(рис. 2.1). В местах, где волновой импеданс велик, или в пучности давления, амплитуда давления медленнее изменяется с расстоянием, чем в местах, где импеданс мал, или в узлах давления,

Рис. 2.1. Распределение звукового давления (сплошная кривая) и колебательной скорости (пунктир) в стоячей волне. 1 - плоскость высокого импеданса (р/и >оо); 2 - распределение давления вблизи жесткой границы; 3 - плоскость низкого импеданса (р/и-О); 4 - распределение давления вблизи мягкой

границы.

Звуковое давление, действующее на каждый гидрофон в малой камере, практически одинаково. Оно равно истинному, непосредственно действующему на гидрофон давлению, и поэтому.

ЛкустичестО генератор ТевЕиина

Рис. 2.2. Эквивалентная схема гидрофона в свободном поле. Звуковое давление свободного поля представлено акустическим генератором Тевенина. ра - возбуждаемое давление; ръ - давление, создаваемое генератором Тевенина на заторможенной диафрагме гидрофона;, - давление в свободном поле; Zr - имнеданс излучения гидрофона; D - коэффициент дифракции; Za - акустический импеданс гидрофона; е - электрическое напряжение.

если нужно получить градуировку по свободному полю, необходимо знать связь между этим давлением и соответствующим давлением в свободном поле. Если чувствительность гидрофона определяется по отношению к непосредственно действующему на гидрофон давлению, градуировка называется градуировкой «по давлению». Чтобы. выяснить соотношение между чувствитель-ностями «по давлению» и «по свободному полю», рассмотрим рис. 2.2. Гидрофон в свободном поле представлен блок-схемой

С двумя ВЫХОДНЫМИ электрическими клеммами и двумя входными акустическими клеммами. На входные клеммы действует давление ра- Входной акустический импеданс равен Za. Плоские бегущие волны в свободном поле с давлением pf, которые падают на гидрофон, создаются акустическим генератором Тевенина. Давление рь, создаваемое этжм генератором, равно среднему давлению, действующему на диафрагму гидрофона, когда диафрагма заторможена, т.. е. когда Za->oo. Импеданс генератора Zr есть акустический импеданс, измеренный на зажимах гидрофона со стороны акустического генератора. Тогда Zy представляет собой импеданс излучения, измеренный на диафрагме гидрофона- со стороны воды. Связь между давлением на заторможенном преобразователе и давлением в свободном поле определяется формулой

Pb\Pf=D, (2.4)

где D называется коэффициентом дифракции. Величина D зависит от размера гидрофона и длины волны и может изменяться от О до 2 (1, 2]. Если максимальный размер гидрофона L много меньше, чем длина волны то D = \ (см. разд. 5.2, где дифракция рассмотрена подробнее). Давление на заторможенном преобразователе и действующее давление связаны соотношением

Если Za>Zr, ТО Ра Ipbl. Следовательно, если L<k и Za> :Zr, то pf=pa, И чувствительности по свободному полю и по давлению равны.

Как правило, чувствительности по давлению измеряются и используются только тогда, когда они равны чувствительностям по свободному полю. В любом случае правильная градуировка в камере получается лишь при L<K и ZaZr для всех используемых гидрофонов. Эти критерии применимы как для градуировки сравнением, так и для первичной градуировки в малой камере, описанной ниже. Исключением может быть случай, когда градуируемый и образцовый гидрофоны при градуировке методом сравнения имели бы одинаковые Za, Z,- и D.

Поскольку гидрофон должен помещаться в камеру,, которая много меньше длины волны, то требование Ь<Х выполняется автоматически и Zr должно быть мало. Фактически все обычные гидрофоны, кроме электродинамических, удовлетворяют условию ZaZr, за исключением области вблизи резонанса.

Таким образом, в малой камере можно градуировать малые, акустически жесткие гидрофоны.

На рис. 2.3 представлена типичная схема замкнутой камеры. На рис. 2.4 показана эквивалентная схема этой системы. Пред-

полагается, что скорость частиц в среде пренебрежимо мала, за исключением области, находящейся вблизи диафрагмы. Следова-. тельно, вблизи диафрагмы акустический импеданс представляет собой инерцию массы малого объема среды. Вне этой области акустический импеданс представляет собой гибкость сравнительно большого объема среды. Импедансы стенок камеры

Рис. 2.3. Типичная система с малой замкнутой камерой. S - образцовый гидрофон; Х - градуируемый гидрофон; Ss и e -выходные напряжения; масса жидкой среды вблизи диафрагмы; С -гибкость среды вдали от диафрагмы. 1 - источник звука, 2 - диафрагма.

или ее границ и гидрофонов включены параллельно с гибкостью среды, но предполагаются большими. Формула метода сравнения в малых камерах совпадает с формулой градуировки в свободном поле- уравнение (2.1) или (2.2).

Рис. 2.4. Эквивалентная схема системы, показанной на рис. 2.3; Z, Zs и Zx - импедансы стенок, образцового гидрофона и градуируемого гидрофона соответственно; р - давление в удаленной от диафрагмы части камеры.

В этом методе средой может быть не только вода. Можно использовать и другие жидкости - обычно это делается для получения большей длины волны или изменения электропроводности среды. Можно использовать воздух и другие газы, но только за счет повышения нижней рабочей частоты.

Длина волны в воздухе составляет /б длины волны в воде на той же частоте. Предположение о малости размеров камеры но сравнению с длиной волны становится неверным в воздухе на частоте, равной Vs- соответствующей частоты в воде. Поскольку гибкость С среды на рис. 2.3 и 2.4 становится большой.