излучения нулевого излучателя будет отличаться от сопротивления излучения в свободном поле. На частотах вне области резонанса этой разницей можно пренебречь. На практике гидрофон должен быть жестким и по той причине, что мягкая граница приведет к появлению градиентов давления, и тогда давление на диафрагме нулевого излучателя может отличаться от давления, действующего на гидрофон.

В качестве индикатора смещения диафрагмы можно использовать различные системы. Обычно металлическая диафрагма является частью какой-либо электрической системы, в которой смещение создает индицируемые изменения. Например, диафрагма может служить одной из пластин конденсатора или частью магнитной цепи. Индикатор не обязательно должен быть отградуирован. Резонанс диафрагмы нулевого излучателя должен находиться ниже рабочего диапазона частот системы или на его нижнем крае, и, следовательно, диафрагма будет управляться массой. При этом смещение будет обратно пропорционально квадрату частоты, скорость будет обратно пропорциональна частоте, а ускорение не будет зависеть от частоты. Поэтому индикатор ускорения был бы предпочтительнее индикатора смещения, однако статическое измерение коэффициента BLjA. можно осуществить только с устройством, контролирую- щим смещение. По этой причине в установке, разработанной в 1955 г. в Лаборатории гидроакустических измерений ВМС, используется индикатор смещения, выпускаемый серийно фирмой «Бентлик сайнтифик». Максимальная частота этой системы, равная 1000 Гц, определяется чувствительностью индикатора смещения. Можно использовать комбинированную систему индикатора, состоящую из индикатора смещения для статических измерений и градуировки на инфразвуковых частотах и индикатора скорости или ускорения в диапазоне звуковых частот. Другие трудности, связанные с резонансами и уменьшением длины волны, ограничивают использование метода на частотах выше 1000 Гц. У данного метода нет низкочастотного предела; в установке Лаборатории ВМС он используется в диапазоне от 0,3 до 1000 Гц.

Метод хорош тем, что не нужно проводить какие-либо измерения по определению акустического импеданса и отсутствуют ограничения размера камеры. Основной недостаток его связан с практической реализацией нулевого метода, а не с теорией. Если гидростатическое давление изменяется в процессе градуировки, то относительно хрупкую диафрагму нужно компенсировать по отношению к статическому давлению; это значит, что давление воздуха внутри нулевого преобразователя должно быть равно гидростатическому давлению в камере в пределах ±13,8- 10 Па. Система компенсации вместе с обо-

рудованием для заполнения и смены воды в камере и вакуумное оборудование (для устранения воздушных пузырьков) составляют довольно громоздкую систему труб.

2.5. ИМПЕДАНСНЫЕ МЕТОДЫ ,

Импедансные методы - это класс абсолютных методов градуировки, в которых акустическое давление определяется по х:арактеристикам источника звука (давление, скорость или смещение) и акустическим импедансам среды и границ среды. Электрическая эквивалентная схема для общего случая представлена на рис. 2.18. Зная

Рис. 2.18. Эквивалентная схема акустической системы, используемой в импедансных методах градуировки.

параметры ро, и, Zg и Zm, можно определить звуковое давление р в среде. Как и в подобных случаях градуировки сравнением в малых камерах (разд. 2.2.3) и градуировки методом взаимности в малых камерах (разд. 2.3.7), можно измерять чувствительность только небольших жестких гидрофонов и только на низких частотах. Объем среды мал,

а значит, максимальный размер гидрофона должен составлять малую долю длины волны в среде. Чувствительность гидрофона М=еос1р определяется из прямого измерения вое и косвенного измерения р.

Имеются два общих случая импедансных методов, соответствующие двум типам акустической реактивности. В первом случае свойства среды определяются гибкостью (l/jaC) или жесткостью (s/;co). В акустике используются оба термина: гибкость и жесткость. Термин «жесткость» заимствован из машиностроения. Термин «гибкость» более удобен в акустике и будет использоваться в этой книге, так как гибкость прямо пропорциональна емкости в эквивалентной схеме, в то время как жесткость связана с этой емкостью обратной пропорциональностью. В системах, управляемых гибкостью, предполагается, что среда действует как невесомая пружина, а звуковое давление создается сжатиями и растяжениями этой пружины. Во втором случае свойства среды определяются массой (/com). Предполагается, что сама среда ведет себя как неупругая масса, а звуковое давление является результатом инерционности этой массы. Оба метода являются низкочастотными приближениями, но их можно распространить на более высокие частоты, если систему

удается описать волновыми уравнениями. Замкнутые камеры используются в качестве систем, управляемых гибкостью, а открытые камеры - в качестве систем, управляемых массой. Камеры, управляемые гибкостью, называются пистонфонами по предложению Венте, разработавшему эту методику в 1917 г. [24].

2.5.1. Пистонфонные методы

Метод пистонфона является одним из старейших методов абсолютной градуировки. Первоначально он использовался только для градуировки микрофонов. В нескольких вариантах

Поршень

Стержень

Возбудитель поршня

Измер. смещения

Рис. 2.19. Градуировка методом пистонфона.

он был использован для градуировки гидрофонов. Установка состоит из небольшой заполненной газом камеры и поршневого излучателя звука (рис. 2.19). В первоначальной конструкции [24, 25] колебания поршня возбуждались электромотором, а в более поздних вариантах [26-28] - электродинамическим преобразователем. Амплитуда смещения поршня измеряется оптической системой. Основные требования к системе возбуждения - создание колебаний с большим смещением и наличие удобных средств измерения амплитуды колебаний поршня. Объемное смещение X находится по известным линейному смещению и площади поршня. Тогда

p=UZ{jX)Z, (2.40)

где и - объемная скорость и Zm - импеданс среды (см. рис. 2.18). Предполагается, что резонансы системы лежат выше