Глоссарий по физике

Направленность акустических излучателей и приёмников

Направленность акустических излучателей и приёмников - нек-рая пространственная избирательность излучателей и приёмников, т. е. способность излучать (принимать) звуковые волны в одних направлениях в большей степени, чем в других. В режиме излучения H. обусловливается интерференцией звуковых колебаний, приходящих в данную точку среды от отд. участков излучателя (в случае многоэлементной акустич. антенны - от отд. элементов антенны). В режиме приёма H. вызывается интерференцией давлений на поверхности приёмника, а в случае приёмной акустич. антенны - также и интерференцией развиваемых приёмными элементами электрич. напряжений при падении звука из нек-рой точки пространства. В нек-рых случаях, напр. у рефлекторных, рупорных и линзовых антенн, в создании H. кроме интерференции существ. роль играет и дифракция волн. Аналогичные физ. явления вызывают H. эл--магн. излучателей и приёмников (H. эл--магн. антенн), поэтому в теории направленности акустич. и эл--магн. антенн много сходных понятий, определений и теорем. В зависимости от матем. модели, к-рой можно описать данный излучатель (см. Излучение звука ),для расчёта его H. пользуются разл. теоретич. методами. В случае наиб. простой модели, представляющей собой дискретную (или непрерывную) совокупность малых по сравнению с длиной волны l излучающих элементов, поле излучателя определяется суммированием (или интегрированием) сферич. волн, создаваемых отд. элементами. Для плоских излучателей, заключённых в бесконечные плоские экраны, применяется принцип Гюйгенса. Поле сложных цилиндрич. или сферич. излучателей определяется с помощью метода собств. функций. Наиб. общие теоретич. методы основаны на использовании функций Грина.

H. излучателей и приёмников звука описывают чаще всего двумя параметрами: характеристикой направленности и коэф. концентрации (наз. также коэф. направленного действия). Характеристикой H. излучателя называется представленное в функции направления относит. значение звукового давления р, создаваемого им на фиксиров. расстоянии r в дальнем поле (т. е. при r >> 2d²/l, где d - наиб. размер излучающей поверхности). Направление задаётся единичным радиусом-вектором и (или углами f, q); значение звукового давления относят, как правило, к давлению в направлении макс. излучения u₀(j₀, q₀)- T. о., характеристика H. излучателя выражается как

Характеристикой H. приёмника наз. его относит. чувствительность g (см. Приёмники звука), выраженную в функции направления прихода звуковой волны. Чувствительность относят обычно к её значению в направлении макс. приёма, так что характеристика H. по приёму имеет вид

Для обратимых преобразователей (антенн) характеристики H. при работе в режиме излучения и в режиме приёма совпадают:

Наиб. практич. интерес представляет модуль характеристики H. |D(u)| = R(u), наз. также амплитудной характеристикой H.

Характеристику H. в сечении нек-рой плоскостью, проходящей через направление макс. излучения (диаграмму H.), представляют в полярной (рис., а)или в декартовой (рис., б)системах координат.

Типичный вид характеристики направленности: a - в полярной системе координат (OA - направление главного максимума, a_0,707 - угловая ширина главного максимума на уровне 0,707, a₀ - угловая ширина главного максимума по первым нулям характеристики направленности); б - в декартовой системе координат.

В этом случае аргументом характеристики H. обычно является угол, отсчитываемый от направления макс. излучения, и характеристика H. представляется в виде функции R(a). Различают след. осн. области и параметры характеристики H.: главный (основной) и добавочный максимумы (лепестки диаграммы H.); ширина гл. максимума по уровню 0,7; ширина по направлениям нулевого излучения; величина добавочных максимумов (по отношению к главному).

Коэф. концентрации К - мера концентрации излучаемой мощности в нек-ром направлении пространства (обычно в направлении u₀). Определяется он отношением интенсивности звука, создаваемой рассматриваемым излучателем в направлении u₀ на расстоянии r > 2d²/l, к интенсивности, создаваемой в той же точке гипотетич. ненаправленным излучателем с такой же излучаемой мощностью. Ф-лы для расчёта коэф. концентрации имеют вид

где W - полный телесный угол, rс - волновое сопротивление среды, W - мощность излучателя.

В режиме приёма коэф. К характеризует помехоустойчивость приёмника в поле изотропных помех, источники к-рых независимы; он равен отношению мощностей помех на выходе ненаправленного и рассматриваемого направленного приёмников в указанном поле при условии равенства их чувствительностей.

В первом приближении чем больше волновые размеры излучателя (отношение геом. размеров к длине волны), тем меньше ширина его характеристики H. и тем больше К. При размерах активной поверхности, больших l, для плоского поршня K= 4pS/l (где S- площадь поршня), а для антенны в виде отрезка прямой К = 2l/l (l - длина отрезка).

В табл. приведены функции, описывающие характеристики H. нек-рых простейших непрерывных излучателей и дискретной эквидистантной решётки, состоящей из ненаправленных излучателей (монополей). Символами a_0,7 и a₀ обозначены углы, равные ширине характеристики H. на уровне 0,7 и на нулевом уровне соответственно, а также приведены приближённые ф-лы, определяющие эти величины; s₁ - уровень первого добавочного максимума характеристики H.; z - обобщённый параметр, равный (pd/l)sina. Угол a отсчитывается от перпендикуляра к плоскости излучателя, символами J₀(z)и J₁(z)обозначены функции Бесселя первого рода, нулевого и первого порядков. Как правило, характеристики H. непрерывных антенн, излучающих одной стороной, т. е. имеющих тыльный акустич. экран, обладают одним максимумом, равным единице,- главным. Особенностью характеристик H. эквидистантной линейной решётки, состоящей из монополей, является наличие (при периоде решётки d, большем l) неск. максимумов, равных единице. H. рефлекторных и линзовых антенн в первом приближении совпадает с H. плоской антенны, размеры к-рой равны размерам поперечного пучка в раскрыве рефлектора или линзы.

ПАРАМЕТРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ НАПРАВЛЕННОСТЬ ПРОСТЕЙШИХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ ЗВУКА

Во мн. случаях анализ H. сложных излучателей и приёмников существенно упрощается при использовании теорем о H.: умножения, смещения и сложения. Так, в соответствии с теоремой умножения характеристика H. антенны, состоящей из одинаковых, ориентированных в пространстве элементов, равна произведению характеристик H. одного элемента и гипотетич. антенны, состоящей из монополей, расположенных в центрах реальных элементов.

H. излучателей зависит от амплитудно-фазового распределения колебат. скорости их активной поверхности. Так, напр., уменьшение амплитуды колебат. скорости от центра к краям плоского излучателя приводит к расширению осн. максимума характеристики H. и уменьшению добавочных, а увеличение амплитуды от центра к краям - к уменьшению ширины осн. максимума и увеличению добавочных. Коэф. концентрации при введении неравномерного амплитудного распределения несколько уменьшается. Среди разл. фазовых распределений следует отметить распределение, обеспечивающее синфазное сложение давлений от отд. участков излучателя в нек-ром направлении пространства u₀, т. е. "компенсацию" антенны в этом направлении. В случае плоской или линейной антенны в виде отрезка прямой распределение, обеспечивающее т. н. компенсацию, является линейным. Введение фазовой задержки сигнала возбуждения элемента линейной антенны с координатой x на величину (2p/l)xsina₁ приводит к повороту гл. максимума характеристики H. на угол a. Меняя величину задержки, можно обеспечить сканирование характеристики H. внутри нек-рого угла в пространстве.

Существуют методы решения обратных задач теории антенн (синтеза антенн), позволяющие определить амплитудно-фазовое распределение, обеспечивающее формирование характеристики H., приближающейся в какой-то мере к заданной, или достижение экстремального значения к--л. параметра (напр., максимума коэф. концентрации). В нек-рых случаях решение обратной задачи приводит к острым характеристикам H. и высоким значениям коэф. концентрации при относительно малых волновых размерах антенны; получаемые таким путём т. н. сверхнаправленные антенны обладают по-выш. чувствительностью к случайным ошибкам амплитудно-фазового распределения, а потому практически не реализуемы. Примером умеренно сверхнаправленных антенн, реализуемых практически, являются диполь, а также т. н. кардиоидный приёмник, H. к-рого имеет вид 0,5(1 + cosa).

В твёрдой среде кроме продольных (существующих в газах и жидкостях) возникают и поперечные волны. При этом различают характеристики H. по продольным и поперечным волнам.

H. акустич. излучателей и приёмников играет значит. роль в гидролокации, УЗ-дефектоскопии, медицинской ультразвуковой диагностике.

Литература по направленности акустических излучателей и приёмников

1. Минкович Б. M., Яковлев В. П., Теория синтеза антенн, M., 1969;
2. Римский-Корсаков А. В., Электроакустика, M., 1973;
3. Скучик E., Основы акустики, пер. с англ., т. 1-2, M., 1976;
4. Справочник по радиолокации, пер. с англ., т. 2 - Радиолокационные антенные устройства, M., 1977;
5. Иофе В. К., Корольков В. Г., Сапожков M. А., Справочник по акустике, M., 1979;
6. Смарышев M. Д., Добровольский Ю. Ю., Гидроакустические антенны, JI., 1984.

M. Д. Смарышев

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, что, когда некоторые исследователи, пытающиеся примирить релятивизм и эфирную физику, говорят, например, о том, что космос состоит на 70% из "физического вакуума", а на 30% - из вещества и поля, то они впадают в фундаментальное логическое противоречие. Это противоречие заключается в следующем.

Вещество и поле не есть что-то отдельное от эфира, также как и человеческое тело не есть что-то отдельное от атомов и молекул его составляющих. Оно и есть эти атомы и молекулы, собранные в определенном порядке. Также и вещество не есть что-то отдельное от элементарных частиц, а оно состоит из них как базовой материи. Также и элементарные частицы состоят из частиц эфира как базовой материи нижнего уровня. Таким образом, всё, что есть во вселенной - это есть эфир. Эфира 100%. Из него состоят элементарные частицы, а из них всё остальное. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА Рыцари теории эфира

10.11.2021 - 12:37: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:36: СОВЕСТЬ - Conscience -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от д.м.н. Александра Алексеевича Редько - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:35: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вадима Глогера, США - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:18: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> Волновая генетика Петра Гаряева, 5G-контроль и управление - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:18: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ЭКОЛОГИЯ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:16: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМЫ МЕДИЦИНЫ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:15: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Екатерины Коваленко - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:13: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вильгельма Варкентина - Карим_Хайдаров.