сопротивлении R. Сам измеритель включает в себя гидрофонный предусилитель, фильтры и другие электронные узлы. Он может содержать также генератор напряжения, подаваемого на R. Отсчет по вольтметру, самописцу, осциллографу или какому-либо другому прибору используется для измерения или наблюдения сигнала на выходе системы, обозначенного бо- Если R мат по сравнению с Z и с входным сопротивлением измери-1

IP и с. 2.57. Прибор для измерения акустического шума. / - генератор Тевенина, замещающий гидрофон; 2 - измеритель (предусилитель, фильтры и т. д.); 3 - калибровочный сигнал.

теля, то отношение eoleg = eJei = K, где К-стоянная прибора. Тогда

-градуировочная по-

(2.108)

5ИЛИ

eolp=MK.

(2.109)

В случае синусоидального звукового давления (2.109) может служить градуировочной формулой, причем во/р-чувствительность системы, выраженная через известную чувствительность гидрофона М и постоянную измерителя К-

Если р является среднеквадратичным давлением шума в полосе частот, то М и К должны быть известны для всей полосы частот, а ео должно быть пропорционально р или полной мош-ности в частотной полосе. Обычные вольтметры, даже если они отградуированы в единицах среднеквадратичного напряжения, не являются измерителями мощности. Объединение (2.107) и (2.109) дает

PSL =20 Ig во - 20 Ig МК-20 lg/7o - Ю Ig А/. (2.110)

Используется значение МК на центральной частоте полосы про-

пускания. Любое изменение М и /( с частотой при этом учитывается введением эффективной ширины полосы Д/. На рис. 2.58 показана зависимость {МКУ от частоты. Если по осям используется линейный масштаб, то плохцадь под сплошной кривой пропорциональна мощности, проходящей через систему гидрофон-фильтр измерителя. Для нахождения этой площади применяют планиметр или другой графический метод, а затем находят характеристику идеального фильтра, показанную пунктиром, ограничивающим равновеликую площадь. За высоту характеристики пропускания идеального фильтра принимается

Рис. 2.58. Характеристики реального (сплошная кривая) и эквивалентного идеального (пунктирная) фильтров.

значение {МКУ на центральной частоте /с. Идеальная, или эффективная, ширина полосы равна тогда Д/, как показано на рисунке. Выбор центральной частоты /о довольно произволен. Можно выбирать частоту, на которой \МКУ имеет максимум. Тогда, поскольку произведение {MKY Af фиксировано, lOlgAf уменьшается на ту же величину, на какую увеличивается 20 IgMK и (2.110) не меняется. Нри этом МК, Ро и Д/ в (2.110) известны, и PSL определяется выходным напряжением во измерителя.

2.16.2. Уровень звукового давления,.эквивалентного шуму

Звуковое давление, эквивалентное шуму, - это среднеквадратичное давление, создаваемое нормально падающей синусоидальной волной, создающей то же самое выходное напряжение холостого хода, что и собственный электрический шум гидрофона, который измеряется как среднеквадратичное напряжение в полосе 1 Гц. Приравнивая эти два напряжения и разрешая полученное соотношение относительно р, получаем

Р=еп1М, . (2.111)

где М - чувствительность гидрофона в свободном поле, а е„ - шумовое напряжение. Теоретически е„ измеряется почти таким же образом, как напряжение eg электроакустического генератора.

замещающего гидрофон (см. разд. 2.16.1). Из (2.108)

е„=е=ео С. (2.112)

Приведение к полосе 1 Гц дает

20 Ig е„=20 Ig ео - 20 Ig /С-10 Ig Д/. (2.113)

Обычно собственный шум электроакустического генератора, не имеющего предусилителя, слишком мал, чтобы его можно было измерить. Это значит, что электрический шум в измерительной системе или в среде больше, чем шум генератора. Тогда собственный шум вычисляется в предположении, что он имеет тепловое происхождение; это условие записывается в виде

el\Lf=AkTR, (2.114)

где k - постоянная Больцмана, равная 1,38-10-23 Дж/К, Т - абсолютная температура в градусах Кельвина, R - эквивалент---ное последовательное сопротивление преобразователя. Сопротивление R может зависеть от акустической нагрузки, давления, температуры и т. д. и, следовательно, должно измеряться при определенных окружающих условиях. При температуре 20° С -формула (2.114) принимает вид

4 = (2.115)

Объединение (2.111) и (2.115) дает

201gp=-197,9+101g/?+101gA/-201gyW. (2.116)

Если требуется измерить уровень звукового давления, эквивалентного шуму, для гидрофона, включая предусилитель или другие связанные с ним цепи, то применяется методика, описанная в разд. 2.16.1. При этом предусилитель рассматривается как единое целое с гидрофоном (рис. 2.57), а известное напряжение вг вводится между предусилителем и остальной частью измерительной системы. Этот вид измерений встречается с рядом практических трудностей, если и выход предусилителя и вход измерителя имеют общее заземление. Этот случай обсуждается более подробно в разд. 3.6.

Литература

1. Henriquez Т. А.. Diffraction constants, of acoustic transducers, J. Acoust. Soc. Am., 36, 267 (1964).

2. Bobber R. J., Diffraction constants of transducers, J. Acoust. Soc. Am., 37, 591 (1965):

3. Schottky W.. Das Gesetz des Tiefempfangs in der Akustik und Elektroaku-stik, Z. f. Physik, 36, 689 (1926).

4. Ballantine S., Reciprocity in electromagnetic, mechanical, acoustical and interconnected systems, Proc. Inst. Rad. Engr., 17, 929 (1929).

5. MacLean W. R., Absolute measurement of sound without a primary standard, J. Acoust. Soc. Am., 12, 140 (1940).