Rr, к полной мощности, рассеиваемой во всей цепи.. Из рис. 2.52, в и 2.55 можно видеть, что диаметр окружности динамического адмитанса при нормальной нагрузке на воду дается формулой Dw = (fl{Rm+Rr) Если преобразователь работает в воздухе, то Rr равен нулю во всех практических случаях и диаметр окружности динамического адмитанса для воздуха равен Da=(f/Rm. С помощью обычной теории цепей получаем, что к. п. д. равен

где G - полная проводимость при резонансе.

Рис. 2.55. Эквивалентная схема электроакустического преобразователя, когда динамический импеданс 1{Хт+Хт)1 равен нулю.

Аналогично для преобразователей с магнитной связью можно показать, что

D(D--D) (2.106)

где Dw и Da теперь обозначают диаметры окружностей динамических импедансов, а R - полное сопротивление при резонансе.-Импедансный метод вычисления к. п. д. следует применять с осторожностью. Электрические импедансы можно измерить с большей точностью, чем .акустическое давление, и может сложиться впечатление, что импедансный метод лучше, чем прямой. Это неверно. Помимо погрешностей измерений, импедансный метод основан на исходных предположениях о том, что электроакустический преобразователь точно описывается эквивалентной схемой, изображенной на рис. 2.51, в которой импедансы представляют собой сосредоточенные параметры, независимы друг от друга и в системе нет паразитных импедансов. Множество получаемых на практике необычных импедансных кривых, лишь в общих чертах напоминающих кривые на-рис. 2.52, дает достаточное подтверждение того, что часто эти предположения несостоятельны, в особенности для магнитных

2.15. Линейность и динамический диапазон 117

преобразователей. Это также связано с типом самого преобразующего элемента. Напомним, что многие пьезоэлектрические преобразователи состоят из кристаллов или керамических элементов, погруженных в масло и заключенных в резиновый корпус. Удаление водной нагрузки не уменьшает импеданс излучения до нуля. Резина и масло остаются и нагружают кристалл.. Если окажется, что слой резины и масла имеет толщину, примерно равную четверти длины волны, то .импеданс излучения в действительности будет выше в воздухе, чем в воде! Более детальное описание теории импедансного метода можно найти в литературе [45, 54, 55].

Импедансный метод следует применять в случаях, когда удобства применения важнее, чем необходимость получить высокую точность.

2.15. ЛИНЕЙНОСТЬ И ДИНАМИЧЕСКИЙ ДИАПАЗОН

Линейность и динамический диапазон являются связанными понятиями, так как оба они относятся к зависимости градуировки преобразователя от уровня сигнала.

Понятие «линейность» имеет точный математический смысл. Преобразователь линеен, если его выходная величина пропорциональна входной, т. е. если отношение величин выход/вход постоянно и не зависит от абсолютного значения входной и выходной величин. Если выходная величина представлена как функция входной Б прямоугольной системе координат с линейным масштабом, то преобразователь линеен в той области, где график представляет собой прямую линию. Для гидрофона выходной величиной является напряжение холостого хода, а входной - давление свободного поля. Для излучателя выходной величиной является давление свободного поля, а входной - ток или напряжение.

Динамический диапазон имеет менее точное определение, чем линейность. В общем случае он является мерой диапазона изменений амплитуды сигнала, в котором гидрофон можно использовать для обнаружения и измерения звукового давления. Обычно динамический диапазон определяют как «разность между уровнем давления перегрузки и уровнем звукового давления, эквивалентного шуму».

Термин «перегрузка» не имеет точного смысла ни в качественном, ни Б количественном отношении. Перегрузка может быть вызвана искажением сигнала, перегревом, магнитным насыщением, повреждением и т. д. Метод определения перегрузки должен быть указан. Любые количественные критерии, например процент содержания гармоник в сигнале, также должны бьПь определены.

Звуковое давление, эквивалентное шуму, -• это среднеквадратичное синусоидальное давление, которое создало бы среднеквадратичное значение напряжения, равное напряжению, создаваемому собственным шумом преобразователя при измерении шума в полосе 1 Гц на- центральной синусоидальной частоте. Таким образом, звуковое давление, эквивалентное шуму, равно теоретическому порогу, при котором отношение сигнал/шум равно 1, т. е. О дБ. На практике порог, или минимальное значение обнаруживаемого сигнала, может быть как выше, так и ниже давления, эквивалентного шуму. Измерения редко можно проводить в полосе 1 Гц. Обычно используются полосы шире 1 Гц, что приводит к повышению выходного среднеквадратичного напряжения собственного шума и к маскировке синусоидального сигнала, имеющего такое же выходное среднеквадратичное напряжение, как и давление, эквивалентное шуму. С другой стороны, современные способы обработки позволяют обнаруживать и измерять сигналы с уровнями, лежащими намного ниже уровня шума. Измерение уровня .звукового давления, эквивалентного шуму, обсуждается в разд. 2.16.2.

Уровень перегрузки определяется путем воздействия на гидрофон монотонно возрастающим давлением свободного поля, до тех пор пока начинают наблюдаться признаки перегрузки. Поскольку признаки перегрузки выбираются довольно произвольно, то преобразователь может показать нелинейность, еще не будучи перегруженным. Например, магнитострикционный преобразователям органически присуща нелинейность, и они проявляют нелинейность чувствительности при гораздо более низком уровне сигнала, чем допустимый максимум (или точка перегрузки), ббратное утверждение тоже верно, т. е. преобразователь может оставаться линейным, даже будучи перегруженным. Например, перегрузка электродинамического преобразователя обычно обусловлена нагревом обмотки катушки. Однако отношение «вы/ходное давление/входной ток» существенно не зависит от нагрева катушки; это значит, что электродинамический преобразователь с нагретой катушкой еще может быть линейным. В некоторых работах линейность и динамический диапазон •считаются синонимами. Это верно только тогда, когда в качестве критерия перегрузки выбрана • нелинейность и когда преобразователь линеен до уровня его собственных шумов. Последнее условие редко выполняется, так как при низких уровнях сигнала, соизмеримых с уровнем звукового давления, эквивалентного шуму, они интерферируют.

Динамический диапазон не применяется в отношении излучателей, так как минимальный сигнал, который может создать излучатель, не представляет практического интереса. Важно