić, że na etapie redagowania wniosku postulowano zakup dodatkowej aparatury, niezbędnej do realizacji projektu. Na etapie przystąpienia do wykonania projektu zespół wykonawców nie dysponował kompletem aparatury koniecznej do realizacji projektu. W związku z powyższym, jako pierwsze realne osiągnięcia uzyskane w ramach zrealizowanego projektu należy wymienić przygotowanie w pełni funkcjonalnych stanowisk pomiarowych umożliwiających praktyczną realizację podjętych zdań badawczych.

Opracowane stanowiska badawcze to:

• układ do automatycznego pomiaru natężenia dźwięku (dla sygnałów stacjonarnych i niestacjonarnych) z wykorzystaniem mikroprzepływomierzy akustycznych (sonda pomiarowa) wyposażony w system precyzyjnego i automatycznego pozycjonowania sondy pomiarowej w zadanej przestrzeni pomiarowej (robot kartezjański wykonany na zamówienie przez firmę wyłonioną w drodze przetargu, zakup zrealizowany ze środków projektu) wraz z autorskim oprogramowaniem do optymalizacji rozkładu punktów pomiarowych oraz trasy ruchu ramion robota, pozycjonujących czujnik pomiarowy, z uwzględnieniem geometrii obiektów umieszczonych w przestrzeni pomiarowej (opracowanym przez zespół projektowy w ramach realizacji projektu). Realizacja zadania 1.
• Autorskie oprogramowanie do analizy zarejestrowanych sygnałów akustycznych, dostarczanych przez zastosowaną wielokanałową sondę natężeniową. Opracowane oprogramowanie umożliwia wyznaczanie parametrów wektorowego pola akustycznego zarówno dziedzinie czasu jak i częstotliwości. Realizacja zadania 1.
• Układ do badania drgań struktur metodą optyczną. Do realizacji tego układu wykorzystano (zakupione w ramach projektu) szybkie kamery. Wykonany układ pomiarowy, umożliwiający pomiar drgań strun w kierunku poprzecznym lub prostopadłym, składał się dwóch szybkich kamer, mikrofonu referencyjnego, kart do synchronicznej akwizycji danych, oraz środowisko testowe do stabilnego umieszczenia instrumentu i odizolowania go od drgań zewnętrznych. Realizacja zadania 2.
• Autorskie oprogramowanie, działające w środowisku MATLAB do analizy sygnałów wizyjnych. Oprogramowanie to zawiera algorytmy zwiększania dokładności lokalizacji drgającej struny w obrazie z kamery i zamiany informacji o wychyleniach struny na sygnał akustyczny. Realizacja zadania 2.
• Układ do badania kierunkowości promieniowania energii akustycznej emitowanej przez piszczałki organowe. Realizacja zadania 1.
• Stanowisko komputerowe do przeprowadzania numerycznych symulacji rozkładu pola akustycznego w otoczeniu źródeł dźwięku oraz innych obiektów na które oddziałuje pole akustyczne. Realizacja zadania 3.
• Autorskie oprogramowanie do opracowywania wizualizacji danych opisujących wektorowe pole akustyczne działające w środowisku MATLAB oraz z wykorzystaniem oprogramowania ParaView. Realizacja zadania 4.

Opracowanie i wdrożenie do praktyki badawczej licznych stanowisk pomiarowych zaowocowało zgromadzeniem obszernego materiału badawczego, który obejmuje między innymi:

• wyniki pomiarów rozkładu natężenia dźwięku w otoczeniu symulatora głowy i torsu (zadanie 1),
• wyniki kierunkowości promieniowania energii akustycznej wybranych instrumentów muzycznych (różne rodzaje piszczałek organowych) (zdanie 1),
• wyniki pomiarów rozkładu natężenia dźwięku w otoczeniu dyfuzora akustycznego (rozszerzenie zadania 1),
• wyniki pomiarów drgań strun różnych typów gitar akustycznych metodą optyczną (zadanie 2),
• wyniki pomiarów drgań membran głośników metodą optyczną (zadanie 2),
• rozkłady wektorowego pola akustycznego w otoczeniu źródeł dźwięku (głośnika) pozyskane w wyniku przeprowadzenia symulacji numerycznych (zadanie 3),
• rozkłady wektorowego pola akustycznego w otoczeniu symulatora głowy i torsu pozyskane w wyniku przeprowadzenia symulacji numerycznych (zadanie 3),
• rozkłady wektorowego pola akustycznego w otoczeniu dyfuzora akustycznego pozyskane w wyniku przeprowadzenia symulacji numerycznych (rozszerzenie zadania 3),
• wyniki badania powiązań pomiędzy rzeczywistym rozkładem pola akustycznego a wynikiem symulacji numerycznych (zadanie 3),
• zbiór wizualizacji rozkładu pola akustycznego dla rozważanych scenariuszy pomiarowych, opracowanych w oparciu o zgromadzone wyniki pomiarów (zadanie 4),
• zbiór wizualizacji rozkładu różnicowego pola akustycznego dla rozważanych scenariuszy pomiarowych, opracowanych w oparciu o zgromadzone wyniki pomiarów (zadanie 4).

Zgromadzone, dzięki wysiłkom i zaangażowaniu osób tworzących zespół projektowy, wyniki badań stały się podstawą opracowania licznych publikacji naukowych. Ich kompletna lista jest elementem niniejszego raportu. W tym miejscu dokonano jedynie liczbowego podsumowania zgromadzonego dorobku. Zespół projektowy w toku realizacji projektu intensywnie i z dużym zaangażowaniem upowszechniał uzyskane wyniki badawcze (zadanie 5). Przygotowano 7 publikacji w czasopismach z listy JCR (na etapie składania wniosku deklarowano opracowanie 5 publikacji tego typu). Część ma status już opublikowanych lub przyjętych do druku. Powstały dwie prace w formie rozdziałów do wydawnictw książkowych. W toku realizacji projektu przygotowano i wygłoszono 12 referatów konferencyjnych. Zostały one  zaprezentowane zarówno na forum międzynarodowym (w większości) jak i krajowym. Warto wspomnieć, że wybrane referaty konferencyjne zostały wyróżnione przez komitety naukowe. Referat wygłoszony na konferencji SPA2015, dotyczący badania drgań strun metodą optyczną, został wyróżniony nagrodą The Best Paper Award.

Należy również podkreślić, iż w ramach realizacji projektu zespół projektowy rozszerzył zakres prac badawczych o zadanie związane z opracowaniem autorskiej sondy do pomiaru przestrzennego rozkładu wektorowego pola akustycznego. W toku tego zadania wykonano prototypy sondy do pomiaru natężenia dźwięku typu p-p wraz z autorskim oprogramowaniem umożliwiającym dokonanie korekcji amplitudowo-fazowej sygnałów dostarczanych przez układ mikrofonów. Działanie sondy zostało zwalidowane w odniesieniu do, stosowanych w ramach projektu, wektorowych czujników akustycznych opartych na mikroprzepływomierzach cząsteczkowych (sonda typu p-u). Opracowane, natężeniowe sondy mikrofonowe oparte na miniaturowych mikrofonach analogowych lub cyfrowych klasy MEMS zostały zgłoszone do ochrony własności intelektualnej.