Методи взаємності. Перерахувати і дати коротку характеристику

Наиболее распространенным и универсальным методом абсолютной градуировки электроакустических преобразователей является метод, основанный на использовании принципа взаимности. Различают метод взаимности в цилиндрической волне, в плоской волне, в трубе, в малой камере, в дифузном поле.

Метод взаимности в цилиндрической волне — это градуи­ровка, проводимая в специальных условиях, когда между излу­чателем и гидрофоном распространяются только цилиндрические волны. Такое условие выполняется между двумя длинными па­раллельными линейными или тонкими цилиндрическими пре­образователями. Расстояние между двумя линиями должно быть достаточно малым, чтобы гидрофон находился в ближнем поле излучателя, где зву­ковая энергия распространяется с двумерным расхождением. Звуковое давление на линейном гидрофоне меняется от точки к точке, но дав­ление, усредненное вдоль линии, обратно про­порционально расстоянию d.

При методе взаимности в плоской волне градуировка про­водится в особых условиях, когда между излучателем и гид­рофоном распространяются только плоские бегущие волны. Это условие выполняется, например, между двумя большими порш­невыми преобразователями, показанными. Расстоя­ние между двумя преобразователями должно быть достаточно мало, чтобы гидрофон находился в ближнем поле излучателя. В ближнем поле большого поршневого преобразователя звук распространяется нерасходящимся, или коллимированным, пуч­ком. Хотя звуковое давление изменяется от точки к точке, сред­нее давление в любой плоскости, параллельной излучающей по­верхности поршня, одинаково. Следовательно, звуковая энергия в ближнем поле распространяется- в форме плоских бегущих волн.

На рис. 2.11 буквами Р, Т и Н обозначены три преобразо­вателя, необходимые при градуировке методом взаимности в трубе: Р — излучатель, Т — взаимный преобразователь и Н — гидрофон. Второй излучатель Р' используется как активный управляемый импеданс для создания бегущей волны в трубе. Для градуировки гидрофона проводятся три измерения, уже из­вестные из рис. 2.5 и соотношения (2.17). Два из них, Р-+Т и Р-+Н, производятся с установкой, представленной на рис. 2.11, а. Звук исходит из Р, распространяется в виде плоских бе­гущих волн, минуя Н, и попадает на Т. При надлежащем вы­боре амплитуды и фазы сигнала в Р' по отношению к сигналу в Р волны, попадающие на Т, не отражаются; вся звуковая энергия поглощается преобразователем Т или часть ее прохо­дит дальше и поглощается Р'. Измерение Т-*-Н производится с установкой, показанной на рис. 2.11,6. Теперь звук исходит из Т. Плоские бегущие волны распространяются в обоих направ­лениях и поглощаются Р и Р'. В этом случае Р и Р' действуют как волновые сопротивления акустических передающих линий.

Термин «малая камера» используется в акустике примени­тельно к малой полости, осуществляющей акустическую связь- между излучателем (или громкоговорителем) и гидрофоном. Та­кая камера обычно мала по сравнению с длиной звуковой волны в среде, заполняющей ее, а ее стенки имеют высокий акусти­ческий импеданс. Поэтому давление практически одинаково во всем объеме камеры и равно звуковому давлению, создаваемому излучателем.

Малая камера подобна малым камерам для градуировки сравнением, о которых говорилось в разд. 2.2.3. Однако имеется важное отличие, которое заключается в том, что при первичной градуировке гидрофонов акустическая масса m (рис. 2.3 и 2.4) должна быть устранена, чтобы давление, воздействующее на гидрофон, было равно давлению, создаваемому возбудителем. С этой целью камеры делаются очень малых размеров, так что гидрофоны вводятся туда лишь частично; при этом диафрагмы преобразователей образуют часть стенок камеры.

Предположим, что у нас имеется реверберационная камера с хорошими диффузными характеристиками, т. е. с многими сим­метричными отражающими поверхностями, так что установив­шийся уровень звукового давления одинаков везде, за исключе­нием области вблизи излучателя. Поместим в камеру обычный излучатель Р, взаимный преобразователь Т и гидрофон Н. Пусть излучатель работает в некотором фиксированном режиме. Зву­ковое давление в камере будет возрастать до тех пор, пока звуковая мощность, рассеиваемая в стенках камеры, станет, равна мощности, создаваемой в камере излучателем. В этом установившемся режиме звуковое поле в каждой точке камеры можно считать состоящим из двух частей: 1) звукового поля Ри создаваемого непосредственно излучателем, и 2) диффузного

Три преобразователя можно разместить так, чтобы преобра­зователи Г и Я принимали только диффузное звуковое поле Pdf, создаваемое излучающим преобразователем (Р или Т), т. е. выполнить требование pdf^pt- Влияние давления прямого поля pf можно уменьшить, увеличивая размеры камеры, что позволяет, кроме того, увеличить расстояние между преобразова­телями. Давление pdf можно увеличить, выбирая камеру с малым коэффициентом поглощения стенок, или с большим временем реверберации.