Файл: Мясников, Л. Л. Новые методы измерений в подводной акустике и радиотехнике.pdf

Тогда

На рис. 5.6 представлена зависимость ра (ka). Предполагается, что амплитуда звукового давления в падающей плоской звуковой волне равна р 0 1. Давление ра есть давление в точке, ближайшей

кисточнику плоской волны, т. е. при д = я.

Мы видим, что ра изменяется в пределах от 1 до 2, когда давление

на сферу удвоено по сравнению с падающим. Это соответствует давлению на плоскость при падении звуковой волны.

§ 5.3. ИЗМЕРЕНИЯ ЗВУКОВЫХ ДАВЛЕНИЙ В ВОЗДУХЕ И ВОДЕ

Измерительным микрофоном служит микрофон, позволяющий определять физическую величину, характеризующую звуковое поле, с учетом тех изменений, которые могут быть внесены присутствием его в этом поле. В качестве искомой физической величины обычно принимается звуковое давление, хотя существуют и микро­ фоны, предназначенные для непосредственных измерений колеба­ тельной скорости, интенсивности звука, колебаний температуры в звуковом поле, колебаний плотности (сжатия), радиационного давления и других величин.

Измерительный микрофон должен быть подобен по форме какомунибудь определенному рассеивателю звука, теория которого из­ вестна (например, имеющему вид сферы). Тогда учитывается влия­ ние, оказываемое микрофоном на звуковое поле, и используются теоретические данные о распределении звуковых давлений на сфере и дифракционных эффектах.

Предназначенный для измерения звукового давления, измери­ тельный микрофон позволяет находить и другие величины, характе­ ризующие звуковое поле (интенсивность звука, колебательную ско­ рость и т. д.), если воспользоваться расчетными данными. Измери­ тельный микрофон должен быть пригоден в качестве приемника для выполнения спектрального анализа, т. е. для определения спек­ трального состава звукового давления. В этом случае он должен обладать достаточно постоянной чувствительностью в широком диа­ пазоне частот. Спектральный анализ осуществляется анализатором, для которого микрофон служит в качестве устройства для ввода сигнала; поэтому дополнительная коррекция частотной характе­ ристики может быть осуществлена в схеме самого анализатора.

В случае применения так называемого «миниатюрного» микро­ фона, т. е. такого, присутствие которого при данном диапазоне

волны) не вносит никаких заметных возмущений в звуковое поле, — вычисление поправок становится ненужным. Однако возможность использования миниатюрного микрофона ограничена его чувстви­ тельностью.

127

Существенное значение для измерительного микрофона имеет его направленность, которая должна быть регулярной, чтобы можно было проводить расчеты. Наиболее удобными следует считать: ненаправленный микрофон (точечный или рассчитанный как пре­ образователь типа пульсирующей сферы), микрофон косинусоидаль­ ной направленности (типа диполя или осциллирующей сферы), остронаправленный микрофон (с острой, мало зависящей от частоты характеристикой направленности, что достигается системой со спе­ циальным распределением точечных приемников).

Мы говорим пока о чисто акустических требованиях к измери­ тельному микрофону. К ним добавляются электрические требования, относящиеся к микрофону как электроакустическому преобразова­ телю. Чувствительностью микрофона называется отношение выход­ ной разности потенциалов к амплитуде звукового давления при отсутствии веяких искажений звукового поля, вызванных микро­ фоном. Чувствительность М 0 равна

ваемая э. д. с. (электродвижущая сила); U — напряжение (разность потенциалов).

При равномерном распределении давления по площади подвиж­ ной системы

Ра dS = paS,

где 5 — площадь подвижной системы (например, мембраны микро­ фона). Таким образом, величина

На основании (5.29) давление на сфере в случае падающей плоской

л т \

вместо i поставлен е ~

Величина Ра_ носит название коэффициента преобразования

Ро

давления. На рис. 5.6 приведен график зависимости этой величины

128

от ka при заданном ft = зт (передняя сторона сферы). На рис. 5.5

Для миниатюрного микрофона Ра не должно зависеть от

Ро

частоты. Из рисунка видно, что для 2а — 0,25 см это условие вы­ полняется до частоты 15 000 Гц и такой микрофон может считаться миниатюрным. Заметим, что передней точке сферы (точке встречи плоской волны со сферой) соответствует ft = л, а задней ft = 0.

5Т

Резкий скачок от ft = 0 до ft = -g- свидетельствует о том, что режимы

Напомним, что напряжением холостого хода или э. д. с. называется напряжение, возникающее на разомкнутых выходных концах электри­ ческой цепи.

Измерив указанные э. д. с., заменим источник Г на обратимый преобразователь ОП, оставляя М на старом месте (см. рис. 5.7). После

вышеуказанное расстояние между источником и приемником, а А —

ление зависимости его чувствительности от частоты. Задачей метода взаимности является нахождение чувствительности

ОП и чувствительности М, причем микрофон (гидрофон) вовсе не должен быть обратимым. Чувствительность преобразователя звука, которую мы обозначим через М 0, есть отношение напряжения холостого хода к звуковому давлению в свободном поле:

Обратимся к первому этапу процедуры метода взаимности, когда источником звука служит система Г и действию звука подвергаются обратимый преобразователь ОП и микрофон М. Отношение чувстви­ тельностей обратимого преобразователя и микрофона равно отно­ шению соответствующих напряжений холостого хода:

Перейдем ко второму этапу процедуры описываемого метода. Звуковое давление в точке приема, где находится микрофон, может быть обозначено как

где а — радиус излучателя; D — коэффициент, равный отношению звуковых давлений на закрепленной диафрагме и в свободном поле. Кроме того, введем выражение для характеристики преобразователя как излучателя звука

в котором справа находится отношение звукового давления р 1У усредненного по колеблющейся поверхности (диафрагме) преобразо­ вателя, к питающему его току гт. Отсюда имеем

130