Файл: Римский-Корсаков А.В. Электро-акустика.pdf

изменной

характеристике

направленности .

Д л я

аппаратов, рабо ­

т а ю щ и х

в устройствах пеленгования или

акустической связи,

мо­

ж е т потребоваться либо

большой коэффициент

концентрации

при

максимумы

боковых

лепестков

у б ы в а ю т

приблизительно к а к

(2q+l)-\

где

q — номер лепестка,

при этом

с увеличением длины

антенны число

боковых

лепестков

растет.

иным п а р а м е т р а м . В конечном итоге они сводятся

к

подбору

не­

которого

неравномерного

распределения

объемных

скоростей

по элементам антен­

ны, о с л а б л я ю щ е г о

боковые

лепестки

и

позволяющего приблизить форму глав ­

ного лепестка к требуемой

оптимальной.

Например, составив

линейную антенну

из

Ряс.

4.10.

Компенсация

боко­

Рис. 4.Ы. К расчету направленности

вых лепестков сложением дей­

линейной распределенной антенны

ствия

двух

линейных

много-

вых лепестках о к а ж у т с я о б р а т н ы м и

по отношению « первой. В сум­

ме две такие

антенны

д а д у т характеристику направленности с ос­

л а б л е н н ы м и

боковыми

лепестками

(рис. 4.10).

Д л я создания

антенны

с главным лепестком

заданной

ширины

можно предложить следующее. Возьмем на отрезке

прямой

—Ц2^.х^.£/2

функцию f(x) = x, —as^x^a,

и f(x)=0

в

области

L/2^\x\>a

(рис. 4.11).

Р а з л о ж и м

f(x)

в ряд Фурье

по синусам, та к что

со

/ (л-) = £

Ад sin (2я qxIL).

(4.43)

(7=1

Величина

F(x)=x~lf(x)

= 1

при

— a ^ . t ^ a

и

F(x)

= 0 при

|.v| > а

будет соответствовать «идеальной» антенне с

постоян­

ной чувствительностью

в

пределах

— а ^ . х ^ а

и без боковых

ле­

пестков. И з

(4.43)

видно,

что

F

(х) =

(Ь/2я)

V

qA„ (sin 2 я qx\L)

(2я qx/L)~l .

(4.44)

(7=1

Н о

(sin 2 я gx/L) ( 2 n g x / L ) - 1

будет характеристикой

направлен ­

ности

линейной

антенны,

если

положить

2 я x/L— (AD/2) sin 0:

Ф (в) =

F

AD sin в j IF (0) =

CD

2

(J

ф4, s i

n ( - ^ - ^ D s i n ; e ^

AD sin в

<И,

(7=1

(4.45)

И з

(4.45)

следует,

что

д л я

получения

«идеальной»

характери ­

стики

F(x)

нужно н а л о ж и т ь друг на друга бесконечное число

ли­

нейных антенн с относительными чувствительностями qAq

и

дли­

нами Dq. При этом необходимо, чтобы kD-^2n,

та к ка к только в

этом случае

х меняется монотонно с 0 в

пределах

— я / 2 ^ і б ^ я / 2 .

Вопрос о том, каковы

будут остаточные

лепестки

характеристики

направленности

из-за

того, что на

практике приходится

оборвать

ного

исследования .

Р у п о р н ая антенна

Рупорную антенну используют д л я

согласования собственно­

го сопротивления излучателя, малого по

сравнению с длиной

вол­

ны,

с волновым сопротивлением

среды.

Она представляет

собой

р а с ш и р я ю щ у ю с я по определенному закону трубу, в узком

конце

которой (в горле) помещается

п о д в и ж н а я механическая система

противления излучения поршневой

д и а ф р а г м ы ,

установленной

в

горле

рупора,

следующую зависимость:

/'и + і А'„ =

p0 c0 S0 [ (1 — сок/со2

J1 / 2 +

і сок/со]

,

(4.46)

где

тц = СоВ/2;

р — показатель

расширения

сечения

рупора,

кото­

рое

с

расстоянием г

от горла

рупора меняется

по

закону S(z)

=

= S0 e.\p{pz}.

wK

носит название

критической частоты

рупора,

т а к к а к

ниже

Однако у ж е начиная

с

со~2,Зсок ,

г и

составляет

более,

чем

0.9

от

пре­

дельного

значения

poCoS0.

Таким

образом,

активное

сопротивление

рупора

'М0Ж.НО

считать

постоянным

в широком диапазоне частот со>шц.

При

этом

ХЦ сравнительно

быстро

убывает и при со>2,Зсо„ при ориен­

тировочных расчетах им часто пре­

небрегают.

Приведенные ВеЛіИЧІ-ШІЬІ Гц

и

Л'„

получены

д л я

бесконечного

рупора

в

предположении,

что

плоская

вол­

на

распространяется

в

нем

в

сторо­

ну

2 > 0 ,

т. е. в

сторону

расширения

сечения.

Реально

приходится

иметь

дело

с

рупором

конечной

длины,

у

вы ­

ходного

отверстия

которого

(устья)

происходят

о т р а ж е н и я

волн,

нару­

шающие

плавный

ход

ги

и

ха

при

изменении частоты так, что в этих

характеристиках

могут

наблюдать ­

ся резонансные максимумы и 'ми­

нимумы . Экспериментальные иссле­

дования показывают, что в том слу­

чае,

когда

диаметр

устья

рупора

и/и>к

' приблизительно

равен

-Х-к/л, {Хк

=

= 2ясо/сок )

д л я со>2,Зсок

о т р а ж е н и я

іРлс. 4Л2.

Рупорная

амтенна:

от

устья

оказываются

м а л ы м и

и

в

расчет

м о ж н о

принимать

значення

а — зависимость

сечения

рупо­

ра от расстояния вдоль

оси

г;

ги

и Л'ш приведенные

в ы ш е .

антен­

б — характеристика

направлен­

Направленность

рупорной

ности

рупорной

антенны

ны

с

таким

диаметром

устья

в

до-

(сплошная

крлвая

—

прибли­

вол ын о

широких

пределах

(от

4со! ;

жение

эллипсом,

точки—ре­

зультат измерений); в — зави­

до 24сок ) 'Практически

остается

по­

симость

эксцентриситета

эллип­

стоянной

и

ее

можно

представить

соидальной

приближенной

ха-

в виде

эллипса

с

эксцентриситетом

р аістеристлкд

и апр авлен ноети

от отношения частоты

излуче­

е = 0 , 9

(рис. 4.12):

ния к критической частоте ру­

ф (в) =

(1 — <?2) cos © [1 — е 2

cos2 в]"-1 .

пора

чания,

незаметности искажений звуков, переданных

а п п а р а т а м и ,

по сравнению с натуральным звучанием

при непосредственном слу­

шании.

Специальные

измерения

показывают,

что различные

музыкаль ­

ные инструменты

излучают

звуки в широком диапазоне частот от

15 до

15 000 Гц. Некоторые

звуки, например, звон ключей или ши­

пящие

звуки речи, содержат д а ж е ультразвуковые частоты в об­

ни, которые измеряются

приборами с

постоянной

времени

около

2 мс, при передаче оркестровой

музыки

могут

достигать величины

115—120 д Б . Д л я иллюстрации

приведем д а н н ы е измерений

квази­

м а к с и м а л ь н ы х уровней источников, полученные с

помощью

при­

бора, интегрирующего за время 0,25 с.

Н а

расстоянии 6

м спереди

от источника

к в а з и м а к с и м а л ь н ы е

уровни звуковых давлений, дБ , следующие:

медные

тарелки

L12

хор

107

большой

барабан . .

.

. 1 1 2

речь

мужская

79

орган

113

речь женская

76

рояль

97

оркестр

107

Ш у м ы аудитории

(в концертном з а л е и в жилой

комнате) по­

мерения, проводившиеся

в Ф Р Г , привели

к следующим

динамиче ­

ским д и а п а з о н а м , д Б :

танцевальная музыка . . .

. 30

большой

симфонический

оркестр

63

салонный оркестр

46

драматическая речь .

. . .

60

вещательной

передачи (работы

Н . Л . Б е з л а д н о в а ) , показали,' что

наибольшие

уровни встречаются

на частотах 200—1500 Гц (рис.

4.13). Отсюда вытекает, что составляющие передаваемого

звука,

л е ж а щ и е в

области

очень низких и очень высоких

частот,

меньше

влияют на

качество

передачи, чем составляющие

средних

частот.

-Специальные опыты по прослу-

/А^-з^-йдб

ш и ї в а н и ю

музьыси большой

' '

Г. С. Гензеля, И. Е. Горона), позволили установить

диапазоны час­

тот, которые

д о л ж н а

передавать р а д и о в е щ а т е л ь н а я

а п п а р а т у р а в

зависимости от класса ее качества:

— высший класс

—

30—15 000 Гц — ограничение

частотного

д и а п а з о н а практически

незаметно;

— первый

класс

— 50—10 000 Гц — 30% экспертов

г-амечают

ограничение

д и а п а з о н а ;

— второй

класс

— 100—6000 Гц — 75% экспертов

замечает

ограничение

д и а п а з о н а ;

— третий

класс — 200—4000 Гц — более 90 % экспертов

заме ­

чает ограничение

диапазона .

Ухо не очень

чувствительно к неравномерности

передачи

уров­

кажений т а к ж е

подробно изучалась и

на

основании упомянутых

выше последних

работ, проводившихся

в

С С С Р , установлены до­

Т А Б Л И Ц А

4.1

Класс качества

Коэффициент гармоник kr. ?о, на частоте. Гц

тракта

60

100

200

400

1000

5000

7500

Высший

4

2

1

1

1

2

6

Первый

5

3

1 ,6

1,5

1,5

3

—

Второй

— '

6

4

3

3

—

—

Третий

—

—

6

6

6

—

—

К а к видно,

коэффициент гармоник

нормируется

только

до ча­