Френеля пластинки. Отраженный звук можно рассматривать как комбинацию двух волн: 1) плоской волны с той же амплитудой и фазой, которые были бы при отражении от бесконечно протяженной пластинки, и 2) дифрагированной волны, которая кажется исходящей от края пластинки и аналогична дифрагированной волне, «обходящей» пластинку в случае измерения звукоизоляции.

Когда используют короткие импульсы и падающая и отраженная волны разделяются во времени, необходимо также разделить отраженные и дифрагированные импульсы. Эти два требования о разделении сигналов предъявляют противоречивые требования к .выбору расстояния от зонда до образца. Увеличение этого расстояния улучшает разделение падающего и отраженного импульсов, но ухудшает разделение отраженного и дифрагированного. Уменьшение этого расстояния приводит к обратному эффекту. На практике используют наименьшие расстояния и минимальные длины импульсов. Однако длину импульса невозможно сделать короче, чем примерно два периода, что и обусловливает низкочастотный предел измерений. Для резонансных отражателей необходимо использовать более длинные импульсы. Импульсные измерения отражений в воде в общем целесообразно использовать тогда, когда длина и ширина образца в пять или более раз превосходят длину волны.

Дифракционные эффекты можно свести к минимуму асимметричным расположением преобразователей, как описано в разд. 6.2.2 при измерении звукоизоляции.

Измерение импульса, отраженного от резонансного покрытия, осложняется тем, что такое покрытие действует как режекторный фильтр. Основная частота (несущая) на резонансной частоте покрытия ослабляется намного сильнее, чем боковые частоты в-, спектре импульса; поэтому большое снижение отражения на резонансе маскируется малой его величиной на боковых частотах. Чтобы получить истинное снижение отражения вблизи резонансной частоты, на выходе зондового гидрофона необходимо-иметь очень узкополосный фильтр.

На низких частотах (большие длины волн), где короткие импульсы получить нельзя, используется интерференционный метод. Зондовый гидрофон помещается вблизи образца, где он одновременно принимает прямой сигнал от удаленного излучателя и сигнал, отраженный от образца. Можно использовать непрерывный сигнал или длинные импульсы. Длинный импульс - это такой импульс, который, с одной стороны, допускает перекрытие прямого и отраженного сигналов, а с другой - еще достаточно короток, чтобы «отрезать» дифракцию, поверхностные отражения и т. п. Зонд йГзмеряет с учетом фаз сумму падающего и отраженного звуковых давлений. При непрерывном изменении

30 г

частоты Б некотором диапазоне разность фаз между падающим и отраженным сигналами будет непрерывно изменяться. Величина суммарных сигналов будет колебаться между состояниями сложения в фазе и в противофазе, напоминающими по характеру изменения картину, создаваемую при градуировках поверхност-лыми отражениями, стоячими волнами или наводкой. На самом деле мы намеренно создаем стоячие волны. Зонд должен отстоять по меньшей мере на длины волны от отражающей поверхности, а еще лучше на несколько длин волн. Если зонд

расположен слишком близко, то частотный интервал между пиками (или нулями) на зарегистрированной кривой велик и ее трудно расшифровать..

На рис. 6.3 приведен пример, в котором интерферирующий отраженный сигнал равен половине прямого сигнала, и показано, как относительные амплитуды двух интерферирующих сигналов могут быть найдены с помощью рис. 6.4 или табл. 6.1. Прямой сигнал можно получить только путем удаления образца, и отношение уровней сигнала помехи к прямому сигналу можно найти в виде числового отношения или в децибелах по одной из трех измеренных величин на рис. 6.3, t. е. по Макс, Мин. или Макс.-f Мин. Поскольку измерения глубины острых нулей больше подвержены ошибкам, чем высота закругленных максимумов, то измерения максимумов, показанные на рисунке, более надежны. В табл. 6.1 приводятся некоторые величины, представленные графически на рис. 6.4, - она более удобна для малых или для получения более точных значений. Интерференционный метод в принципе подобен методу измерения импеданса на границе, замыкающей трубу, который применяется в воздушной акустике.

На практике звуковые волны, которые падают на образец-отражатель, не являются плоскими. Как правило, это не влияет на измерения, если не возбуждается поперечного волнового движения. В некоторой степени это даже помогает измерениям, так как создает эффект «затенения»; иными словами, если рас-

Чаапота

V и с. 6.3. Влияние интерференции на .прямой сигнал. Макс.=3,5 дБ. Мин.= = 6 дБ. Из рис. 6.4 или табл. 6.1 находим, что отношение уровня сигнала помехи к уровню прямого сигнала равно Ю,5 (или -6 дБ). / - только прямой сигнал, 2 - прямой сигнал-Нпомеха.

Амплитуда интерференции

D - прямой сигнал

Таблица 6.1 I - сигнал помехи

сматривать пластинку как колеблющийся излучатель, то амплитуды колебания на краях будут немного меньше, чем в центре, и будут сдвинуты по фазе. «Затенение» снижает осцилляции давления в ближнем поле, обусловленные краевой дифракцией. Однако наличие потерь на расхождение означает, что в измеренное отношение уровня отраженного сигнала к уровню прямого сигнала нужно вводить поправку на потери с расстоянием. Когда звук падает на материал под углом, отличным от нормального, в материале могут возбудиться поперечные волны. Последние могут взаимодействовать с продольными волнами, о которых предполагается, что они несут всю звуковую энергию. Следовательно, условия измерений должны соответствовать условиям идеальной плоской продольной волны, даже если возможно возникновение поперечного волнового движения.