Принцип взаимности акустических системах

Нижегородский государственный университет имени Н. И. Лобачевского

Радиофизический факультет

Отчет по лабораторной работе:

ПРИНЦИП ВЗАИМНОСТИ АКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Выполнили студенты

437 группы

Нижний Новгород

 2022

Цель данной работы: Целью данного практикума является знакомство с принципом взаимности в акустике и применением в акустических измерениях.

Приборы и оборудование: генератор сигналов низкочастотный, частотомер электронносчётный, милливольтметры, труба, обратимый и вспомогательный преобразователи, микрофон.

Теоретическая часть

Классический принцип взаимности связывает различные типы внешних воздействий на линейную динамическую систему с откликами этих воздействий. Принцип взаимности применим к различным системам: электроакустическим (электромеханическим), преобразующим электрическую энергию в акустическую (механическую) или обратно акустическую (механическую) энергию в электрическую.

Принцип взаимности действителен всегда, когда явления стационарны, и не исключает таких случаев, когда в среде имеются те или иные препятствия (как твердые, так и соколеблющиеся), допускаются так же поверхности раздела двух сред с различными свойствами.

[pic 1]Величина H называется параметром обратимости (или коэффициентом взаимности) для сферических волн. Коэффициент взаимности не зависит от свойств преобразователя (от типа конструкции), а определяется условиями излучения, приёма и свойствами акустической среды.

В аналогичном режиме работы преобразователя (т.е. в условиях безграничной среды) при излучении и приеме цилиндрических волн коэффициент взаимности равен 

[pic 2]

где L – длина преобразователя. При излучении и приеме плоских волн

[pic 3]

где S – площадь излучателя.

Принцип взаимности имеет важное значение в практике акустических измерений. Он позволяет в ряде случаев сводить решение задач об излучении колеблющихся тел, затруднительное или невозможное для прямых методов, к задачам расчета полей рассеяния на этих телах. Свойство взаимности используется так же для экспериментального определения характеристик излучения и приема динамической системы. Например, принцип взаимности применяется для абсолютной градуировки преобразователя звука, оценки мощности различных источников, определения энергетических характеристик, создаваемых сложными вибрирующими конструкциями.

В настоящей работе принцип взаимности используется при калибровке электродинамических преобразователей. Существует несколько модификаций метода градуировки с помощью принципа взаимности: метод взаимности с тремя преобразователями в свободном поле (в сферической волне), в плоской или цилиндрической волне, в диффузном поле, метод взаимности в малой камере и др.

Все методы взаимности основываются на том, что один из преобразователей является обратимым и для него отношение чувствительности в режиме излучения равно постоянной величине – коэффициенту взаимности.

Для характеристики работы преобразователя пользуются понятиями чувствительности преобразователя-приемника и преобразователя-излучателя. Если преобразователь работает в качестве приемника, то внешнее напряжение не подается, т.е. 𝑈 = 0. При этом можно представить два предельных случая: работу преобразователя в режиме холостого хода, когда электрическая цепь его разомкнута, и работу в режиме короткого замыкания электрической цепи. Соответственно различают чувствительность преобразователя-приемника в режиме холостого хода и короткого замыкания.

Чувствительность 𝜑𝑖 в режиме холостого хода есть соотношение ЭДС, индуцируемой в катушке, к давлению, действующему на диафрагму

[pic 4]

Чувствительность 𝜑𝑒 в режиме короткого замыкания есть отношение тока короткого замыкания 𝑖𝑘 к давлению, действующему на диафрагму,

[pic 5]

МЕТОД АБСОЛЮТНОЙ ГРАДУИРОВКИ АКУСТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ПРИНЦИПА ВЗАИМНОСТИ:

Градуировка означает определение чувствительности излучателя или приемника звука в рабочем диапазоне частот. В работе производится градуировка звукоприемника-микрофона. Находится его чувствительность в режиме холостого хода