1.5. Измеряемые параметры 17

Чувствительность в режиме излучения по току {или напряжению), используемая для оценки источника звука, представляет собой отношение звукового давления, приведенного к расстоянию 1 м в определенном направлении от эффективного акустического центра преобразователя, к току возбуждения, протекающему через входные клеммы, или к приложенному к этим клеммам напряжению.

В гидроакустике чувствительности преобразователей обычно измеряются и отсчитываются в децибелах. В таких случаях уровни чувствительности с технической точки зрения являются правильными терминами; однако децибелы и уровни используются настолько широко, что для краткости слово «уровень» часто опускают без риска внести путаницу или какую-либо неопределенность.

В том случае, когда относительная чувствительность измеряется как функция направления или ориентации, мы называем ее диаграммой направленности чувствительности, или, проще, диаграммой направленности. Формально это понятие определяется таким образом.

Диаграмма направленности преобразователя, используемого для излучения или приема звука, представляет собой график (обычно в полярных координатах) чувствительности преобразователя в функции направления передаваемых или падающих звуковых волн в определенной плоскости и на определенной частоте.

Полная, или трехмерная, диаграмма направленности обычно описывается с помощью набора диаграмм направленности в различных плоскостях, проходящих через акустическую ось преобразователя.

Когда измерения чувствительности преобразователя производятся в зависимости от уровня сигнала, мы приходим к оценке линейности или динамического диапазона. Эти термины описываются и определяются в разд. 2.15.

Электрический импеданс является квазиэлектроакустическим параметром, поскольку зависит от акустических характеристик среды, в которую преобразователь излучает звуковую энергию, и часто весьма чувствителен к их изменениям. При этом измеряют отношение электрических величин (напряжение/ток), как и в большинстве других электроакустических измерений, но в отличие от них существенное значение здесь имеет разность фаз между двумя сигналами.

В электроакустических измерениях, за исключением измерений импеданса, фаза в абсолютном смысле имеет ограниченное применение, поскольку она зависит от произвольного выбора точки измерения. Длина волны акустического сигнала в воде часто меньше размеров преобразователя, и выбор точки

измерения акустического сигнала должен оказывать большое влияние на измерение фазы.

Коэффициент полезного действия является расчетным параметром, так как непосредственные измерения электрической и акустической мощности невозможны. Ряд других параметров-типа коэффициента концентрации и уровня давления, эквивалентного шуму, также рассчитывается по измеренным чувствительности и импедансу.

Другими переменными параметрами, используемыми в этих измерениях, являются факторы окружающей среды (гидростатическое давление и температура), вид сигнала (непрерывная волна, пульсирующий, шумовой, импульсный и т. д.), граничные условия среды (свободное поле, реверберация, экранированный или неэкранированный преобразователь, с обтекателем или без него и т. д.). Сюда же, конечно, относятся и различные внутренние изменения или регулировки, которые могут производиться у некоторых преобразователей (последовательное или параллельное соединение элементов, с трансформатором или без негО и т. д.).

В целом имеются три категории электроакустических параметров преобразователей: 1) чувствительность, которая измеряется непосредственно в функции частоты, уровня или вида сигнала, параметров окружающей среды,, ориентации и т. д.;. 2) импеданс; 3) расчетные параметры, определяемые по данным измерений (1) и (2).

1.6. ДЕЦИБЕЛЫ

Система децибел широко применяется в подводных электроакустических измерениях. Это объясняется рядом причин. Они уходят своими корнями в традицию и историю акустики, в частности в область физиологии. Ухо человека приблизительно одинаково ощущает разницу в громкости звука как между 1 и 10 единицами, так и между 10 и 100 единицами. Это означает, что ухо является логарифмическим детектором. Следовательно, использование логарифмической шкалы или измерительной системы, подобной шкале децибел, весьма целесообразно. Слуховое восприятие человека и акустические явления вообще характеризуются чрезвычайно широкими пределами изменения амплитуды сигнала - порядка 10. По этой причине логарифмическая шкала также является удобным масштабом измерений. Наконец, в подводных электроакустических измерениях и во многих других областях акустики и техники связи больший интерес представляют отношения -сигналов, чем их абсолютные значения. Децибелы в этом случае являются удобной единицей измерения отношений.

Классическое понятие децибел определяется соотношением типа

«=101g(P,/Po), (1.1)

где PilPo - отношение мощностей, an - число децибел.

Параметры, эквивалентные мощности (например, акустическая интенсивность / или мощность на единицу площади), описываются аналогичным выражением

n=101g(A o). (1.2)

Удобство системы децибел привело к ее использованию для выражения параметров, пропорциональных корню квадратному из мощности: напряжения, силы тока, давления, колебательной скорости и т. д. Такое использование справедливо и согласуется с классическим понятием децибела, если эти параметры можно связать с мощностью. Эта зависимость обычно включает в себя импеданс, иногда выраженный в явном виде, а в других случаях только подразумеваемый. В электроакустике система децибел применяется еще шире и используется для установления соотношений входных и выходных параметров, подобных чувствительности преобразователя. Тогда фактически используется логарифм отношения отношений и связь с мощностью и импедансом становится довольно слабой.

Однако рассмотрим сначала применение децибел для отношения двух мощностей Р и Ра, определяемых соотношением P = e/R и разделенных в пространстве или во времени:

Если Pi=Po, ТО

n=101g(P./Po) = 101g . (1.3)

\ "1 ")

n=201g(ei/eo). (1.4)

Выражение (1.4) определяет отношение двух напряжений в децибелах, когда они измеряются на общем импедансе. Отношение токов, звуковых давлений и колебательных скоростей частиц также можно выразить аналогичным образом при условии общего импеданса.

В децибелах можно выражать отношение напряжений в двух точках одной и той же эффективно бесконечной передающей линии, звукового давления в свободном поле, измеренного в двух точках на различных расстояниях от одного и того же излучателя, и токов в одной и той же цепи в два различных Момента времени.