кх=я12, Зл/2, 5л/2 и т. д., т. е. когда толщина кратна нечетному числу четвертей длины волны.

Известно, что слой воздуха является очень хорошим экраном для подводного звука, так как т = /збоо- Однако практически очень трудно применить слой воздуха в форме независимого экрана. Одна из возможностей заключается в использовании воздушного сандвича, представляющего собой слой воздуха между двумя герметически соединенными пластинами из металла или другого жесткого материала. С такими сандвичами

Ю 20 Частота, кГц

Рис. 6.1. Снижение отражения (/) и звукоизоляция ( ) для стали толщиной 15 мм (пунктирные кривые) и пробки толщиной 3 мм (сплошные кривые)

в воде.

связаны две практические трудности. Во-первых, они должны иметь систему компенсации давления или фиксаторы между металлическими пластинами, предотвращающие их прогибание или даже охлопывание последних. Во-вторых, пластины должны быть жестко соединены на краях. Любые фиксаторы или жесткие соединения на краях действуют как акустические короткие замыкания, т. е. звуковые колебания передаются по жестким частям, обходя слой воздуха. Если фиксаторы расположены близко, как перегородки в сотах, то сандвич превращается в хорошее акустическое окно. Поэтому при оценке воздушного сандвича в качестве экрана необходимо оценивать звукоизоляцию для конкретного испытуемого образца. Другой экран с той же самой толщиной сандвича металл-воздух-металл, но с другими поперечными

размерами, внутренними фиксаторами и ребрами жесткости может иметь, другую звукоизоляцию. ,

Другой метод анализа воздушных экранов основан на пред-. положении, что смесь пробки и резины, называемая корпрен, акустически эквивалентна воздуху. При значениях ra = Vi2 для пробки и т = 7збоо для воздуха можно видеть, что это не очень хорошее предположение. На самом деле пробка имеет лучшее согласование импедансов с водой, чем сталь (га=26). А малая скорость звука в пробке является ее дополнительным преимуществом. Длина волны в пробке равна 0,1 длины волны в стали, поэтому пробковый экран может быть намного тоньше, чем эквивалентный стальной экран.

6.2.2. Измерение звукоизоляции

Измерение звукоизоляции - это прямая процедура. На гидрофоне измеряется сигнал, возбуждаемый излучателем, и отмечается разница выходных напряжений до и после помещения материала между этими двумя преобразователями. Хотя предпочтительнее использовать импульсный звук, как описано в разд. 3, но можно применять и непрерывный сигнал, который имеет некоторые преимущества на очень низких частотах. Источниками ошибок является интерференция, создаваемая отражениями от поверхности, дна водоема и от креплений, а также дифракция звука на краях образца. Ошибку, вносимую такой интерференцией, можно свести к • минимуму, если расстояние между излучателем и гидрофоном выбирать малым. Отражения от креплений минимизируются применением в них наиболее прозрачного материала и рациональной конструкции установки. Измерительная установка и интерферирующие сигналы показаны на рис. 6.2.

При формулировке определения звукоизоляции предполагалось, что распространяются плоские волны; на практике, конечно, используются сферические. Как и в случае градуировки гидрофонов, измерения верны, если гидрофон настолько мал, что пересекает практически плоский участок сферической волны.

Дифракционная интерференция уменьшается, если использовать большие размеры образца и асимметричное расположение излучателя и гидрофона относительно прямоугольного или квадратного образца. Излучатель и гидрофон располагаются так, что воображаемая линия, соединяющая их центры, не проходит через центр образца. Эти. два условия нарушают когерентность дифракционной интерференции. За немногими исключениями, бесконечное число лучевых траекторий вокруг образца будут иметь разную длину. Поэтому сигналы, пришедшие на гидрофон по разным траекториям, не будут находиться в фазе друг с дру-

гом. С учетом фаз суммарный сигнал будет меньше, чем при симметричном расположении преобразователей.

Круглый образец с гидрофоном, помещенным на оси образца, будет наихудшим расположением, так как приводит к наибольшим дифракционным эффектам. Даже если образец абсолютно непрозрачный, интенсивность в месте расположения гидрофона будет такой же, какая была бы в отсутствие образца! Это соответствует светлому пятну за непрозрачным круговым препятствием, что хорошо известно из оптики.

Воздух , -

Вода

Излучатель

Дифрагированиьш звук

\--Tlpaxodmgju звук.

Материал

Рис. 6.2. Схема измерения звукоизоляции и снижения отражения. Показаны краевые дифрагированные волны. / - положение гидрофона при измерении снижения отражения, - при измерении звукоизоляции.

. Интенсивность дифракции на краях пропорциональна рассогласованию импедансов между материалом образца и водой. Поэтому интенсивность дифрагированного сигнала, измеренная на материалах окон, меньше, чем на экранах. Более того, поскольку уровень сигнала, проходящего через окно, выше, чем через экран, то отношение уровня дифрагированного сигнала к уровню проходящего намного больше при измерениях экранов, чем окон. Звукоизоляция для окон измерялась на малых квадратных образцах со стороной в две длины волны. Зависимость звукоизоляции от угла падения измерялась с помощью