емник. Условие стояче?! волны позволяет получить высокие плотности энергии без использования высоко?! энергии на выходе Р!злучателя в установившемся режиме. Стоячие волны запасают энергию, поэтому при постоянной выходной мощности излучателя можно получр!ть более высокие плотности энергии, чем в случае плоской бегущей волны.

Стоячие волны эквивалентны двум бегущим волнам, распространяющимся в противоположных направлениях. Средняя по времени и пространству

плотность энергии у них -

вдвое выше, чем у плоской бегущей волны. Отметим,

что, хотя звуковое давление пружина

тоже удваивается на отражающей поверхности, интенсивность не учетверяется, о Звуковое давление на рас- j

стоянии в V4 длины волны Ее

от отражателя всегда при- 1 мерно равно нулю, и прост- Ь ранственное усреднение приводит к появлению множителя V2. Таким образом, сила, действующая на гидрофон, равна

F=p,A=2EA, (2.59)

Тидр.

Стоячие волны

Рис. 2.36. Устройство для градуировки методом радиометра плоских пьезоэлектрических гидрофонов.

а звуковое давление в плоской бегущей волне дается формулой

;7=(£р)/=(р/2Л)/с. . (2.60)

Сила определяется путем измерения отклонения d отражателя вверх под действием радиационного давления с последующим вычислением по формуле F=kd, где k - постоянная пружины. Выходное напряжение холостого хода вое гидрофона измеряется одновременно с силой, так что чувствительность М в режиме приема равна

(2.61)

В этом случае М представляет собой чувствительность по напря-женр!ю в свободном поле, хотя гидрофон не используется и не градуируется в свободном поле. Этот метод использовался в частотном диапазоне 300-5000 кГц.

В еще одной разновр!дности метода градуировки с помощью радиометра используется амплитудная модуляция высокочастотного

(около 1000 кГц) звукового пучка низкочастотным (около 1 кГц) сигналом. Радиационное давление колеблется с низкой частотой, создавая псевдозвуковое давление. Этим способом можно получить низкочастотное давление в узком пучке, который характерен только для высокочастотного излучения. Этот интересный метод периодически предлагался в литературе. Эксперименты в Лаборатории ВМС показали, что в этом методе имеется много трудностей, большинство которых вытекает из значительной разницы (100 дБ и более) между высокочастотным сигналом и низкочастотным модулирующим сигналом, создающим радиационное давление. При увеличении амплитуды несущего сигнала кавитация в высокоинтенсивном звуковом пучке начинается до того, как может быть получен измеримый низкочастотный сигнал. Чувствительность гидрофона и приемного электронного тракта установки должна быть более чем на 100 дБ выше на модулирующей частоте, чем на несущей. Поскольку радиационное давление пропорционально квадрату звукового давления, то сигнал радиационного давления и модулирующий сигнал имеют огибающие разной формы. Дифракционные эффекты реальной - низкочастотной звуковой волны не -воспроизводятся в точности модулированным радиационным давлением, за исключением случая поршня в бесконечном экране. Эти трудности мешают практическому использованию метода.

2.9. ИЗМЕРЕНИЯ В ВОЗДУХЕ

Если акустический импеданс преобразователя достаточно велик, так что его импедансом излучения можно пренебречь, и если преобразователь достаточно мал, чтобы можно было пренебречь дифракционными эффектами, то его чувствительности в воде и в воздухе будут одинаковыми. Этим требованиям- удовлетворяют, например, обычные пьезоэлектрические гидрофоны, содержащие электроакустические элементы с размерами до нескольких сантиметров. Поэтому для градуировки этих гидрофонов на звуковых частотах можно использовать методы воздушной акустики. Один из таких методов - воздушный пистонфон - уже обсуждался. Для градуировки микрофонов также применяется метод взаимности.

Метод электростатического актюатора представляет собой один из первичных методов воздушной акустики, который нельзя непосредственно применять в гидроакустике; однако его. можно использовать для градуировки гидрофонов в воздухе, если грщрофон имеет плоскую металлическую диафрагму. Электростатический актюатор представляет собой устройство, содержащее металлическую сетку или пластинку, которая поме-

щается вблизи металлическо?! диафрагмы, так что образуется плоскопараллельный конденсатор. Электрические пондеромотор-ные силы между двумя пластинами создают давление, необходимое для градуировки. Беранек [28] детально описал этот метод. Пайетт из Центра подводного оружия Британского адмиралтейства . использовал электростатический актюатор до частоты 60 кГц для необычной задачи - измерения шума потока воды, где требовалось определение чувствительности по давлению, а не по свободному полю. Градуировка была проведена при заполнении пространства между параллельными пластинами гелием.

2.10. ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ К КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СКОРОСТИ ИЛИ (ГРАДИЕНТУ ДАВЛЕНИЯ

У. Выходной электрический сигнал некоторых типов гидрофонов пропорционален колебательной скорости частиц или градиенту давления в звуковом поле. Термины «колебательная скорость» и «градиент давления» часто используются как взаимозаменяемые для таких гидрофонов, хотя можно вскрыть их некоторые отличия друг от друга (разд. 5.12). Эти гидрофоны изготавливаются таким образом, чтобы какая-либо часть гидрофона колебалась в среде под влиянием градиента давления звуковой волны или вместе с частицами жидкости. Основной особенностью и преимуществом грщрофона градиента давления или колебательной скорости является его диаграмма направленности (рис. 2.37). Ее называют «восьмёркой», «косинусной» или «ди-польной» диаграммой направленности. Она не зависит от частоты. Давление в любом направлении 0 относительно давления на оси равно cos 0.

Гидрофоны градиента, давления или колебательной скорости могут градуироваться и обычно градуируются в единицах давления, а не скорости (градиент давления никогда не используется в качестве образцовой величины). Поскольку зависимость

Рис. 2.37. Диаграмма направленности гидрофона колебательной скорости или градиента давления. р/ро= =cos е.