вращения образца, находящегося между гидрофоном и излучателем. Поскольку при повороте уменьшается-эффективная площадь, т. е. площадь, нормальная к воображаемой линии излучатель-гидрофон, то влияние дифракции возрастает. Измерения при скользящих углах падения, т. е. углах, близких к 90°, затруднены, если образец не обладает достаточно большими размерами. При углах падения, отличных от нормального, в образце возбуждаются также сдвиговые и поперечные волны. Следовательно, измерения на образцах нельзя признать очень надежными, так как при этом возникают сложные волновые явления; в связи с этим особую важность приобретают измерения на законченных конструкциях изделия.

6.3. СНИЖЕНИЕ ОТРАЖЕНИЯ

Снижение отражения является важным параметром отражателей и поглощающих покрытий. Оно характеризует уменьшение уровня падающего звукового давления после отражения.

Снижение отражения зависит от рассогласования акустических импедансов на отражающей границе. В свою очередь акустический импеданс зависит от самого материала, его толщины и, как правило, от того, к чему и как материал прикреплен.

Как и при измерении звукоизоляции, имеются два типа измерений снижения отражения: на образцах и на конкретных конструкциях изделия.

Поглощающие покрытия в отличие от окон, экранов и отражателей не всегда делаются из однородного материала. Для окон, экранов или отражателей требуется только хорошее согласование или рассогласование импедансов с водой. Поглощающие покрытия выполняют более сложную функцию: благодаря им хорошие отражатели должны одновременно казаться акустически прозрачными. Для этого, во-первых, покрытие должно иметь хорошее согласование с водой, чтобы звуковая энергия не отражалась. Во-вторых, войдя в покрытие, звуковая энергия должна быть поглощена, иначе она отразится от какой-либо следующей границы, например от стенки или корпуса корабля, к которым прикрепляется покрытие. Таким образом, и звукоизоляция, и снижение отражения должны быть велики.

Трудно создать тонкое однородное поглощающее покрытие с характеристиками поглощения, не зависящими от частоты. Поглощающее покрытие обычно состоит из слоя резины или резиноподобного материала с низкоимпедансными воздушными полостями или с высокоимпедансными металлическими включениями. Основной целью является создание поперечных смещений в. резине, а не просто сжатия и расширения ее. Материал,

находящийся за покрытием, является его неотъемлемой частью; толщина стальной пластинки, к которой обычно прикрепляется покрытие, и среда (вода или воздух), находящаяся за сталью, влияют на характеристики поглощения. Ввиду того что покрытие неоднородно, оно может резонировать и обычно резонирует. Это проявляется в увеличении амплитуд колебаний и в большом снижении отражения в узкой полосе частот.

Отражатели делаются из однородного материала или с очень низким акустическим импедансом (пробка, корпрен, воздушный сандвич), или с очень высоким акустическим импедансом (сталь, никель, вольфрам). В некоторых случаях для получения высокоимпедансных границ применялись разные типы настраиваемых или резонансных инерционно-упругих систем или четвертьволновых отрезков передающих линий. Такие устройства применимы только в узкой полосе частот.

Если угол падения звука меняется, то снижение отражения нуждается в дальнейшем уточнении - в учете угла отражения. Иногда основной интерес представляют зеркальные отражения {материал для трехплоскостного имитатора мишени или акустического зеркала); в других случаях большая часть звука может отразиться, но необязательно зеркально (неплоская поверхность). Эта двусмысленность проявляется во всех измерениях отражений; поэтому необходимо знать предполагаемое назначение материала и измерять соответствующий вид отражений. В этой связи используются термины «моностатическое» и «би-статическое». Моностатическим является измерение в одной и. той же точке, т. е. излучатель и приемник находятся в этой точке или угол падения совпадает с углом отражения. Бистати-ческое - это измерение в двух точках, т. е. излучатель ориенти- рован под одним углом, а приемник - под другим. Зеркальное <?тражение является частным случаем бистатического Отражения, когда угол отражения равен углу падения.

6.3.1. Теоретическое снижение отражения

Как и в случае звукоизоляции, теоретически снижение отражения легче всего вычислить при нормальном падении звука на однородную пластинку из непоглощающего материала, погруженную Б воду. Другие случаи более сложны и выходят за рамки этой книги.

Теоретическое снижение отражения для непоглощающего однородного материала в воде определяется формулой

Снижение отражения=:10 Ig [ j!2kx (-2)

где m и kx имеют тот же смысл, что и в уравнении (6.1).

Как и в уравнении (6.1), т можно заменить на 1/т без изменения вида уравнения. С ростом частоты величина снижения отражения постепенно падает, пока толщина пластины не будет равна /4 длины волны, а затем увеличивается, до тех пор пока толщина не достигнет V2 длины волны. Когда kx в уравнении (6.2) приобретает значения л/2, Зл/2, 5л/2 и т. д., т. е. когда толщина кратна нечетному числу четвертей длины волны, снижение отражения минимально. И для больших, и для малых значений m (т. е. для и ml) снижение отражения близко к нулю, но теоретически его никогда не достигает. Когда kx=Q, л, 2л и т. д., синус в уравнении (6.2) становится равным нулю и снижение отрд,жения становится, бесконечным при любом конечном значении т. Это значит, что любой непоглощающий материал идеально прозрачен, когда его толщина кратна половине длины волны. Разумеется, снижение отражения бесконечно и при-:т=1. Такие же выводы следуют из уравнения (6.1).

На рис. 6.1 показано снижение отражения двух типичных отражающих материалов. Слой пробки толщиной 3 мм становится полностью прозрачным при 78 кГц. Соответствующая частота для стали толщиной 15 мм равна 186 кГц. Мы снова видим, что пробка не всегда эквивалентна воздуху, как иногда полагают. Слой воздуха является хорошим отражателем: слой его толщиной 3мм дает при 1 кГц снижение отражения только на 0,0004 дБ.

6.3.2., Измерение снижения отражения

Снижение отражения обычно измеряют с помощью установки, показанной на рис. 6.2. Падающий и отраженный звуки (звуковые давления) измеряются зондовым гидрофоном, который помещается вблизи образца материала. Для разделения этих двух измеряемых сигналов применяют два способа. Используя импульсный режим, можно разделить падающий и отраженный звуковые импульсы на промежуток времени, который требуется импульсу, чтобы пройти путь от гидрофона к образцу и обратно. При использовании интерферометрического метода оба сигнала перекрываются и их уровни вычисляются по интерференционным максимумам и минимумам, которые обусловлены конструктивной и деструктгивной интерференцией. Как и при измерении звукоизоляции, основные трудности связаны с отражениями и дифракцией. Дифракционные эффекты в этом случае не ограничиваются обычной дифракцией на краях препятствия. Если плоская волна падает нормально на отражающую пластинку, to отраженная волна неотличима от той, которую излучала бы сама пластинка, если бы она служила излучателем. Зонд, расположенный вблизи пластинки, находится в ближнем поле, или в зоне