рабочего диапазона частот. Это значит, что мы имеем дело с чисто упругим импедансом и Zm представляет собой гибкость llj(j)C. Импеданс Zm в действительности является суммарной гибкостью параллельной комбинации гибкостей: объема среды Cm, стенок камеры и микрофона. Две последние гибкости обычно гораздо меньше Cm, так что Zm==« IfjoiCm. Тогда

X Cm

(2.41)

Воздух

Возбудитель поршня

Из законов для газов следует, что C = Vlyp, где V - объем, ро - статическое давление, Y - отношение удельных теп-лоемкостей газа. В значение Cm необходимо ввести некоторые малые поправки, учитывающие теплопроводность стенок камеры. Подробнее об этом методе читатель может узнать из работ [24-28].

Воздушный пистонфон можно использовать для градуировки гидрофонов, но в этом случае метод имеет серьезный недостаток. Воздушная камера должна быть малой, т. е. верхний частотный предел градуировки низок. Верхний частотный предел диапазона градуировки в камерах с наибольшими размерами порядка 10 см равен примерно 200 Гц. Для

частичного устранения этого недостатка применяется водно-воздушный пистонфон. Водно-воздушный пистонфон показан на рис. 2.20. Здесь используется камера больших размеров, и большая часть ее заполнена водой. Поскольку длина волны в воде на данной частоте примерно в 5 раз больше, чем в воздухе, то волновые размеры полости камеры, заполненной водой, могут быть в 5 раз больше, чем в воздухе, без нарушения условия «размеры малы по сравнению с длиной волны». Таким образом, в камеру можно поместить больший гидрофон. При этом уравнения (2.40) и (2.41) не нарушаются. Гибкость воды много меньше гибкости воздуха, так что гибкостью воды, как и гибкостью стенок камеры, можно пренебречь. Звуковое давление

Рис. 2.20. Водно-воздушный пистонфон.

распределено приблизительно равномерно в жидкой среде, и в воде распределение такое же, как в воздухе. Эквивалентная схема водно-воздушного пистонфона показана на рис. 2.21.

Дальнейшей модификацией является водный .пистонфон, из которого вообщ,е исключен воздух и используется источник

Рис. 2.21. Эквивалентная схема BOflHO-Bosfliinnoro пистонфона. Пунктирными линиями показаны импедансы воды, гидрофона и стенок камеры, которые достаточно высоки, чтобы ими можно было пренебречь при параллельном

включении.

давления. Эквивалентная схема для этого случая показана на рис. 2.22. Гибкость среды Cm, состоящую из параллельной комбинации гибкостей стенок, воды и гидрофона, можно измерить

Вода

Рг,=Ви/А

Гид р.

Стенки

Рис. 2.22. Эквивалентная схема водного пистонфона.

статическим способом (см., например, [20, 21]). Импеданс излучателя Zg должен быть, известен, и его давление в заторможенном режиме рь должно быть измеримым. Всем этим требованиям удовлетворяет электродинамический преобразователь. Давление на заторможенной диафрагме равно

/7,=Ж А, (2.42)

где В - магнитная индукция, L. - длина .катушки, i - сила тока, Л - площадь диафрагмы. Импеданс Zs определяется массой диафрагмы и гибкостью ее упругой подвески. Эти величины измеряются один раз и в дальнейшем считаются постоянными. Из рис. 2.22 имеем

Vm BLl

Р Z, + (1 «C) А

Импеданс j/jaCm всегда должен быть велик, поэтому воздушные пузырьки, мягкие прокладки, тонкостенные трубки и другие элементы с низким импедансом могут оказывать большое влияние на величину Cm и р и их следует избегать или акустически изолировать от рабочей среды. Если движение диафрагмы отличается от поршневого, то площадь А должна определяться как «эффективная» площадь. Преимущества водного пистонфона по сравйению с воздушным заключается в более высоких уровнях звукового давления, более высоком верхнем частотном пределе и в больших допустимых размерах гидрофона.

гwdpocpoH

Рис. 2.23. Прешефон.

Водный пистонфон использовался в Лаборатории ВМС (USRD) 10 лет. Камера имела диаметр 25 см и длину 61 см. Верхний частотный предел равнялся 200 Гц.

Импеданс Cm зависит от гибкости и размера градуируемого гидрофона и гидрофонного кабеля и от «причуд» водной среды, поэтому его нужно измерять при каждой градуировке. Это является главным недостатком метода и причиной того, что метод водного пистонфона в Лаборатории ВМС был заменен нулевым методом двух излучателей.

Последней разновидностью метода пистонфона является прешефон (pressurephone) [29]. Если в схеме на рис. 2.22 1/(оСт» Zs, то уравнение (2.43) упрощается:

p=p=BLilA (2.44)