когда средой является воздух, то р мало, если только колебательная скорость и не увеличится соответственно. Скорость можно увеличить, используя в качестве излучателя громкоговоритель. Использование воздуха в качестве акустической среды приводит к низкому импедансу по всему объему полости камеры, а не только в отдельных точках. Поэтому гидрофон с низким импедансом не нарушает однородности давления. Применение воздуха позволяет измерять чувствительность по давлению гидрофона и с низким импедансом, но такие градуировки находят малое применение в гидроакустике.

В одном из вариантов этого метода камера делается открытой. При этом • она имеет настолько малые размеры и так устроена, что m обозначает массу воды (рис. 2.3 и 2.4), Zy, и 1/сзС равны нулю и гидрофоны помещаются в движущуюся массу воды. Дальнейшие подробности об этом довольно специальном методе приведены в разд. 2.5.2.

2.2.4. Градуировка излучателей

Градуировка излучателя означает измерение его чувствительности по току или по напряжению. При градуировке обычно используется чувствительность по току, связанная с чувствительностью по напряжению в свободном поле обратно пропорциональной зависимостью. Чувствительность по напряжению используется в гидролокации и других практических приложениях, где напряжение является более привычным, легче измеряемым параметром или более постоянным при изменении частоты, чем ток. Ни одна из чувствительностей в режиме излучения не рекомендуется для использования в работах по точной градуировке, потому что, помимо прочего, для этого потребуются особенно хорошие условия свободного поля. Чувствительность в режиме излучения относится к звуковому давлению, создаваемому на расстоянии 1 м от излучателя в свободном поле. На практике измерения можно производить на больших расстояниях. Давление и чувствительность зависят как от преобразователя, так и от среды, в которую он излучает звуковую энергию. При градуировке или ЕГспользовании образцовых излучателей происходит меньшее количество взаимных компенсаций погрешностей, чем при градуировке методом сравнения гидрофонов, так как в последнем случае измеряется только отношение (или разность в дБ) двух напряжений.

Частотная характеристика излучателя менее постоянна, чем гидрофона. Излучатели обычно крупнее образцовых гидрофонов, поэтому они сильнее подвержены дифракционным эффектам и имеют больше паразитных резонансов. Некоторые излучатели нелинейны и нестабильны на резонансной частоте или вблизи

нее Все это говорит против использования образцовых излучателей. I

Излучатели могут быть очень стабильными на частотах вне области резонанса - даже более стабильными, чем гидрофоны, так как электрический импеданс излучателя ниже и менее чувствителен к изменению сопротивления утечки и паразитной емкости. Будучи большими по размерам, они обладают направленностью. В той области частот, где излучатели стабильны и обладают направленностью, их можно градуировать и использовать в качестве гидрофонов. Большинство образцовых гидрофонов имеют малые размеры только потому, что небольшие гидрофоны удобнее в обращении, так как не обладают направленностью и их чувствительности постоянны в широком диапазоне частот (разд. 5.2).

Излучатели обычно градуируют как часть гидролокатора, океанографической или другой подводной электроакустической системы. Градуировка производится, когда излучатель помещен в свободное поле и электрически возбуждается номинальным током ix или напряжением вх-

На расстоянии d м от излучателя на его акустической оси помещается образцовый гидрофон с известной чувствительностью в свободном поле Ms. Измеряется выходное напряжение холостого хода е. Тогда чувствительности в режиме излучения по току Sx или по напряжению равны

S,=e,d\M,i,, . (2.6)

S,=e,d\M,e,. (2.7)

Заметим, что уравнение (2.6) получено перестановкой членов в уравнении (2.3) так, что роли и индексы образцового и градуируемого гидрофонов поменялись местами.

Другим методом измерения 5 является градуировка излучателя методом сравнения, которая аналогична градуировке методом сравнения гидрофонов. Сначала образцовый излучатель создает звук, который измеряется неградуированным гидрофоном. Затем на место образцового излучателя помещается градуируемый, и ток, возбуждающий его (или напряжение на нем), регулируется до тех пор, пока не будет достигнуто то же напряжение на выходе гидрофона, какое было при образцовом излучателе. Тогда

S=Sj,ji, . (2.8)

SjcSseJe,, (2.9)

Где 5. и 5s - чувствительности по току в режиме излучения, а Sx и Ss- чувствительности по напряжению в режиме излучения для градуируемого и образцового излучателей, i и is -

соответствующие токи возбуждения, и eg-- соответствующие напряжения возбуждения.

Как и при градуировке гидрофонов методом сравнения, при сравнении излучателей может иметь место взаимная, компенсация ошибок, обусловленных отражениями. Однако излучатели чаще, чем гидрофоны, различаются по размерам, форме и диаграммам направленности. Поэтому указанное преимущество метода сравнения излучателей реализуется только в том исключительном случае, когда образцовый и градуируемый излучатели имеют одинаковую конструкцию.

Обе чувствительности в режиме излучения определяются звуковым давлением на расстоянии 1 м от акустического центра излучателя. Это не означает, что измерения проводятся при расстоянии между излучателем и гидрофоном, равном 1 м. Если излучатель велик, точка, лежащая на расстоянии 1 м, может находиться в ближнем поле, или в зоне Френеля, преобразователя. Она может даже оказаться внутри самого излучателя, как, например, в цилиндрическом излучателе, имеющем радиус 2 м. Пштому реальные измерения проводятся на расстояниях больше 1 м, гарантирующих измерения в зоне, где применим закон обратных квадратов, т. е. где плотность энергии или квадрат давления в волне уменьшаются обратно пропорционально квадрату расстояния. При этом звуковое давление изменяется обратно пропорционально расстоянию. Давление, измеренное на расстоянии d м, приводится к значению на расстоянии 1 м умножением на d. Например, чувствительность, в режиме излучения, измеренную на расстоянии 4 м, нужно умножить на 4 или, в децибелах, к ней нужно прибавить 201g4, т. е. 12 дБ.

Большинство электроакустических излучателей взаимны, за исключением, быть может, резонансных частот, где они имеют большие Q. Следовательно, чувствительность по току в режиме излучения можно определить, градуируя преобразователь как гидрофон и вычисляя чувствительность в режиме излучения S из соотношения взаимности S=M/J, где М - чувствительность по напряжению в свободном поле, а / - параметр (коэффициент) взаимности (см. разд. 3.15.2). При этом взаимность излучателя нужно проверить способом, описанным в разд. 2.3.

2.3. МЕТОДЫ ВЗАИМНОСТИ

Принцип взаимности был введен в электроакустику Шот-тки [3] в 1926 г. и Баллантайном [4] в 1929 г. Маклин [5] и Кук [6] первыми использовали его для целей градуировки в 1940 и 1941 гг. Гидроакустическая лаборатория отделения военных исследований Колумбийского университета (позже