Дууны талбар. Дууны тархалт. Дууны талбарыг тодорхойлох параметрүүд Дууны талбар ба түүний шинж чанарууд

Дуу тархах орон зайг дууны орон гэж нэрлэдэг. Дууны талбайн шинж чанарыг шугаман ба энерги гэж хуваадаг.

Шугаман дууны талбайн шинж чанарууд:

1. дууны даралт;

2. орчны хэсгүүдийг холих;

3. орчны хэсгүүдийн хэлбэлзлийн хурд;

4. хүрээлэн буй орчны акустик эсэргүүцэл;

Дууны талбайн энергийн шинж чанарууд:

1. дууны хүч (эрчим).

1. Дууны даралт гэдэг нь дуу чимээ нь орчиноор дамжих үед үүсэх нэмэлт даралт юм. Энэ нь орчин дахь статик даралт, жишээлбэл, агаарын атмосферийн даралттай холбоотой нэмэлт даралт юм. Тэмдэглэгээгээр илэрхийлнэ Рнэгжээр хэмжигддэг:

P = [Н/м2] = [Па].

2. Орчны хэсгүүдийн шилжилт нь тухайн орчны нөхцөлт хэсгүүдийн тэнцвэрийн байрлалаас хазайсантай тэнцүү утга юм. Тэмдэглэгээгээр илэрхийлнэ Л, метрээр хэмжсэн (см, мм, км), L = [м].

3. Дунд хэсгийн хэсгүүдийн чичиргээний хурд нь дууны долгионы нөлөөгөөр тэнцвэрийн байрлалтай харьцуулахад орчны хэсгүүдийн шилжилтийн хурд юм. Тэмдэглэгээгээр илэрхийлнэ унүүлгэн шилжүүлэлтийн харьцаагаар тооцно Лцаг хугацаагаар тЭнэ өөрчлөлтийн үеэр. Томъёогоор тооцоолно:

Хэмжих нэгж [м/с], системийн бус нэгжээр см/с, мм/с, мкм/с.

4. Акустик эсэргүүцэл гэдэг нь орчинг дамжин өнгөрөх акустик долгионд үзүүлэх эсэргүүцлийг хэлнэ. Тооцоолох томъёо:

Нэгж: [Па с/м].

Практикт акустик эсэргүүцлийг тодорхойлох өөр томъёог ашигладаг.

Z=p*v. Z-акустик эсэргүүцэл,

p - орчны нягт, v - орчин дахь дууны долгионы хурд.

Эрчим хүчний шинж чанаруудаас зөвхөн нэгийг нь анагаах ухаан, эмийн санд ашигладаг - дууны хүч эсвэл эрч хүч.

Дууны хүч (эрчм) нь дууны энергийн хэмжээтэй тэнцэх утга юм Э, нэгж хугацаанд өнгөрөх тнэгж талбайд С. Тэмдгээр илэрхийлсэн I. Тооцоолох томъёо: I=E/(S t)Нэгж: [Ж/с м2]. Секундэд Жоуль нь 1 Ватттай тэнцүү тул

би = [Ж/с м 2 ] = [ Вт/м2].

Дууны психофизик шинж чанарууд.

Психофизик бол бие махбодийн объектив нөлөөлөл ба түүнээс үүдэлтэй субъектив мэдрэмжийн хоорондын уялдаа холбоог судалдаг шинжлэх ухаан юм.

Психофизикийн үүднээс авч үзвэл дуу чимээ нь сонсголын анализаторт ажиллах үед үүсдэг мэдрэмж юм. механик чичиргээ.

Психофизикийн хувьд дууг дараахь байдлаар хуваадаг.

Өнгө нь энгийн;

Өнгө нь нарийн төвөгтэй;

Хөдөлгөөнгүй аялгуунь тодорхой давтамжийн синусоид гармоник механик чичиргээнд тохирох дуу юм. Энгийн аяны график - синус долгион (3. Долгион хэлбэрийг үз).

Нарийн төвөгтэй өнгө- энэ бол өөр (олон) тооны энгийн аялгуунаас бүрдэх дуу авиа юм. Нарийн төвөгтэй авианы график нь үе үе синусоид бус муруй юм (3. Долгионы хэлбэрийг үз).

Дуу чимээ -Энэ нарийн төвөгтэй дуу чимээ, бүрдэнэ их тооэнгийн бөгөөд төвөгтэй аялгуу, тоо, эрчим нь байнга өөрчлөгддөг. Бага эрчимтэй дуу чимээ (борооны чимээ) нь тайвшруулдаг мэдрэлийн систем, өндөр эрчимтэй дуу чимээ (хүчтэй цахилгаан моторын ажиллагаа, хотын тээврийн үйл ажиллагаа) мэдрэлийн системийг ядраадаг. Дуу чимээтэй тэмцэх нь эмнэлгийн акустикийн ажлын нэг юм.

Дууны психофизик шинж чанарууд:

Давхарга

Дууны хэмжээ

Дууны тембр

Давхаргань сонсогдох дууны давтамжийн субъектив шинж чанар юм. Давтамж өндөр байх тусам илүү өндөртонн.

Дууны хэмжээ -Энэ нь дууны давтамж, хүчнээс хамаардаг шинж чанар юм. Хэрэв дууны хүч өөрчлөгдөхгүй бол давтамж 16-аас - 1000 Гц хүртэл нэмэгдэх тусам дууны хэмжээ нэмэгддэг. 1000-аас 3000 Гц хүртэлх давтамжтай үед энэ нь тогтмол хэвээр байх бөгөөд давтамж нэмэгдэх тусам дууны хэмжээ буурч, 16,000 Гц-ээс дээш давтамжтай үед дуу чимээ сонсогдохгүй болно.

Чанга (дууны түвшин) нь "фон" гэж нэрлэгддэг нэгжийг ашиглан хэмждэг. Арын дуу чимээг "изоакустик муруй" гэж нэрлэгддэг тусгай хүснэгт, график ашиглан тодорхойлно.

Дууны тембр- энэ бол сонсогдож буй дуу чимээний хамгийн төвөгтэй психофизик шинж чанар юм. Тембр нь нарийн төвөгтэй авианд багтсан энгийн аялгууны тоо, эрчмээс хамаарна. Энгийн аялгуунд тембр байдаггүй. Дууны тембрийг хэмжих нэгж байхгүй.

Дууны хэмжилтийн логарифмын нэгж.

Туршилтаар дууны хүч, давтамжийн томоохон өөрчлөлтүүд нь дууны хэмжээ, давтамжийн бага зэргийн өөрчлөлттэй тохирч байгааг тогтоожээ. Математикийн хувьд энэ нь дууны хэмжээ, дууны мэдрэмжийн өсөлт нь дараахь байдлаар явагддагтай тохирч байна. логарифмын хуулиуд. Үүнтэй холбогдуулан дууны хэмжилтийн хувьд логарифмын нэгжийг ашиглаж эхэлсэн. Хамгийн түгээмэл нэгж нь "бел" ба "децибел" юм.

Бел нь хоёр нэгэн төрлийн хэмжигдэхүүний харьцааны аравтын бутархай логарифмтай тэнцүү логарифмын нэгж юм. Хэрэв эдгээр хэмжигдэхүүнүүд нь I 2 ба I 1 гэсэн хоёр өөр дууны эрч хүч байвал бэлийн тоог дараах томъёогоор тооцоолж болно.

N B =log(I 2 /I 1)

Хэрэв I 2 ба I 1-ийн харьцаа 10 байвал N B = 1 цагаан, хэрэв энэ харьцаа 100 бол 2 цагаан, 1000 - 3 цагаан байна. Бусад харьцааны хувьд белийн тоог логарифмын хүснэгт эсвэл микро тооцоолуур ашиглан тооцоолж болно.

Децибел нь белийн аравны нэгтэй тэнцэх логарифмын нэгж юм.

дБ-ээр илэрхийлнэ. Томъёогоор тооцоолно: N dB =10·lg(I 2 /I 1).

Децибел нь дадлага хийхэд илүү тохиромжтой нэгж тул тооцоололд илүү их ашиглагддаг.

Октав нь давтамжийн интервалыг тодорхойлоход хэрэглэгддэг эмнэлгийн акустикийн логарифмын нэгж юм.

Октав гэдэг нь дээд давтамж ба доод давтамжийн харьцаа хоёр байх давтамжийн интервал (хамтлаг) юм.

Тоон хувьд октав дахь давтамжийн интервал нь хоёр давтамжийн харьцааны хоёртын логарифмтай тэнцүү байна.

N OCT =log 2 (f 2 /f 1). Энд N нь давтамжийн интервал дахь октавын тоо;

f 2, f 1 - давтамжийн интервалын хил хязгаар (хэт давтамжууд).

Давтамжийн харьцаа хоёр бол нэг октав гарна: f 2 / f 1 =2.

Эмнэлгийн акустикт стандарт октавын давтамжийн хил хязгаарыг ашигладаг.

Интервал бүрт дундаж дугуйрсан октавын давтамжийг өгдөг.

18 - 45 Гц давтамжийн хил хязгаар нь октавын дундаж давтамжтай тохирч байна - 31.5 Гц;

45-90 Гц давтамжийн хил хязгаар нь 63 Гц-ийн дундаж октав давтамжтай тохирч байна;

хил хязгаар 90-180 Гц - 125 Гц.

Сонсголын хурц байдлыг хэмжихдээ дундаж октавын давтамжийн дараалал нь дараах давтамжтай байна: 31.5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц.

Цагаанаас гадна децибел ба октава акустик"Арван жил" логарифмын нэгжийг ашигладаг. Хэдэн арван жилийн давтамжийн интервал нь хоёр хэт давтамжийн харьцааны аравтын бутархай логарифмтай тэнцүү байна.

N dec =log(f 2 /f 1).

Энд N арван жил нь давтамжийн интервал дахь хэдэн арван жилийн тоо;

f 2, f 1 - давтамжийн интервалын хил хязгаар.

Интервалын хэт давтамжийн харьцаа аравтай тэнцүү байх үед нэг арван жилийг олж авна: f 2 / f 1 = 10.

Хуваарийн хувьд арван жил нь цагаан өнгөтэй тэнцүү боловч зөвхөн акустикт ашиглагддаг бөгөөд зөвхөн давтамжийн харьцааг тодорхойлоход ашигладаг.

Хүний дуу авиаг мэдрэх нөхцөл.

Шингэн ба хий дэх дууны талбайн шугаман шинж чанарт дууны даралт, дунд хэсгүүдийн шилжилт хөдөлгөөн, чичиргээний хурд, орчны акустик эсэргүүцэл орно.

Хий ба шингэн дэх дууны даралт гэдэг нь дууны долгион дамжин өнгөрөх орчны цэг дэх агшин зуурын даралтын утга ба ижил цэг дэх статик даралтын хоорондох зөрүү юм.

Дууны даралт нь ээлжлэн хэмжигдэхүүн юм: орчны тоосонцор өтгөрөх (нягтрах) үед эерэг, ховордох (өргөтгөх) үед сөрөг байна. Энэ утгыг далайц эсвэл үр дүнтэй утгаар үнэлдэг. Синусоидын хэлбэлзлийн хувьд үр дүнтэй утга нь далайцын утга юм.

Дууны даралт нь нэгж гадаргуу дээр үйлчлэх хүч юм: Системд үүнийг Ньютоноор хэмждэг квадрат метрЭнэ нэгжийг паскаль гэж нэрлэдэг бөгөөд Па гэж тэмдэглэнэ. Үнэмлэхүй нэгжийн системд дууны даралтыг квадрат см тутамд dyne-ээр хэмждэг: Өмнө нь энэ нэгжийг баар гэж нэрлэдэг байв. Гэхдээ үүнтэй тэнцүү атмосферийн даралтын нэгжийг бар гэж нэрлэдэг байсан тул стандартчиллын явцад "бар" гэсэн нэр нь атмосферийн даралтын нэгж хэвээр үлджээ. Харилцаа холбооны систем, өргөн нэвтрүүлэг болон түүнтэй төстэй системүүдэд тэдгээр нь 100 Па-аас ихгүй, өөрөөр хэлбэл атмосферийн даралтаас 1000 дахин бага дууны даралттай ажилладаг.

Шилжилт гэдэг нь дууны долгионы нөлөөн дор орчны хэсгүүдийн статик байрлалаас хазайх явдал юм. Хэрэв долгионы хөдөлгөөний чиглэлд хазайлт тохиолдвол нүүлгэн шилжүүлэлт нь эерэг тэмдэг, харин эсрэг чиглэлд сөрөг тэмдэгтэй байна. Нүүлгэн шилжүүлэлтийг метр (нэгжийн систем) эсвэл сантиметрээр (үнэмлэхүй нэгжийн систем) хэмждэг.

Чичиргээний хурд нь өнгөрч буй дууны долгионы нөлөөн дэх орчны хэсгүүдийн хөдөлгөөний хурд юм: орчны хэсгүүдийн шилжилт хаана байна; цаг.

Дунд зэргийн бөөмс долгионы тархалтын чиглэлд шилжих үед хэлбэлзлийн хурдыг эерэг, эсрэг чиглэлд сөрөг гэж үзнэ. Энэ хурдыг өгөгдсөн орчин болон долгионы тархалтын нөхцөлд тогтмол байдаг долгионы хурдтай андуурч болохгүй гэдгийг анхаарна уу.

Чичиргээний хурдыг секундэд метрээр эсвэл сантиметрээр хэмждэг

Тусгай акустик эсэргүүцэл гэдэг нь дууны даралтыг чичиргээний хурдтай харьцуулсан харьцаа юм. Тодорхой акустик эсэргүүцлийг материаллаг орчны шинж чанар, долгионы тархалтын нөхцлөөр тодорхойлно (хэд хэдэн орчин, нөхцлийн эсэргүүцлийн тодорхой утгыг § 1.1 ба 1.2-р хүснэгтээс үзнэ үү, 1.1-р зурагт тодорхой эсэргүүцлийн хамаарлыг харуулав. далайн түвшнээс дээш өндөр ерөнхий тохиолдолд тусгай акустик эсэргүүцэл нь тодорхой акустик эсэргүүцлийн идэвхтэй ба реактив бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг багтаасан цогц хэмжигдэхүүн юм. системд болон үнэмлэхүй системд Хэрэв мэдэгдэж байгаа бол. эсэргүүцэлдараа нь тэд харилцааг ашигладаг

Дууны * талбар нь гидроакустик мессеж тархдаг орон зайн хязгаарлагдмал талбай гэж ойлгогддог. Дууны орон нь ямар ч уян орчинд байж болох бөгөөд гадны нөлөөллийн хүчин зүйлийн нөлөөллөөс үүссэн түүний бөөмсийн чичиргээг илэрхийлдэг. Онцлог шинж чанарЭнэ үйл явцын дунд хэсгүүдийн бусад эмх цэгцтэй хөдөлгөөнөөс ялгаатай нь жижиг эвдрэлийн үед долгионы тархалт нь тухайн бодисыг шилжүүлэхтэй холбоогүй байдаг. Өөрөөр хэлбэл, бөөм бүр эвдрэлээс өмнө эзэлж байсан байрлалтайгаа харьцуулахад хэлбэлздэг.

Дууны орон тархах хамгийн тохиромжтой уян орчинг уян харимхай холбоогоор өөр хоорондоо холбогдсон туйлын хатуу элементүүдийн багц хэлбэрээр төлөөлж болно (Зураг 1.1). Энэ орчны хэлбэлзэх бөөмийн одоогийн төлөв нь түүгээр тодорхойлогддог офсет Uтэнцвэрийн байрлалтай харьцуулахад, хэлбэлзлийн хурд vТэгээд давтамжэргэлзээ. Хэлбэлзлийн хурд нь бөөмийн шилжилтийн анхны деривативаар тодорхойлогддог бөгөөд энэ нь авч үзэж буй процессын чухал шинж чанар юм. Дүрмээр бол хоёр параметр нь цаг хугацааны гармоник функц юм.

Бөөм 1 (Зураг 1.1), хэмжээгээр шилжүүлсэн Утэнцвэрт байдлаасаа уян харимхай холбоогоор дамжин эргэн тойрон дахь бөөмсүүдэд нөлөөлж, мөн шилжихэд хүргэдэг. Үүний үр дүнд гаднаас орж ирсэн эвдрэл нь хэлэлцэж буй орчинд тархаж эхэлдэг. Хэрэв бөөмийн шилжилтийн өөрчлөлтийн хууль 1 тэгш эрхээр тодорхойлогддог Хаана У мнь бөөмийн хэлбэлзлийн далайц, ба w- хэлбэлзлийн давтамж, дараа нь бусдын хөдөлгөөний хууль би-ийн бөөмсийг дараах хэлбэрээр илэрхийлж болно.

Хаана У ми- чичиргээний далайц би- Өө бөөмс, y i– эдгээр хэлбэлзлийн фазын шилжилт. Орчуулагч (бөөмс) өдөөх эх үүсвэрээс холдох тусам 1 ) чичиргээний далайцын утгууд У миэрчим хүчний алдагдал багасч, фазын шилжилтийн улмаас y iөдөөх тархалтын хурд хязгаарлагдмал тул энэ нь нэмэгддэг. Тиймээс доор дууны талбармөн орчны хэлбэлзэх хэсгүүдийн цуглуулга гэж ойлгож болно.

Хэрэв дууны талбарт бид ижил хэлбэлзлийн фаз бүхий бөөмсийг сонговол муруй эсвэл гадаргууг олж авна. долгионы фронт. Долгионы фронт нь эвдрэлийн эх үүсвэрээс тодорхой хурдтайгаар байнга холддог бөгөөд үүнийг нэрлэдэг долгионы фронтын тархалтын хурд, долгионы тархалтын хурдэсвэл зүгээр л дууны хурдэнэ орчинд. Заасан хурдны вектор нь тухайн цэг дээрх долгионы фронтын гадаргуутай перпендикуляр бөгөөд чиглэлийг тодорхойлдог. дууны цацраг, түүний дагуу долгион тархдаг. Энэ хурд нь орчны шинж чанар, одоогийн төлөв байдлаас ихээхэн хамаардаг. Далайд дууны долгион тархах тохиолдолд дууны хурд нь усны температур, түүний нягтрал, давсжилт болон бусад олон хүчин зүйлээс хамаардаг. Ийнхүү температур 1 0 С-ээр нэмэгдэхэд дууны хурд ойролцоогоор 3.6 м/с, гүн нь 10 м-ээр нэмэгдэхэд ойролцоогоор 0.2 м/с-ээр нэмэгддэг. Далайн нөхцөлд дууны хурд дунджаар 1440-1585 м/с хооронд хэлбэлздэг. Хэрэв Лхагва гараг анизотроп, өөрөөр хэлбэл эвдрэлийн төвөөс өөр өөр чиглэлд өөр өөр шинж чанартай байвал дууны долгионы тархалтын хурд нь эдгээр шинж чанараас хамааран өөр өөр байх болно.

Ерөнхийдөө шингэн эсвэл хий дэх дууны долгионы тархалтын хурдыг дараах илэрхийллээр тодорхойлно.

(1.2)

Хаана TO- орчны эзэлхүүний уян хатан байдлын модуль; r 0– хөндөгдөөгүй орчны нягт, түүний статик нягт. Бөөн уян хатан байдлын модуль нь түүний нэгжийн харьцангуй хэв гажилтын үед орчинд үүсэх стресстэй тоогоор тэнцүү байна.

Уян хатан долгион гэж нэрлэдэг уртааш, хэрэв тухайн бөөмсийн чичиргээ долгионы тархалтын чиглэлд үүсвэл. Долгион гэж нэрлэдэг хөндлөн,хэрэв бөөмс долгионы тархалтын чиглэлд перпендикуляр хавтгайд хэлбэлзэж байвал.

Хөндлөн долгион нь зөвхөн уян харимхай хэлбэртэй орчинд үүсч болно, жишээлбэл. зүсэлтийн хэв гажилтыг эсэргүүцэх чадвартай. Зөвхөн хатуу биетүүд ийм шинж чанартай байдаг. Уртааш долгион нь орчны эзэлхүүний хэв гажилттай холбоотой байдаг тул тэдгээр нь хоёуланд нь тархаж чаддаг. хатуу бодис, мөн шингэн ба хийн орчинд. Энэ дүрэмд үл хамаарах зүйл бол өнгөцхөншингэний чөлөөт гадаргуу эсвэл өөр өөр физик шинж чанартай холилдохгүй орчны интерфейс дээр үүссэн долгион. Энэ тохиолдолд шингэн хэсгүүд нь зууван хэлбэртэй эсвэл илүү төвөгтэй замналуудыг дүрсэлсэн уртааш ба хөндлөн чичиргээг нэгэн зэрэг гүйцэтгэдэг. Гадаргуугийн долгионы онцгой шинж чанарыг таталцлын хүч ба гадаргуугийн хурцадмал байдал нь тэдгээрийн үүсэх, тархалтад шийдвэрлэх үүрэг гүйцэтгэдэгтэй холбон тайлбарладаг.

Эвдэрсэн орчинд хэлбэлзлийн процессын явцад тэнцвэрийн төлөвтэй холбоотой даралт, нягтрал нэмэгдэж, буурсан бүсүүд гарч ирдэг. Даралт Дууны талбар дахь түүний агшин зуурын утга, өдөөлт байхгүй үед орчны статик даралтыг хаана байна вэ? дуу чимээба долгионы тархалтын чиглэлд перпендикуляр суурилуулсан нэгж талбайд үйлчлэх хүчтэй тоогоор тэнцүү байна. Дууны даралт нь хүрээлэн буй орчны төлөв байдлын хамгийн чухал шинж чанаруудын нэг юм.

Орчны нягтын өөрчлөлтийг үнэлэхийн тулд харьцангуй утга гэж нэрлэдэг -аар битүүмжилнэ, энэ нь дараахь тэгшитгэлээр тодорхойлогддог.

(1.3)

Хаана r 1 -бидний сонирхож буй цэг дэх орчны нягтын агшин зуурын утга, ба r 0 -түүний статик нягт.

Зарим скаляр функц дуудагдсан тохиолдолд дээрх бүх параметрүүдийг тодорхойлж болно чичиргээний хурдны потенциал j.Хельмгольцын теоремын дагуу энэ боломж нь шингэн ба хийн орчинд акустик долгионыг бүрэн тодорхойлдог бөгөөд хэлбэлзлийн хурдтай холбоотой байдаг. vдараах тэгш байдал:

. (1.4)

Уртааш дууны долгион гэж нэрлэдэг хавтгай, хэрэв түүний боломж jболон дууны талбайг тодорхойлох бусад холбогдох хэмжигдэхүүнүүд нь зөвхөн цаг хугацаа, тэдгээрийн аль нэгээс хамаарна Декарт координатууд, Жишээ нь, X(Зураг 1.2). Хэрэв дурдсан тоо хэмжээ нь зөвхөн цаг хугацаа, зайнаас хамаарна rнэг цэгээс Оорон зай гэж нэрлэдэг долгионы төв,уртын дууны долгион гэж нэрлэдэг бөмбөрцөг хэлбэртэй. Эхний тохиолдолд долгионы фронт нь шугам эсвэл хавтгай, хоёрдугаарт бөмбөрцөг гадаргуугийн нуман эсвэл хэсэг байх болно.

Уян зөөвөрлөгчид дууны талбар дахь үйл явцыг авч үзэхдээ суперпозиция зарчмыг ашиглаж болно. Тиймээс, хэрэв потенциалаар тодорхойлогддог долгионы систем нь орчинд тархдаг бол j 1 …j n, дараа нь үүссэн долгионы потенциал нь заасан потенциалуудын нийлбэртэй тэнцүү байх болно.

(1.5)

Гэсэн хэдий ч хүчирхэг дууны талбар дахь үйл явцыг авч үзэхдээ суперпозиция зарчмыг ашиглах боломжгүй болгож болох шугаман бус нөлөөллийн боломжийг анхаарч үзэх хэрэгтэй. Үүнээс гадна, хэзээ өндөр түвшинБайгаль орчинд нөлөөлөх нөлөөлөл нь хүрээлэн буй орчны уян хатан чанарыг эрс зөрчиж болно. Тиймээс шингэн орчинд агаараар дүүрсэн цоорхой гарч ирж болно химийн бүтэцгэх мэт. Өмнө нь танилцуулсан загварт (Зураг 1.1.) энэ нь орчны хэсгүүдийн хоорондох уян харимхай холбоог таслахтай тэнцэх болно. Энэ тохиолдолд чичиргээ үүсгэхэд зарцуулсан энерги нь бусад давхаргад шилжихгүй бөгөөд энэ нь тодорхой практик асуудлыг шийдвэрлэх боломжгүй болно. Тайлбарласан үзэгдлийг гэж нэрлэдэг кавитаци.

Эрч хүчтэй талаас нь авч үзвэл дууны талбарыг дараах байдлаар тодорхойлж болно дууны энергийн урсгалэсвэл дууны хүч P, эдгээр нь дууны энергийн хэмжээгээр тодорхойлогддог Внэгж хугацаанд өгөгдсөн гадаргууг дамжин өнгөрөх:

(1.6)

Нэг талбайн дууны хүч савч үзэж буй гадаргууг тодорхойлно эрчимдууны долгион:

(1.7) Сүүлийн илэрхийлэлд энерги нь талбай дээр жигд тархсан гэж үздэг с.

Уг ойлголтыг ихэвчлэн дуу чимээний орчныг тодорхойлоход ашигладаг дууны энергийн нягтрал, энэ нь уян харимхай орчны нэгж эзэлхүүн дэх дууны энергийн хэмжээгээр тодорхойлогддог.

Дууны талбайн бие даасан параметрүүдийн хоорондын хамаарлыг судалж үзье.

1.3 Орчны тасралтгүй байдлын тэгшитгэл

Орчны тасралтгүй байдлын тэгшитгэл нь хурдны потенциал ба түүний нягтралыг холбодог. Дунд хэсэгт тасалдал байхгүй тохиолдолд массыг хадгалах хууль явагдах бөгөөд үүнийг дараах хэлбэрээр бичиж болно.

Хаана W 1Тэгээд r 1– дууны талбар дахь шингэний хэмжээ ба нягт, ба W 0Тэгээд r 0- эвдрэл байхгүй тохиолдолд ижил параметрүүд. Энэ хуульд тасралтгүй шугаман орчинд эзлэхүүний өөрчлөлт нь орчны нягтын өөрчлөлтийг үүсгэдэг тул тэдгээрийн авч буй эзэлхүүний масстай тохирч буй бүтээгдэхүүн нь үргэлж тогтмол хэвээр байна гэж хэлдэг.

Дунд зэргийн нягтралыг авч үзэхийн тулд бид тэнцүү (1.8) зүүн ба баруун талаас бүтээгдэхүүнийг хасна. W 0 r 1. Үүний үр дүнд бид дараахь зүйлийг авах болно.

(1.9)

Үүнийг энд хүлээн зөвшөөрч байна Энэ таамаглал нь хэт авианы давтамжийн мужид шингэний хэмжээ, нягтын хэлбэлзэл нь тэдгээрийн үнэмлэхүй утгатай харьцуулахад ач холбогдолгүй, тэгш байдлын хуваагч дахь хэмжигдэхүүнүүдийг орлуулах (1.9) учир боломжтой юм. r 1дээр r 0шинжилгээний үр дүнд бараг ямар ч нөлөө үзүүлэхгүй.

Болъё ρ 1= 1.02 г/см 3, a ρ 0 = 1.0 г/см3. Дараа нь

А . Харьцангуй алдаахүлээн зөвшөөрөгдсөн таамаглал юм
.

Хамаатан садангаа илэрхийлье эзэлхүүний хэв гажилтшингэний хэсгүүдийн хэсэгчилсэн шилжилтээр дамжуулан тэгш байдлын зүүн тал (1.9)-ээр илэрхийлэгдэх орчин ба үүнийг харгалзан үзнэ. баруун талзаасан тэгш байдал нь орчны нягтралыг тодорхойлно. Дараа нь бидэнд:

(1.10)

Хаана U x , U yТэгээд Уз- ортогональ координатын системийн харгалзах тэнхлэгүүдийн дагуу дунд хэсгүүдийн шилжилт хөдөлгөөн.

Сүүлийн тэгш байдлыг цаг хугацааны хувьд ялгаж үзье.

Энд v x, v yТэгээд v z– ижил тэнхлэгийн дагуух хэлбэлзлийн хурдны бүрэлдэхүүн хэсгүүд. Үүнийг харгалзан үзвэл

(1.12)

(1.13) энд с нь орон зайн ялгааг тодорхойлох Гамильтон оператор:

(1.14)

Чухал!

А би, жТэгээд кнь сонгосон ортогональ координатын системийн нэгж векторууд юм. Тиймээс, цаг хугацааны хувьд орчны нягтралын дериватив нь эсрэг тэмдгээр авсан хурдны потенциалын орон зайн координатын хоёр дахь деривативтай тэнцүү байна.

Тэгшитгэл хэлбэлзлийн хөдөлгөөн

Хөдөлгөөний тэгшитгэл нь хурдны потенциал ба дууны даралтыг тодорхойлдог. Энэ тэгшитгэлийг гаргахын тулд бид дууны талбарт тэнхлэгийн дагуу хэлбэлзэх энгийн эзэлхүүнийг сонгоно Өө(Зураг 1.3.) Ньютоны хуулийн дагуу бид дараах зүйлийг бичиж болно.

(1.15)

Хаана F -тэнхлэгийн чиглэлд сонгосон эзэлхүүн дээр ажиллах хүч Өө,

м- өгөгдсөн эзэлхүүний масс; j– ижил тэнхлэгийн дагуу эзлэхүүний хөдөлгөөний хурдатгал . Хэрэв бид сонгосон эзэлхүүний ирмэг дээр ажиллаж буй даралтыг дараах байдлаар тэмдэглэвэл х 1Тэгээд х 2, мөн үүнийг хүлээн зөвшөөр >, дараа нь хүч чадал Фдараах тэгшитгэлээр тодорхойлж болно.

(1.16)

Хаана

(1.16) илэрхийлэлийг тэгш байдал (1.15) гэж орлуулж, үүнийг харгалзан үзнэ болон хурдатгал мөн хязгааргүй жижиг хэмжигдэхүүн рүү шилжих шилжилтийг хийхдээ бид дараахь зүйлийг олно.

(1.17)

Үүнийг харгалзан үзвэл Тэгээд Бид эцэст нь:

. (1.18)

Сүүлийн тэгшитгэл нь координат агуулаагүй тул ямар ч хэлбэрийн долгионы хувьд хүчинтэй.

Орчны төлөвийн тэгшитгэл

Температурын өөрчлөлтгүйгээр бүх процесс явагддаг хэт авианы оронтой холбоотой орчны төлөв байдлын тэгшитгэл нь орчны даралт ба нягтын хоорондын хамаарлыг илэрхийлдэг. Наалдамхай үрэлтийн хүч байхгүй хамгийн тохиромжтой шингэнд дууны даралт байдаг rорчны хөшүүн байдалтай пропорциональ байна TOба түүний нягтрал в: Гэсэн хэдий ч хэрэв орчин нь бодит бол түүний дотор наалдамхай үрэлтийн хүч байдаг бөгөөд тэдгээрийн хэмжээ нь орчны зуурамтгай чанар ба орчны төлөв байдлын өөрчлөлтийн хурд, ялангуяа түүний өөрчлөлтийн хурдтай пропорциональ байна. нягтруулах. Тиймээс наалдамхай орчин дахь даралтыг тодорхойлдог илэрхийлэл нь заасан хүчин зүйлээс хамааран бүрэлдэхүүн хэсгийг олж авна.

(1.19)

Энд L нь пропорциональ коэффициент юм. Туршилтын үр дүнд энэ коэффициентийн тооцоог олсон бөгөөд энэ нь хүрээлэн буй орчны төлөв байдлыг тодорхойлсон эцсийн илэрхийлэлийг дараах хэлбэрээр бичих боломжийг олгов.

(1.20) энд h нь орчны динамик (Ньютон) зуурамтгай чанарын коэффициент. Үүссэн тэгшитгэл нь ямар ч долгионы хэлбэрт хүчинтэй байна.

Долгионы тэгшитгэл

Долгионы тэгшитгэл нь хурдны потенциалын өөрчлөлтийн хуулийг тодорхойлдог. Энэ тэгшитгэлийг гаргахын тулд бид (1.20) илэрхийлэлийг орчны төлөвийг тэгшитгэлд (1.18) орлуулна. Үүний үр дүнд бид:

(1.21)

Хурдны потенциалаар дамжуулан орчны нягтралыг илэрхийлэхийн тулд (1.21) илэрхийллийг цаг хугацааны хувьд ялгана.

(1.22)

Орчны тасралтгүй байдал ба тэгш байдлын (1.2) нөхцлөөс олж авсан хамаарлыг (1.13) харгалзан бид хүссэн долгионы тэгшитгэлийг эцсийн хэлбэрээр бичнэ.

(1.23)

Хэрэв долгион нь хавтгай бөгөөд жишээлбэл, тэнхлэгийн дагуу тархдаг Өө, тэгвэл хурдны боломж нь зөвхөн координатаас хамаарна Xба цаг хугацаа. Энэ тохиолдолд долгионы тэгшитгэл нь илүү энгийн хэлбэртэй болно.

(1.24) Үүссэн тэгшитгэлийг шийдвэрлэснээр хурдны потенциалын өөрчлөлтийн хуулийг олж, үүний үр дүнд дууны талбайг тодорхойлдог аливаа параметрийг олж болно.

Дууны талбайн үндсэн параметрүүдийн шинжилгээ

Эхлээд хавтгай гармоник долгионыг тодорхойлох параметрүүдийг тодорхойлъё. Үүний тулд шугаман (1.24) тэгшитгэлийн шийдийг олно дифференциал тэгшитгэлхоёр дахь эрэмбэтэй тул хоёр үндэстэй. Заасан үндэс нь хоёр процессыг илэрхийлдэг j 1 (x,t)Тэгээд j2(x,t), эсрэг чиглэлд тархах долгионыг тодорхойлох. Изотроп орчинд цацрагийн эх үүсвэрээс ижил зайд байрлах дууны талбайн параметрүүд ижил байдаг бөгөөд энэ нь зөвхөн нэг шийдлийг олоход өөрсдийгөө хязгаарлах боломжийг олгодог, жишээлбэл, долгионы хувьд. j 1, тэнхлэгийн эерэг чиглэлд тархах Өө.

Тодорхой шийдэл нь одоогийн координат ба цаг хугацааны функц учраас бид үүнийг дараах хэлбэрээр хайх болно.

Хаана - долгионы давтамж, м- орон зайн координатаас хурдны потенциалын хамаарлыг тодорхойлох шаардлагатай коэффициент; - долгионы дугаар, . -ийн шаардлагатай деривативуудыг тооцоолох j 1(1.24) тэгшитгэлд орлуулснаар бид дараахь зүйлийг олно.

(1.26) Сүүлийн тэгшитгэлийг шийдвэрлэх мЭвдрэлийн эх үүсвэрээс холдох тусам муудах долгион нь сөрөг утгатай тохирч байгааг харгалзан үзвэл бид дараахь зүйлийг авна.

(1.27)

Хэт авианы талбарт илэрхийллийн хаалтанд байгаа хоёр дахь нэр томъёо (1.27) нь нэгдмэл байдлаас хамаагүй бага бөгөөд энэ илэрхийллийг хүчирхэг цуваа болгон өргөжүүлэх боломжийг олгодог бөгөөд өөрсдийгөө хоёр нэр томъёогоор хязгаарладаг:

(1.28)

Олдсон утгыг орлуулах мтэгшитгэх (1.25) болон тэмдэглэгээг нэвтрүүлэх

(1.29)

хурдны потенциалын эцсийн илэрхийлэлийг олъё j 1:

Боломжит байдлын тусгай шийдэл j 2авч үзэж буй тохиолдолтой ижил төстэй байдлаар олж болно:

Дууны талбайн үндсэн параметрүүдийг тодорхойлохын тулд үүссэн илэрхийллүүдийг ашиглацгаая.

Эерэг чиглэсэн долгионы тархалтын бүс дэх дууны даралтыг дараахь тэгшитгэлээр тодорхойлно.

(1.32)

Хаана .

Хэрэв бид тэгш байдал руу (1.4) хандаж, хэт авианы талбарт >> гэдгийг харгалзан үзвэл А, дараа нь хэлбэлзлийн хурдны илэрхийллийг дараах хэлбэрээр бичиж болно.

Хаана Үүссэн илэрхийллүүд нь дууны даралт ба чичиргээний хурдны одоогийн утгын өөрчлөлт нь үе шатанд тохиолддог бөгөөд үүний үр дүнд орчин нягтаршсан газруудад чичиргээний хурдны вектор нь тархалтын хурдтай давхцаж байгааг харуулж байна. долгионы фронт, ховор тохиолддог газруудад түүний эсрэг байдаг.

Дууны даралт ба чичиргээний хурдны харьцааг олцгооё тусгай акустик эсэргүүцэл:

(1.34)

Өвөрмөц акустик эсэргүүцэл нь орчны чухал шинж чанар бөгөөд доторх үйл явцын олон параметрт нөлөөлдөг.

Дууны долгионы тархалт

Гидроакустик төхөөрөмжийг бий болгохдоо нэг хамгийн чухал ажлуудбайна зөв сонголтцацрагийн параметрүүд: илгээх дохионы дамжуулагчийн давтамж, дохионы модуляцийн арга, түүний энергийн шинж чанар. Долгионы тархалтын хүрээ, түүний тусгах онцлог, янз бүрийн мэдээллийн хэрэгслийн хоорондох янз бүрийн интерфейсээр дамжин өнгөрөх шинж чанарууд физик шинж чанар, дагалдах дуу чимээнээс дохиог тусгаарлах чадвар.

Дээр дурдсанчлан, гидроакустик дохионы эрчим хүчний гол шинж чанаруудын нэг нь түүний эрчим юм. Энэ параметрийг тодорхойлсон илэрхийлэлийг дараах эргэцүүлэлээс олж болно. Долгионы фронтын талбайтай, хэлбэлзэж байх үедээ харьцангуй шилждэг зарим энгийн хэсгийг авч үзье. анхны байрлалхэмжээгээр Энэ шилжилтийг хүчнийхэн эсэргүүцэх болно дотоод харилцан үйлчлэл. Эдгээр хүчийг даван туулахын тулд ажил зарцуулагдах болно: авч үзэж буй чичиргээг хангахад шаардагдах хүчийг нэгж хугацаанд зарцуулсан ажил гэж тодорхойлно.

(1.35)

Хаана Т- долгионы үе. Хариуд нь эрчим нь хөдөлгөөнд зарцуулсан хүчээр тодорхойлогддог ганц биедолгионы урд талбар нь дараахтай тэнцүү байх болно.

(1.36)

Үр дүнгийн илэрхийлэлд (1.32) ба (1.33) тэгшитгэлийг орлуулснаар бид дараахь зүйлийг олно.

Үүнийг харгалзан үзвэл 0.5 - ялгаруулагчийн ойр орчмын дохионы эрч хүчийг эх үүсвэрээс холдуулах эрчим хүчний өөрчлөлтийн хуулийг дараахь тэгшитгэлээр тодорхойлно.

(1.38)

Сүүлчийн томъёог Английн физикч, математикч Стокс олж авсан бөгөөд түүний нэрийг авчээ. Энэ нь цацрагийн эх үүсвэрээс холдох тусам дууны долгионы эрч хүч экспоненциалаар буурч байгааг харуулж байна. Түүнчлэн (1.29) илэрхийллээс харахад сулралтын индекс Аялгарах долгионы хэлбэлзлийн давтамжийн квадраттай пропорциональ байна. Энэ нь мессежийн дамжуулагчийн давтамжийг сонгоход, ялангуяа алсын зайн мэдрэгчтэй үед тодорхой хязгаарлалт тавьдаг.

Гэсэн хэдий ч Стоксын томъёог ашигласнаар дууны долгионыг бууруулах үйл явцын зөв тооцоог олж авах нь үргэлж боломжгүй байдаг. Тиймээс туршилтууд далайн орчин дахь дууны долгион нь дээрх илэрхийлэлээс хамаагүй хурдан суларч байгааг харуулж байна. Энэ үзэгдэл нь онолын асуудлыг шийдвэрлэхэд ихэвчлэн авч үздэг бодит орчны шинж чанар ба идеалчлагдсан шинж чанаруудын хоорондын ялгаа, түүнчлэн далайн орчин нь амьд организм, агаарын бөмбөлөг болон бусад хольцыг багтаасан нэг төрлийн шингэн байдагтай холбоотой юм.

Практикт дууны долгионы эрчмийн өөрчлөлтийн хуулийг тодорхойлохын тулд янз бүрийн эмпирик томъёог ихэвчлэн ашигладаг. Жишээлбэл, давтамж нь 7.5 - 60 кГц-ийн хооронд хэлбэлздэг бол коэффициентийн утга Акм тутамд децибелээр (дБ/км) дараах хамаарлыг ашиглан тооцоолж болно.

, (1.39)

чичиргээнээс 200 км-ээс ихгүй зайд 10% хүртэл алдаатай эрчмийн өөрчлөлтийн хуулийг дараахь тэгшитгэлээр тодорхойлно.

(1.40)

Бөмбөрцөг долгионы хувьд эрчим

. (1.41)

Сүүлийн илэрхийллээс харахад долгион нь зайны хэмжээ нэмэгдэх тусам урд талынх нь тэлэлтээс болж их хэмжээгээр суларч байна. r.

Хэт авианы долгион нь нэгэн төрлийн изотроп орчинд шилжих үед шулуун шугамаар тархдаг. Гэсэн хэдий ч, хэрэв орчин нь нэгэн төрлийн бус байвал дууны цацрагийн зам нь нугалж, тодорхой нөхцөлд дохиог завсрын давхаргаас тусгаж болно. усан орчин. Далайн орчны янз бүрийн байдлаас шалтгаалж дууны туяа муруйх үзэгдлийг гэнэ. дууны хугарал. Дууны хугарал нь гидроакустик хэмжилтийн нарийвчлалд ихээхэн нөлөөлдөг тул ихэнх тохиолдолд түүний нөлөөллийн зэргийг үнэлэх шаардлагатай.

Цацраг нь доод тал руу тархахдаа дүрмээр бол замын дагуу гурван бүсээр дамждаг: изотерм (тогтмол температуртай) гадаргуугийн бүс, температурын огцом өсөлтийн бүс, температурын огцом градиентээр тодорхойлогддог температурын үсрэлтийн бүс, ойролцоо. доод изотермийн бүс (Зураг 1.4). Цочролын бүсийн зузаан нь хэдэн арван метр байж болно. Дууны долгион цочролын давхаргаар дамжин өнгөрөхөд хүчтэй хугарал, дууны эрч хүч мэдэгдэхүйц буурч байна. Хүчний бууралт нь цочролын давхаргын дээд хил дэх хурц хугарлын улмаас цацрагийн ялгарал, түүнчлэн энэ давхаргаас тусгалаас үүдэлтэй юм. Хагарсан цацрагийн хэт туяа нь дууны сүүдрийн бүсийг бүрдүүлдэг.

Зураг 1.4.

Далайн орчны нягтрал, түүний температурын өөрчлөлт нь дууны долгионы хөтлүүр үүсэх нөхцлийг бүрдүүлдэг. Эдгээр нь усны хэвтээ давхаргууд бөгөөд тэдгээрийн дагуу дууны тархалтын хурд нь тэдний тэнхлэгт хамгийн бага бөгөөд захын дагуу нэмэгддэг. Энэ нь тэнхлэгээс алслагдсан усны давхаргаас долгионыг тусгахад хүргэдэг бөгөөд үүний үр дүнд долгион хөтлүүрийн тэнхлэгийн дагуу ихээхэн зайд тархаж эхэлдэг. Ийм хэт холын долгионы тархалтыг зарим тодорхой асуудлыг шийдвэрлэхэд ашиглаж болно. Нэг орчинд хэд хэдэн дууны долгион тархах үед тэдгээрийг нэмсний үр дүнд үүссэн дууны долгионы эрч хүч талбайн тодорхой цэгүүдэд нэмэгдэж, бусад хэсэгт буурдаг. Энэ үзэгдлийг гэж нэрлэдэг дууны чичиргээний хөндлөнгийн оролцоо. Хөндлөнгийн хэлбэлзэл нь өөр өөр далайц, давтамж, үе шаттай байж болно. Акустик эсэргүүцэл нь эрс ялгаатай хоёр зөөвөрлөгчийн хоорондох интерфэйс дээр дууны цацраг хэвийн тохиолдвол энэ нь

босох зогсож байнадолгион. Байнгын долгионы нэг онцлог нь түүний бүх цэгүүд нь ижил фазаар хэлбэлзэж, хэлбэлзлийн долгионы уртын дөрөвний нэгтэй тэнцэх интервалаар үүсдэг, хэлбэлзлийн далайц хамгийн их байдаг антинодууд, ямар ч хэлбэлзэл байхгүй зангилаанууд үүсдэг. . Байнгын долгион нь бараг ямар ч энерги дамжуулдаггүй.

Дууны долгионы тусгал ба хугарал

Хоёр мэдээллийн хэрэгслийн хоорондох интерфэйс дээр долгион унах үед энэ хил хязгаарт хамаарах орчны хэсгүүд өдөөгддөг. Эргээд хилийн бөөмсийн хэлбэлзэл нь ирж буй долгионы орчинд болон түүнтэй зэргэлдээх орчинд долгионы процессыг үүсгэдэг. Эхний давалгаа гэж нэрлэдэг тусгасан, хоёр дахь нь - хугарсан. Өнцөг ба (Зураг 1.5) интерфэйсийн нормаль ба цацрагийн чиглэлийн хоорондох өнцгийг өнцөг гэнэ. уналт,
тусгалТэгээд хугарал, тус тус. Декартын хуулиудын дагуу дараахь тэгш байдал үүсдэг.

(1.42)

Хэрэв цацрагийн тархалтын замд зөөвөрлөгч хоорондын хэд хэдэн интерфейс тааралдвал тэгш байдал үнэн болно.

(1.43)

Тоо хэмжээ гэж нэрлэдэг Снелийн тогтмол. Дууны цацрагийн дагуу түүний үнэ цэнэ өөрчлөгддөггүй.

Осол, ойсон болон хугарсан цацрагийн энергийн хамаарлыг коэффициент ашиглан тодорхойлно АТэгээд INтус тус тусгал ба хугарал. Эдгээр коэффициентийг дараахь тэгшитгэлээр тодорхойлно.

(1.44)

Ижил акустик эсэргүүцэлтэй орчинд дууны энерги нэг орчноос нөгөөд бүрэн шилждэг болохыг харуулж байна. Хэрэв зөөвөрлөгчийн акустик эсэргүүцлийн ялгаа их байвал ослын бараг бүх энерги нь мэдээллийн хэрэгслийн хоорондох интерфейсээс тусгагдсан байдаг.

Ойлгогч гадаргуугийн хэмжээ нь цацрагийн долгионы уртаас давсан тохиолдолд авч үзсэн хэв маяг явагдана. Хэрэв долгионы урт нь тусгах гадаргуугийн хэмжээнээс их байвал долгион нь саад тотгороос (тарсан) хэсэгчлэн тусч, эргэн тойронд хэсэгчлэн нугалж байна. Долгион саадыг тойрон гулзайлгах үзэгдлийг гэнэ дууны дифракци. Хэмжээ нь хэлбэлзлийн долгионы уртаас давсан объектуудад дифракц үүсдэг боловч энэ тохиолдолд үзэгдэл нь зөвхөн тусгалын гадаргуугийн ирмэг дээр илэрдэг. Саадын ард дуу чимээний чичиргээ байхгүй акустик сүүдрийн бүс үүсдэг. Үүний зэрэгцээ саад бэрхшээлийн өмнө ирж буй, туссан, дифракц долгионы харилцан үйлчлэлийн улмаас дууны талбайн хэв маяг улам төвөгтэй болдог. Дууны долгион нь тархсан олон объектоос тусгагдсан байдаг далайн усагаарын бөмбөлөг, планктон, хатуу хөвөгч бодисын тоосонцор гэх мэт. Энэ тохиолдолд туссан дохиог дохио гэж нэрлэдэг эзэлхүүний реверб. Энэ нь дохиог илгээх агшинд цацрагийн хүлээн авагч нь хэлбэлзэх цуурай гэж ойлгогддог. Эхэндээ энэ цуурай нь нэлээд өндөр түвшинд байж болох бөгөөд дараа нь хурдан алга болдог.

Долгионы урттай харьцуулахад бага зэргийн тэгш бус байдал бүхий хавтгай гадаргуу нь дуу чимээг сарниулснаас болж цуурхал үүсч болно. Ихэнхдээ ийм гадаргуу нь далайн ёроол эсвэл гадаргуу юм. Энэ цуурайг гэж нэрлэдэг доодэсвэл өнгөцхөн, тус тус.

. Гидроакустик дуугаралтын үндсэн зарчим

Тээврийн флотод ашигладаг бараг бүх гидроакустик навигацийн төхөөрөмжүүд нь усны орон зайг идэвхтэй мэдрэх горимд ажилладаг. Энэ горимыг хэрэгжүүлэх төхөөрөмжүүдийг хөгжүүлэхэд дараахь зүйлийг шаарддаг.

§ шийдвэрлэж буй асуудлын агуулгад үндэслэн цацрагийг шинжлэхэд тавигдах шаардлагыг тодорхойлох;

§ антеныг хүлээн авах, дамжуулахад тавигдах шаардлагыг тодорхойлох;

§ шалгах дохионы тархалтын нөхцөл байдалд дүн шинжилгээ хийх, хүлээн авсан дохионы шинж чанарыг үнэлэх;

§ хүлээн авсан дохионы анхдагч хувиргалтыг гүйцэтгэдэг системийн оролтын блокуудад тавигдах шаардлагыг боловсруулах;

§ анхдагч мэдээллийг харуулах эсвэл бусад төхөөрөмж, системд цаашид ашиглахад шаардлагатай хэлбэрт хувиргах хүлээн авах замын бүтцийг тодорхойлох;

§ мэдээлэл харуулах, бичих төхөөрөмжийн бүрэлдэхүүнийг тодорхойлох;

§ түүнтэй хамт ажилладаг бусад төхөөрөмжөөс гидроакустик төхөөрөмжийн гаралтын дохионд тавигдах шаардлагыг томъёолох.

Дээр дурдсанчлан шалгах цацраг нь тасралтгүй эсвэл импульс байж болно. Ижил дохионы далайцтай тасралтгүй цацраг нь хамгийн өндөр дундаж хүчин чадалтай байдаг бөгөөд энэ нь цацрагийн эх үүсвэрээс нэлээд алслагдсан хэсгүүдийг судлахад шийдвэрлэх давуу тал болно. Ялгарах дохионы дундаж хүч өндөр байх нь хүлээн авсан туссан дохионы түвшинг нэмэгдүүлэхээс гадна ихэвчлэн хөндийн үзэгдлээс зайлсхийх боломжийг олгодог. Ихэнхдээ энэ төрлийн цацрагийг хөлөг онгоцны хурдыг хэмжих Доплер системд ашигладаг.

Хэрэв тусгах объект хүртэлх зайг хэмжих шаардлагатай бол эхлээд тасралтгүй цацрагийг тусгай аргаар өөрчлөх шаардлагатай. Хүлээн авсан дохиог модуляцлах, боловсруулах аргыг зөв сонгох нь хамгийн зөв хэмжилтийн системийг бий болгох боломжийг олгодог. Гэсэн хэдий ч хэлэлцэж буй тохиолдолд хүлээн авсан дохио нь дүрмээр бол эзэлхүүний цууралтаас үүдэлтэй нэлээд их хөндлөнгийн оролцоо дагалддаг гэдгийг анхаарах хэрэгтэй.

Импульсийн цацраг нь импульсийн хэлбэр, түүний үргэлжлэх хугацаагаар тодорхойлогддог Т ба(Зураг 1.6), давтамж эсвэл импульсийн давталтын хугацаа. Ихэнх тохиолдолд тэгш өнцөгт импульсийг ашигладаг (Зураг 1.6.a), энэ нь хамгийн эрчим хүчээр ханасан байдаг. Ойрын үед экспоненциал хэлбэр нь нэлээд өргөн хэрэглэгддэг байсан (Зураг 2.6, б) нь техникийн хувьд хэрэгжүүлэхэд хялбар байсан тул. Хувь хүний ​​асуудлыг шийдэхийн тулд илүү их түлхэц үүсгэх шаардлагатай болдог нарийн төвөгтэй хэлбэртэдний дугтуйнууд.

Импульсийн үргэлжлэх хугацаа их үнэ цэнэ, учир нь энэ нь далайцтай хамт түүнд агуулагдах хүчийг, улмаар хамгийн их мэдрэгчтэй хүрээг тодорхойлдог. Үүнээс гадна, хүрээний нарийвчлал нь импульсийн үргэлжлэх хугацаанаас хамаарна, i.e. системээр хэмжиж болох хамгийн бага хүрээний зөрүү. Үнэн хэрэгтээ импульс нь нэг мэдээллийн зөөвөрлөгч учраас орон зайн хүрээн дэх бүх өөрчлөлтийг систем бүртгэдэггүй. Импульс нь тусгал руу ба буцаж хоёр дахин их зайд дамждагийг харгалзан үзвэл системийн нарийвчлал нь импульсийн орон зайн уртын хагастай тэнцүү байх болно.

(1.45)

Практикт импульсийн үргэлжлэх хугацаа нь ихэвчлэн 10-5 хооронд хэлбэлздэг -тай 10-3 хүртэл -тай.

Импульсийн давталтын хурдыг ихэвчлэн сонгосон бөгөөд ямар ч үйлдлийн мужид дараагийн импульс нь тусгагдсаныг хүлээн авсны дараа л гардаг. Өөрөөр хэлбэл, хугацаа t pИмпульсийн дараалал нь тэгш бус байдлыг хангах ёстой. Хаана - үйл ажиллагааны муж дахь хамгийн их мэдрэгчтэй хүрээ, - дундаж хурдусан дахь дуу чимээг ихэвчлэн 1500-тай тэнцүү авдаг м/ц. Энэ арга нь нэг антеныг хүлээн авах, дамжуулах антен болгон ашиглах нөхцлийг бүрдүүлдэг. Зарим тохиолдолд импульсийн давталтын хурдыг бусад хүчин зүйл дээр үндэслэн сонгож болно.

Шинжилгээний дохионд тавигдах шаардлагыг бүрдүүлэхдээ цацрагийн дамжуулагчийн давтамжийг зөв сонгох нь маш чухал юм. Дохионы сулрал, түүний хэвлэл мэдээллийн хэрэгсэл ба янз бүрийн объектуудын хоорондох интерфэйсээс тусгах, түүнчлэн долгионы фронтын замнал нь үүнээс ихээхэн хамаардаг. Тээвэрлэгчийн давтамжийг багасгах нь дүрмээр бол антенны төхөөрөмжүүдийн хэмжээг нэмэгдүүлэх шаардлагатай боловч мэдрэгчийн хүрээг нэмэгдүүлэхэд тусалдаг.

Антенны системд тавигдах үндсэн шаардлагыг бүрдүүлэхийн тулд дараахь зүйлийг хийх шаардлагатай.

§ антенны тоо, тэдгээрийг хөлөг онгоцонд байрлуулах схемийг тодорхойлох;

§ цацрагийн чиглэлийн хамгийн сайн түвшинг сонгох;

§ цахилгаан энергийг механик энерги болон эсрэгээр хувиргадаг элементийн төрлийг сонгох, түүнчлэн антенны төрлийг сонгох;

§ хөлөг онгоцны тавцан дээр антен суурилуулах аргыг тодорхойлох.

Ашигласан антеннуудын тоо, тэдгээрийн байршлын схемийг системийн найдвартай байдлыг нэмэгдүүлэхийн тулд шийдэж буй асуудлын мөн чанар, түүнчлэн тэдгээрийн илүүдэл байгаа эсэхээс хамаарч тодорхойлно. Антен бүрийг хөлөг онгоцны тавцан дээр бие даан суурилуулж болно, эсвэл бүх антеныг нэг антенны нэгж болгон нэгтгэж болно, энэ нь ихэвчлэн клинкерт суурилагдсан. Ийм блок нь 20 ба түүнээс дээш антеныг агуулж болох бөгөөд энэ тохиолдолд чичиргээ гэж нэрлэгддэг.

Цацрагийн чиг хандлагын шаардлагатай зэрэг нь шийдэгдэж буй асуудлын мөн чанараас хамаарна.

Ферросоронзон ба пьезоцерамик чичиргээг цахилгаан энергийг механик энерги болгон хувиргагч болгон ашигладаг бөгөөд тэдгээрийн ажиллах зарчмыг доор авч үзэх болно.

Ерөнхий шинж чанардамжуулах-хүлээн авах антенууд

Цахилгаан энергийг механик энерги болгон хувиргах ферросоронзон хөрвүүлэгчид соронз стрицийн эффектийг ашигладаг. Энэ нөлөөний мөн чанар нь өөрчлөгдөхөд оршино соронзон төлөвферросоронзон материалаар хийсэн бүтээгдэхүүн, түүний хэмжээсүүдэд зарим өөрчлөлт гардаг. Дээж нь гажигтай бөгөөд энэ хэв гажилт нь түүний соронзлолын эрчим нэмэгдэх тусам нэмэгддэг. Хэрэв бид саваа цөмийг дээж болгон авбал түүнийг ороомогоор тоноглож, эрчим хүчээр хангана хувьсах гүйдэл, дараа нь цөмийн урт нь үе үе өөрчлөгдөх болно. Цахилгаан эрчим хүч, түүний соронзлолд зарцуулсан нь тухайн саваа байрлуулсан уян орчин дахь дууны талбарыг өдөөх чадвартай механик чичиргээний энерги болж хувирдаг.

Эсрэг нөлөө бас бий. Хэрэв цөм нь зарим үлдэгдэл соронзлолтой ферросоронзон материалаар хийгдсэн бол бага зэрэг гажигтай, өөрөөр хэлбэл. түүний дотоод хурцадмал байдлыг өөрчил, тэгвэл хурцадмал байдал өөрчлөгдөнө соронзон оронтүүнтэй холбоотой. Энэ тохиолдолд соронзон орны өөрчлөлт нь үүснэ

ЗДууны орон нь хэлбэлздэг материаллаг биетүүдийн кинетик энерги, уян хатан бүтэцтэй (хатуу, шингэн, хий) орчинд дууны долгион хэлбэрээр илэрдэг. Уян орчин дахь чичиргээ тархах процессыг нэрлэдэг долгион. Дууны долгионы тархалтын чиглэлийг нэрлэдэг дууны цацраг, мөн орчны хэсгүүдийн хэлбэлзлийн ижил фаз бүхий талбайн бүх зэргэлдээ цэгүүдийг холбосон гадаргуу нь долгионы фронт. Хатуу биетүүдэд чичиргээ нь уртааш болон хөндлөн чиглэлд тархаж болно. Тэд зөвхөн агаарт тархдаг уртааш долгион.

Чөлөөт дууны талбаршууд дууны долгион давамгайлж, ойсон долгион байхгүй эсвэл өчүүхэн жижиг талбар гэж нэрлэдэг.

Сарнисан дууны талбар- энэ нь цэг бүрт дууны энергийн нягт ижил бөгөөд бүх чиглэлд ижил энергийн урсгал нэгж цаг хугацаанд тархдаг талбар юм.

Дууны долгион нь дараах үндсэн үзүүлэлтүүдээр тодорхойлогддог.

Долгионы урт- дууны хурдыг (агаарт 340 м/с) дууны чичиргээний давтамжтай харьцуулсан харьцаатай тэнцүү. Тиймээс агаар дахь долгионы урт нь 1.7 см-ээс ялгаатай байж болно е= 20000 Гц) 21 м хүртэл (нь е= 16 Гц).

Дууны даралт- тухайн цэг дэх дууны талбайн агшин зуурын даралт ба статистик (агаар мандлын) даралтын зөрүүгээр тодорхойлогддог. Дууны даралтыг Паскаль (Па), Па = Н/м2 хэмждэг. Физик аналогууд - цахилгаан хүчдэл, гүйдэл.

Дууны эрч хүч– долгионы тархалтын чиглэлд перпендикуляр нэгж гадаргуугаар нэгж хугацаанд өнгөрөх дууны энергийн дундаж хэмжээ. Эрчим хүчийг Вт / м2 нэгжээр хэмждэг бөгөөд дууны чичиргээний хүчний идэвхтэй бүрэлдэхүүн хэсгийг илэрхийлдэг. Физик аналог нь цахилгаан эрчим хүч юм.

Акустикийн хувьд хэмжилтийн үр дүнг ихэвчлэн харьцангуй логарифмын нэгж хэлбэрээр харуулдаг. Сонсголын мэдрэмжийг үнэлэхийн тулд Bel (B) хэмээх нэгжийг ашигладаг. Бел нь нэлээд том нэгж тул арай бага утгыг нэвтрүүлсэн - децибел (дБ) 0.1 В-тэй тэнцүү.

Дууны даралт ба дууны эрчмийг харьцангуй акустик түвшинд илэрхийлнэ.

,

Акустик түвшний тэг утгууд нь нийтээр хүлээн зөвшөөрөгдсөнтэй тохирч байна ба гармоникийн үед Вт/м 2 дууны чичиргээдавтамж 1000 Гц. Өгөгдсөн утгууд нь сонсголын мэдрэмжийг үүсгэдэг хамгийн бага утгатай (сонсголын үнэмлэхүй босго) ойролцоогоор тохирч байна.

Микрофоны шинж чанарыг хэмжих нөхцөл.Акустик хэмжилт нь хэд хэдэн онцлог шинж чанартай байдаг. Тиймээс цахилгаан акустик төхөөрөмжийн зарим шинж чанарыг хэмжих ажлыг чөлөөт талбайн нөхцөлд хийх ёстой, жишээлбэл. ойсон долгион байхгүй үед.

Энгийн байранд энэ нөхцлийг хангах боломжгүй тул хэмжилтийг хийх шаардлагатай гадаахэцүү бөгөөд үргэлж боломжгүй байдаг. Нэгдүгээрт, гадаа газар гэх мэт гадаргуугаас тусгалаас зайлсхийхэд хэцүү байдаг. Хоёрдугаарт, энэ тохиолдолд хэмжилт нь атмосферийн нөхцөл байдлаас (салхи гэх мэт) хамаардаг бөгөөд бусад олон таагүй байдлыг дурдахгүй байхын тулд том хэмжээний алдаа гаргахад хүргэдэг. Гуравдугаарт, задгай агаарт гадны (үйлдвэрлэлийн гэх мэт) дуу чимээний нөлөөллөөс зайлсхийхэд хэцүү байдаг.

Тиймээс чөлөөт талбайд хэмжилт хийхийн тулд туссан долгион бараг байдаггүй дуу чимээг бууруулдаг тусгай камеруудыг ашигладаг.

Anechoic камерт микрофоны шинж чанарыг хэмжих. Чөлөөт талбайн микрофоны мэдрэмжийг хэмжихийн тулд эхлээд микрофоныг шалгах цэг дээрх дууны даралтыг хэмжиж, дараа нь тэр цэг дээр байрлуулна. Гэхдээ камерт бараг ямар ч хөндлөнгийн оролцоо байхгүй бөгөөд чанга яригчаас микрофоны зайг 25 см-ээс ихгүй диаметртэй ялгаруулагчтай 1 - 1.5 м (ба түүнээс дээш) зайд авдаг тул хэмжих микрофоныг ойрхон байрлуулж болно. туршилтын микрофон руу. Хэмжилтийн тохиргооны диаграммыг 4-р зурагт үзүүлэв. Мэдрэмжийг бүх нэрлэсэн давтамжийн мужид тодорхойлно. Дууны даралт хэмжигч (дууны тоолуур) ашиглан шаардлагатай даралтыг тохируулснаар туршилтанд хамрагдсан микрофоны боловсруулсан хүчдэлийг хэмжиж, тэнхлэгийн мэдрэмжийг тодорхойлно.

ЭО.Ч. = У М /П(мВ/Па)

Мэдрэмжийг задгай хэлхээний хүчдэл эсвэл нэрлэсэн ачааллын хүчдэлээр тодорхойлно. Дүрмээр бол 1000 Гц давтамжтай микрофоны дотоод эсэргүүцлийн модулийг нэрлэсэн ачаалал болгон авдаг.

Зураг 4.Микрофоны мэдрэмжийг хэмжих функциональ диаграмм:

1 - ая эсвэл цагаан дуу чимээ үүсгэгч; 2 - октавын шүүлтүүр (гуравны нэг октав); 3 - өсгөгч; 4 - анекоген танхим; 5 - акустик ялгаруулагч; 6 - туршилтын микрофон; 7 - хэмжих микрофон; 8 - милливольтметр; 9 - милливольтметр, паскаль эсвэл децибелээр төгссөн (дууны түвшний хэмжигч).

Мэдрэмжийн түвшиннь 1-тэй тэнцүү утгатай харьцуулахад децибелээр илэрхийлсэн мэдрэмжээр тодорхойлогддог.

Стандарт мэдрэмжийн түвшин (децибелээр) нь дууны даралт 1 Па-ийн нэрлэсэн ачааллын эсэргүүцэл дээр үүссэн хүчдэлийг хүчин чадал = 1 мВт-д тохирох хүчдэлд харьцуулсан харьцаагаар тодорхойлогддог бөгөөд дараахь томъёогоор тооцоолно.

1 Па дууны даралтын үед нэрлэсэн ачааллын эсэргүүцэл (Ом) дээр микрофоноор үүсгэсэн хүчдэл (V) хаана байна.

Давтамжийн хариу үйлдэлМикрофоны мэдрэмж гэдэг нь дууны даралт ба микрофоны тэжээлийн гүйдлийн тогтмол утгуудын давтамжаас микрофоны мэдрэмжийн хамаарал юм. Генераторын давтамжийг жигд өөрчлөх замаар давтамжийн хариу урвалыг хэмждэг. Хүлээн авсан давтамжийн хариу үйлдэл дээр үндэслэн түүний нэрлэсэн болон үйл ажиллагааны давтамжийн муж дахь тэгш бус байдлыг тодорхойлно.

Чиглэлийн шинж чанарМикрофоныг ижил схемийн дагуу (Зураг 4) салгаж, даалгавраас хамааран хэд хэдэн давтамжтайгаар, ая үүсгэгч ашиглан, эсвэл гуравны нэг октавын зурваст дуу чимээний дохио өгөх, эсвэл өгөгдсөн давтамжийн зурваст, Гуравны нэг октавын шүүлтүүрийн оронд харгалзах зурвасын шүүлтүүрийг ашиглана.

Чиглэлийн шинж чанарыг хэмжихийн тулд туршилтанд хамрагдсан микрофоныг эргэлдэгч дискэн дээр суурилуулсан байна. Дискийг гараар эсвэл автоматаар, бичлэгийн хүснэгттэй синхроноор эргүүлдэг. Шинж чанар нь микрофоны ажлын тэнхлэгээр дамжин өнгөрөх нэг хавтгайд, хэрэв энэ нь түүний тэнхлэгийг тойрон эргэдэг бие юм бол авна. Микрофоны бусад хэлбэрүүдийн хувьд ажлын тэнхлэгээр дамжин өнгөрөх өгөгдсөн онгоцнуудын хувьд шинж чанарыг нь авдаг. Эргэлтийн өнцгийг ажлын тэнхлэг ба дууны эх үүсвэр рүү чиглэсэн чиглэлийн хооронд хэмждэг. Чиглэлийн шинж чанарыг тэнхлэгийн мэдрэмжтэй харьцуулахад хэвийн болгодог.

Дууны талбар гэдэг нь дууны долгион тархдаг орон зайн бүс юм, өөрөөр хэлбэл энэ бүсийг дүүргэх уян орчин (хатуу, шингэн эсвэл хийн) хэсгүүдийн акустик чичиргээ үүсдэг. Дууны талбайн тухай ойлголтыг ихэвчлэн дууны долгионы урттай тэнцүү буюу түүнээс том хэмжээтэй хэсгүүдэд ашигладаг.

Эрчим хүчний тал дээр дууны талбар нь дууны энергийн нягтрал (нэгж эзэлхүүн дэх хэлбэлзлийн процессын энерги) ба дууны эрч хүчээр тодорхойлогддог.

Чичиргээт биеийн гадаргуу нь дууны энерги ялгаруулагч (эх үүсвэр) бөгөөд акустик талбар үүсгэдэг.

Акустик талбаракустик долгион дамжуулах хэрэгсэл болох уян харимхай орчны бүс гэж нэрлэдэг. Акустик талбар нь дараахь шинж чанартай байдаг.

· дууны даралт х sv, Па;

· акустик эсэргүүцэл з А, Па*с/м.

Акустик талбайн энергийн шинж чанарууд нь:

· эрчим I, Вт/м2;

· дууны хүч W, W нь дууны эх үүсвэрийг тойрсон гадаргуугаар нэгж хугацаанд өнгөрөх энергийн хэмжээ юм.

Акустик талбар үүсэхэд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг дууны ялгаруулалтын чиглэлийн шинж чанар F, өөрөөр хэлбэл эх үүсвэрийн эргэн тойронд үүссэн дууны даралтын өнцгийн орон зайн хуваарилалт.

Эдгээр бүх хэмжигдэхүүнүүд нь хоорондоо холбоотой бөгөөд дуу чимээ тархах орчны шинж чанараас хамаардаг.

Хэрэв акустик талбар нь гадаргуугаар хязгаарлагдахгүй, бараг хязгааргүй хүртэл үргэлжилдэг бол ийм талбарыг чөлөөт акустик орон гэж нэрлэдэг.

Хязгаарлагдмал орон зайд (жишээлбэл, дотор) дууны долгионы тархалт нь долгионы замд байрлах гадаргуугийн геометрийн болон акустик шинж чанараас хамаарна.

Өрөөнд дууны талбай үүсэх үйл явц нь үзэгдлүүдтэй холбоотой байдаг цуурайтахТэгээд тархалт.

Хэрэв дууны эх үүсвэр өрөөнд ажиллаж эхэлбэл эхний мөчид бид зөвхөн шууд дуу чимээтэй байдаг. Долгион нь дуу тусгах сааданд хүрэхэд ойсон долгионы харагдах байдлаас шалтгаалан талбайн хэв маяг өөрчлөгддөг. Хэрэв дууны долгионы урттай харьцуулахад хэмжээ нь жижиг объектыг дууны талбарт байрлуулсан бол дууны талбайн гажуудал бараг ажиглагддаггүй. Учир нь үр дүнтэй тусгалцацруулагч саадын хэмжээ нь дууны долгионы уртаас их буюу тэнцүү байх шаардлагатай.

Энэ нь үүсдэг дууны талбар их тоо-аас туссан долгион янз бүрийн чиглэлд, үүний үр дүнд дууны энергийн хувийн нягт нь орон даяар ижил байна гэж нэрлэдэг сарнисан талбар.

Эх үүсвэр дуу чимээ гаргахаа больсны дараа дууны талбайн акустик эрч хүч хүртэл буурдаг тэг түвшинхязгааргүй хугацаанд. Практикт дуу чимээ нь унтарсан үеийнхээс 10 6 дахин эрч хүч буурах үед дуу чимээг бүрэн сулруулсан гэж үздэг. Чичиргээт орчны элемент болох аливаа дууны талбар нь өөрийн дуу чимээг бууруулах шинж чанартай байдаг. цуурайтах("дууны дараа").