1.2. Краткая историческая справка 11

ученые, главным образом за пределами США [21-25], проводили эксперименты по разработке методов измерения звукового давления в жидкостях. Однако эти методы были весьма сложными и их практическое применение редко выходило за рамки лабораторных работ. Были разработаны методы градуировки микрофонов в воздухе, но они не позволяли производить подводные измерения и ограничивались диапазоном частот, лежащих в области слышимых звуков. В 1941 г., накануне вступления США во вторую мировую войну, возможности ВМС США в части градуировки преобразователей гидроакустических станций были крайне незначительны.

Управление по научным исследованиям и разработкам, признав отставание в этой области исследований, в июле 1941 г. заключило контракт с фирмой «Белл телефон лэборэтриз» {BTL), а в марте 1942 г.- с Отделением военных исследований Колумбийского университета (CUDWR) на организацию лаборатории гидроакустических измерений. Фирма «Белл» должна была оснастить эту лабораторию контрольно-измерительными приборами и измерительными системами, а отдел военных исследований Колумбийского университета - обеспечить ее кадрами, способными разрабатывать методы и осуществлять градуировки гидроакустических приборов.

В 1940 и 1941 гг. Маклин [26] и Кук [27] независимо друг от друга разработали методы градуировки электроакустических преобразователей на основе принципа взаимности. Для реализации этих методов требовалось провести только электрические измерения и использовать несколько легко определяемых постоянных. Метод градуировки с использованием принципа взаимности оказался важным научным достижением, которое продвинуло вперед научные основы градуировки преобразователей гидроакустических станций. Летом 1942 г., спустя несколько месяцев после организации Лаборатории гидроакустических измерений, она начала изучать и проверять экспериментально основы градуировки с использованием .принципа взаимности и установила, что этот метод является точным и надежным способом испытаний и оценки преобразователей гидроакустических станций.

В период с 1942 по 1945 г. разработка методов градуировки, испытания и оценки преобразователей гидроакустических станций в Лаборатории гидроакустических измерений [17], в специализированных; лабораториях Гарвардского [19] и Калифорнийского университетов [20] продвигалась очень быстро. Метод градуировки с использованием принципа взаимности был поставлен на прочную теоретическую и экспериментальную основу. Были разработаны практические процедуры проведения измерений в мелководных озерах и бассейнах.

Фирма «Белл», используя пьезоэлектрические кристаллы сег-нетовой соли и дигидрофосфата -аммония, разработала измерительные образцовые гидрофоны. Были изготовлены также гидрофоны, в которых использовался магнитострикционный эффект. Эта же фирма разработала широкополосные источники звука (или излучатели) на пьезоэлектрических кристаллах для ультразвукового диапазона и электродинамические излучатели для диапазона звуковых частот.

Гидроакустическая лаборатория Массачусетского технологического института разработала гидрофоны на сегнетовой соли и конденсаторную гидрофонную систему, в которой используется принцип модуляции несущей частоты при помощи импедансной мостовой схемы. Фирма «Браш девелопмент» создала несколько типов широкополосных пьезоэлектрических преобразователей. Гидроакустическая лаборатория Гарвардского университета использовала явление магнитострикции при создании многих типов преобразователей. Природные пьезоэлектрические кристаллы использовались в ограниченной степени (турмалин в научно-исследовательской лаборатории ВМС и кварц в лаборатории фирмы «Белл»). Промышленные организации типа фирм «Саб-марин сигнал», «Дженерал электрик», «Сангамо электрик» и «Рэдио корпорейшн ов Америка» также внесли свой вклад в развитие гидроакустической техники.

В 1945 г., в конце второй мировой войны, стало возможным проградуировать небольшой гидрофон в диапазоне частот от 2 Гц до 2,2 МГц. Излучатели или источники звука массой примерно до 100 кг и более при возбуждении генераторами с мощностью до 1,5 кВт, использовавшимися тогда в звуковом диапазоне частот, могли быть отградуированы в диапазоне 0,05- 140 кГц. При изменении статического давления возможности градуировки небольших гидрофонов ограничивались частотами 2-100 Гц при давлении до 70 Па, а для очень малых гидрофонов и излучателей (менее 45 кг) -частотами 10-150 кГц при давлении до 215 Па. Образцовые гидрофоны и излучатели отвечали предъявляемым к ним требованиям, но были далеки от совершенства. Стабильность их параметров во времени при изменении статического давления и температуры зо многих случаях была значительно хуже, чем следовало иметь для образцовых измерительных преобразователей. Источники звука, как правило, были громоздкими, а кривые чувствительности не были достаточно плавными и плоскими, как требовалось для точных градуировочных работ. Измерительные приборы не были приспособлены для измерения импульсных звуковых сигналов. Обычно предполагалось, что имеются условия свободного поля или неограниченной среды, но на деле они редко достигались. Таким образом, несмотря на значительный прогресс, достигну-

1.3. Область измерений 13

тый в период второй мировой войны, состояние дел в этой области в 1945 г. было еще неудовлетворительным.

После второй мировой войны резкий спад военно-прикладных исследований и разработок оказал влияние на подводную акустику и на работы по градуировке гидроакустических станций. Почти все частные организации и особенно университеты, работавшие в этой области во время войны, полностью или частично отошли от этой деятельности. Ответственность за работы, выполняемые университетскими лабораториями, возложили на ВМС США. Калифорнийская группа была реорганизована в Лабораторию электроники ВМС. Гарвардская группа разделилась на Гидроакустическую лабораторию ВМС в Нью-Лондоне (штат Коннектикут) и финансируемую ВМС Лабораторию исследования вооружений в Пенсильванском университете. Лаборатория гидроакустических измерений Колумбийского университета была передана непосредственно ВМС.

Исследования и разработка методов градуировки преобразователей и систем были возобновлены в начале 50-х годов, главным образом во вновь созданных лабораториях ВМС или по контрактам с ВМС. Это обусловило значительный прогресс в этой области, о чем свидетельствуют многие приведенные в книге ссылки. Вполне естественно, что какие-то работы окажутся не включенными. Автор приносит за это свои извинения. Вероятно, многие пропуски связаны с работами европейских ученых. Ссылки на работы европейских ученых будут относиться главным образом к журналу «Acustica», но автор прекрасно сознает, что некоторые работы, напечатанные в других изданиях, выпали из его поля зрения.

Для читателей, желающих подробнее ознакомиться с предметом электроакустики и историей его развития, можно порекомендовать книгу Хаита [6], в которой есть очень интересная глава, составленная в основном из хронологического описания патентов. Можно также порекомендовать вышедшую в 1963 г. книгу „Submarine Signal Log" (Submarine Signal Division, Raytheon Company, Portsmouth, R. I., 1963), в которой прослеживаются этапы создания и развития гидроакустических станций до и в период второй мировой войны.

1.3. ОБЛАСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ

Измерения, описанные в этой книге, отвечают самым различным целям и имеют широкую область применения. С одной стороны, это научные исследования, для которых первостепенным является достоверность и точность, а второстепенным - сложность и ограничение по времени. С другой стороны, это