Звуковой излучатель на принципе ионофона. Как повлияет запрос в ЖЭС? Что такое инфразвук

Приведено описание разработанного и изготовленного плазменного излучателя акустических волн. Излучатель, работающий на принципе модуляции одноэлектродного высокочастотного факельного разряда, имеет недостижимую для электродинамических излучателей верность передачи широкополосного акустического сигнала. АЧХ излучателя существенно гладкая в диапазоне частот до нескольких мегагерц, что позволяет считать такой излучатель эталонным.

Акустические волны, излучатель, модуляция, одноэлектродный разряд, плазма.

В последнее время интерес проявляется к нетрадиционным акустическим излучателям, использующим газоразрядную плазму в воздухе при атмосферном давлении. Электроискровые акустические излучатели обеспечивают большие уровни и высокую стабильность звуковых давлений, однако обладают значительной эрозией электродов, имеют характерный гребенчатый спектр излучения и существенные нелинейные искажения.

Большие возможности качественного воспроизведения высоких звуковых частот открывает применение плазменного акустического излучателя, основанного на одноэлектродном высокочастотном факельном разряде. Этот способ известен давно, но незаслуженно забыт. Интерес к таким излучателям возобновился в 80-х годах прошлого столетия.

Плазменный акустический излучатель, работающий на принципе амплитудной модуляции высокочастотного факельного разряда ограниченного объема с температурой 4000-4600 К, обладает минимальными нелинейными искажениями.

Для решения ряда научных и технических задач в области акустики часто требуется использование нестандартных регистрирующих датчиков, характеристики которых необходимо определить, например амплитудно-частотные (АЧХ) и фазочастотные (ФЧХ) характеристики акустического датчика, изготовленного из пьезокерамики для работы в полосе частот шириной в несколько мегагерц. Стандартных калибраторов для такого диапазона частот не имеется, а использование различного рода электродинамических, пьезо- или других излучателей для целей калибровки нецелесообразно, поскольку их характеристики имеют резонансный характер.

С целью решения этой технической задачи предлагается использовать плазменный излучатель акустических волн, принцип работы которого заключается в следующем. При подаче на электрод высокочастотного напряжения с частотой, например, 27 МГц со свободного конца электрода возбуждается высокочастотный факельный разряд, который формируется под действием конвективных потоков и горит неограниченное время. Благодаря низкой температуре плазмы, эрозия электрода низкая и существенным образом не влияет на стабильность горения разряда. Если высокочастотное напряжение промоделировать по амплитуде, то объем токоведущего канала высокочастотного факельного разряда будет меняться с частотой модулирующего напряжения. Изменение объема плазмы приводит к изменению давления в воздухе с частотой модуляции. Ввиду высокой подвижности ионизованных частиц плазменный излучатель акустических волн способен воспроизводить без заметных частотных и переходных искажений не только звуковые колебания, но и ультразвук мегагерцового диапазона частот.

На рис. 1 показан внешний вид плазменного излучателя акустических волн, а на рис. 2 - его принципиальная схема.

Высокочастотный факельный разряд мощностью ~20 Вт возбуждается в открытом пространстве с тонкого стержневого вольфрамового электрода. Через концентрический трубчатый фидер электрод соединен с ламповым высокочастотным генератором, который создан на основе генераторной лампы ГМИ-6. Рабочая частота - 13 МГц. Предусмотрена возможность плавного изменения мощности возбуждаемого с электрода высокочастотного факельного разряда. Продольный (по вертикали) размер плазменного канала, возникающего на конце вольфрамового электрода, в 5-10 раз больше его диаметра и примерно равен 1-1,5 см.

На рис. 3 приведены АЧХ: 1 - плазменного излучателя акустических волн; 2 - акустической системы электродинамического типа промышленного изготовления высшей категории сложности . АЧХ измерены на расстоянии 1 м способом плавного изменения частоты от минимальной до максимальной в звуковом диапазоне с использованием измерительного комплекта фирмы Robotron. АЧХ акустической системы электродинамического типа существенно «изрезана», а ее неравномерность составляет ~26 дБ, особенно в области частот 1-5 кГц, что обусловлено резонансными свойствами подвижной механической системы излучателей такого типа.

Согласно рис. 3, плазменный излучатель акустических волн имеет существенно гладкую АЧХ, не имеющую выраженных резонансов. При необходимости путем введения корректирующей RC-цепочки в схему модуляции высокочастотного напряжения можно устранить плавный подъем АЧХ (~30 дБ), преобразовав ее практически в плоскую. Устранить резонансный характер АЧХ для электродинамического излучателя принципиально невозможно.

Коэффициент полезного действия созданного плазменного излучателя акустических волн составляет несколько сотых долей процента и может быть увеличен подбором специальных конструктивных особенностей.

Оценки показывают, что при использовании мощного диффузного разряда со скоростью плазменного потока 10 м/с и площадью сечения разряда 18 см 2 при температуре плазмы 2000 К возможно существенное повышение коэффициента полезного действия подобного излучателя, а предполагаемая акустическая мощность может составить более 800 Вт.

Таким образом, использование плазменного излучателя акустических волн позволяет выполнить амплитудно-частотную калибровку по звуковому давлению нестандартного широкополосного оборудования, поскольку такой излучатель имеет недостижимую для известных способов генерации ширину полосы воспроизводимых частот при незначительных нелинейных и амплитудно-частотных искажениях.

Работа выполнена при поддержке госконтракта № 14.740.11.0076 ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России».

Бочкарев Николай Николаевич

ИЗЛУЧАТЕЛИ ЗВУКА

ИЗЛУЧАТЕЛИ ЗВУКА

Устройства, предназначенные для возбуждения . волн в газообразных, жидких, тв. средах. Наибольшее распространение в кач-ве И. з. получили электроакустические (напр., громкоговорители электродинамич. или электростатич. типа, и магнитострикционные преобразователи для УЗ техники и акустоэлектроники). В подавляющем большинстве И. з. этого типа электрич. колебаний преобразуется в энергию упругих колебаний к.-л. тв. тела (диафрагмы, пластинки , стержня и др.), к-рое и излучает в окружающую среду акустич. волну. Колебания излучающей системы при этом воспроизводят по форме возбуждающий электрич. . В преобразователях, предназначенных для излучения монохроматич. , используют явление резонанса; они работают на одной из собств. частот механич. колебат. системы.

Другой тип И. з. основан на преобразовании в энергию упругих колебаний кинетич. энергии струи газа или жидкости. Такое преобразование возникает при периодич. прерывании струи (см. СИРЕНА) или при вз-ствии её с тв. препятствиями разл. вида, напр. типа резонатора, клина (см. ГАЗОСТРУЙНЫЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ , ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ).

К осн. хар-кам И. з. относятся их частотный , излучаемая , направленность (см. АКУСТИЧЕСКИХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ И ПРИЁМНИКОВ). В случае моночастотного излучения осн. хар-ками явл. резонансная частота и ширина полосы частот, определяемая добротностью излучателя. И. з.- электроакустич. преобразователи характеризуются чувствительностью (отношением звук. давления на оси И. з. на заданном расстоянии от него к электрич. напряжению или току) и (отношением акустич. мощности к затраченной электрической).

И. з. явл. также музыкальные инструменты, где источником звук. волн может быть колеблющаяся , дека или столб воздуха в резонансной полости. В кач-ве И. з. можно рассматривать и звукообразующий аппарат человека и животных (см. ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ АКУСТИКА).

Физический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия . . 1983 .

ИЗЛУЧАТЕЛИ ЗВУКА

Устройства, предназначенные для возбуждения звуковых волн в газообразных, жидких и твёрдых средах. И. з. преобразуют в энергию звукового поля энергию какого-либо другого вида. электроакустические преобразователи, напр., громкоговорители электродинамич. или электростатич. типа, пьезоэлектрические преобразователи и магнитострикционные преобразователи для УЗ-техники и акустоэлектроники. В подавляющем большинстве И. з. этого типа электрич. энергия преобразуется в энергию колебаний к.-л. твёрдого тела (излучающей , стержни, мембраны и т. п.), к-рое и излучает в окружающую среду акустич. волны. Все перечисленные преобразователи, как правило, линейны, и, следовательно, излучающей системы воспроизводят по форме возбуждающий электрич. сигнал; лишь при очень больших амплитудах колебаний вблизи верхней границы динамич. диапазона И. з. могут возникнуть . В преобразователях, предназначенных для излучения монохроматич. волны, используют явление резонанса: они работают на одном из собств. колебаний механич. колебательной системы, на частоту к-рого настраивается генератор электрич. колебаний, возбуждающий . Электроакустич. преобразователи, не обладающие твёрдым излучающим элементом, применяются в качестве И. з. сравнительно редко, к ним относятся, Фотоакустические явления). Другой тип И. з. основан на преобразовании кинетич. энергии струи газа или жидкости в энергию акустич. колебаний. Такое преобразование возникает при периодич. прерывании струи (см. Сирена), при взаимодействии её с твёрдыми препятствиями разл. вида (см. Газоструйные излучатели. Гидродинамический излучатель). Механизм звукообразования в таких И. з. может быть связан с генерацией автоколебаний в среде, как, напр., в Гартмана генераторе, или с возбуждением колебаний твёрдой излучающей системы, как, напр., в пластинчатых гидродинамич. свистках или мембранных газоструйных излучателях. Форма излучаемого сигнала и его спектр для И. з. подобного типа определяются режимом истечения струи и геометрич. параметрами конструкции. мощность звука, направленность излучения (см. Направленность акустических излучателей и приёмников). В случае моночастотного излучения осн. характеристиками являются рабочая частота И. з. и его частотная полоса, границы к-рой определяются падением излучаемой мощности в два раза по сравнению с её значением на частоте макс. излучения. Для резонансных электроакустич. преобразователей рабочей частотой является собств. частота f 0 преобразователя, а ширина полосы D f определяется его добротностью Q, т. к. D f=f 0 /Q . И. з.- электроакустич. преобразователи - характеризуются чувствительностью (отношением звукового давления па определ. расстоянии от излучателя к электрич. напряжению на нём или к протекающему в нём току) и кпд (отношением излучаемой акустич. мощности и затраченной электрической). В акустоэлектронике для оценки И. з. используют т. н. коэф. электрич. потерь, равный отношению (в дБ) электрич. мощности к акустической. Иногда для характеристики преобразования энергии в И. з. используют эффективный коэф. электромеханич. связи. автоколебания, возникающие при трении смычка о струну (смычковые); у духовых инструментов звук излучается за счёт автоколебаний столба воздуха в резонансной полости, возбуждаемых продуванием; в ударных инструментах для излучения звука используются мембран, пластин, стержней. Звучание музыкальных инструментов характеризуется частотой ( высотой звука), интенсивностью звука ( громкостью звука )и спектральным составом ( тембром звука). В качестве И. з. можно рассматривать и звукообразующий аппарат человека и животных (см. Физиологическая акустика). И.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. - М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .

Смотреть что такое "ИЗЛУЧАТЕЛИ ЗВУКА" в других словарях:

ИЗЛУЧАТЕЛИ ЗВУКА, устройства, предназначенные для генерации звуковых волн в различных средах (в газах, жидкостях, твердых телах); преобразуют в энергию звуковой волны энергию другого вида. Акустическое поле, создаваемое излучателями звука,… … Энциклопедический словарь

Устройства, основанные на использовании эффекта генерации комбинац. тонов при взаимодействии звуковых волн, в к рых роль излучающей (приёмной) антенны играет область среды, где происходит нелинейное взаимодействие волн. В параметрич. излучателе в … Физическая энциклопедия

Создание звуковых полей при помощи разл. излучателей звука. Звуковое поле, создаваемое данным излучателем, существенно зависит от формы излучателя и вида его колебаний, а также от частоты, определяющей соотношение между размерами излучателя и… … Физическая энциклопедия

- (пьезоизлучатели) электроакустические устройства воспроизведения звука, использующие пьезоэлектрический эффект. Пьезоизлучатели широко используются в различных электронных устройствах часах будильниках, телефонных аппаратах, электронных игрушках … Википедия

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете … Википедия

Акустич. приборы для восприятия звуковых сигналов и преобразования их с целью измерения, передачи, воспроизведения, записи или анализа. Наиболее распространены П. з., преобразующие акустич. сигналы в электрические (см. ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЙ… … Физическая энциклопедия

Преобразование плоских или расходящихся сферических или цилиндрических акустических волн в сходящиеся. Так же как для оптических и радиоволн, Ф. з. осуществляется методами отражения или преломления. Естественная Ф. з. наблюдается,… … Большая советская энциклопедия

Кристаллич. диэлектрики, обладающие в определённом интервале темп р спонтанной (самопроизвольной) поляризацией, к рая существенно изменяется под влиянием внеш. воздействий. Сегнетоэлектрич. св ва были впервые обнаружены у кристаллов сегнетовой… … Физическая энциклопедия

- (от лат. infra ниже, под), упругие волны с частотами ниже области слышимых человеком частот. Обычно за верх. границу И. принимают частоты 16 25 Гц, ниж. граница неопределённа. И. содержится в шуме атмосферы и моря; его источник турбулентность… … Физическая энциклопедия

Эту страницу предлагается переименовать в Усилитель звуковой частоты. Пояснение причин и обсуждение на странице Википедия:К переименованию/3 ноября 2012. Возможно, её текущее название не соответствует нормам современного русского языка … Википедия

Колеблющееся в жидкости тело производит вокруг себя периодическое сжатие и разрежение жидкости и таким образом приводит к возникновению звуковых волн. Источником энергии, уносимой этими волнами, является кинетическая энергия движущегося тела.

Таким образом, можно говорить об излучении звука колеблющимися телами.

Ниже будет везде предполагаться, что скорость и. колеблющегося тела мала по сравнению со скоростью звука. Поскольку и (где а - линейная амплитуда колебаний тела), то эта значит, что ).

В общем случае произвольно колеблющегося тела произвольной формы задача об излучении звуковых волн должна решаться следующим образом. Выберем в качестве основной величины потенциал скорости . Он удовлетворяет волновому уравнению

На поверхности тела нормальная составляющая скорости жидкости должна быть равна соответствующей компоненте скорости и тёла:

На больших же расстояниях от тела волна должна переходить в расходящуюся сферическую волну. Решение уравнения (74,1), удовлетворяющее этим граничным условиям и условию на бесконечности, определяет излучаемую телом звуковую волну.

Рассмотрим более подробно два предельных случая. Предположим сначала, что частота колебаний тела настолько велика, что длина излучаемой волны очень мала по сравнению с размерами тела:

В таком случае можно разделить поверхность тела на участки, размеры которых, с одной стороны, настолько малы, что их можно приближенно считать плоскими, но, с другой стороны, все же велики по сравнению с длиной волны. Тогда можно считать, что каждый такой участок излучает при своем движении плоскую волну, скорость жидкости в которой равна просто нормальной компоненте скорости данного участка поверхности. Но средний поток энергии в плоской волне равен (см. § 65) , где v - скорость жидкости в волне.

Подставляя интегрируя по всей поверхности тела, приходим к результату, что средняя излучаемая телом в единицу времени в виде звуковых волн энергия, т. е. полная интенсивность излучаемого звука, есть

Она не зависит от частоты колебаний (при заданной амплитуде скорости).

Рассмотрим теперь противоположный предельный случай, когда длина излучаемой волны велика по сравнению с размерами тела:

Тогда вблизи тела (на расстояниях, малых по сравнению с длиной волны) в общем уравнении (74,1) можно пренебречь членом Действительно, этот член - порядка величины между тем как вторые производные по координатам в рассматриваемой области -

Таким образом, вблизи тела движение определяется уравнением Лапласа Но это - уравнение, определяющее потенциальное движение несжимаемой жидкости. Следовательно, вблизи тела жидкость движется в рассматриваемом случае как несжимаемая. Собственно звуковые волны, т. е. волны сжатия и разрежения, возникают лишь на больших расстояниях от тела.

На расстояниях, порядка размеров тела и меньших, искомое решение уравнения не может быть написано в общем виде и зависит от конкретной формы колеблющегося тела. Для расстояний же, больших по сравнению с I, но малых по сравнению с К (так что уравнение еще применимо), можно найти общий вид решения, воспользовавшись тем, что должно убывать с увеличением расстояния. С такими решениями уравнения Лапласа нам уже приходилось иметь дело в § 11. Как и там, пишем общий вид решения в форме

( - расстояние до начала координат, выбранного где-нибудь внутри тела). При этом, конечно, существенно, что расстояния, о которых идет речь, все же велики по сравнению с размерами тела. Только по этой причине можно ограничиться в членами, наименее быстро убывающими с ростом . Мы оставляем в (74,6) оба написанных члена, имея в виду, что первый член не во всех случаях присутствует (см. ниже).

Выясним, в каких случаях этот член отличен от нуля. В § 11 было выяснено, что потенциал приводит к наличию отличного от нуля потока жидкости через поверхность, окружающую тело; этот поток равен Но в несжимаемой жидкости такой поток может иметь место только за счет изменения общего объема жидкости, заключенной внутри замкнутой поверхности.

Другими словами, должно происходить изменение объема тела, что и будет приводить к вытеснению жидкости из рассматриваемого объема пространства или, наоборот, к «засасыванию» жидкости в него. Таким образом, первый член в (74,6) присутствует в тех случаях, когда излучающее тело производит пульсации, сопровождающиеся изменением его объема.

Предположим, что это имеет место, и определим полную интенсивность излучаемого звука. Объем жидкости, протекающей через замкнутую поверхность, должен быть равен изменению объема V тела в единицу времени, т. е. производной (объем V является заданной функцией времени):

Таким образом, на расстояниях , удовлетворяющих условию движение жидкости описывается функцией

С Другой стороны, на расстояниях (в волновой зоне) должно представлять расходящуюся сферическую волну, т. е. должно иметь вид

Поэтому мы приходим к результату, что излучаемая волна имеет на всех расстояниях (больших по сравнению с ) вид

получающийся заменой в аргумента t на

Скорость направлена в каждой точке по радиусу-вектору и по величине равна . При дифференцировании (74,8) надо (для расстояний брать производную только от числителя; дифференцирование знаменателя привела бы к члену высшего порядка по которым следует пренебречь. Поскольку

то получаем (n - единичный вектор в направлении ):

Интенсивность излучения, определяющаяся квадратом скорости, оказывается здесь не зависящей от направления излучения, т. е. излучение симметрично по всем направлениям.

Среднее значение полной излучаемой в единицу времени энергии есть

где интегрирование производится по замкнутой поверхности вокруг начала координат. Выбирая в качестве этой поверхности сферу радиуса и замечая, что подынтегральное выражение зависит только от расстояния до центра, получаем окончательно:

Это - полная интенсивность излучаемого звука. Мы видим, что она определяется квадратом второй производной по времени от объема тела.

Если тело совершает пульсационные колебания по гармоническому закону с частотой , то вторая производная от объема по времени пропорциональна частоте и амплитуде скорости колебаний; средний же ее квадрат пропорционален квадрату частоты. Таким образом, интенсивность излучения будет пропорциональна квадрату частоты при заданном значении амплитуды скорости точек поверхности тела. При заданной же амплитуде самих колебаний амплитуда скорости в свою очередь пропорциональна частоте, так что интенсивность излучения будет пропорциональна

Рассмотрим теперь излучение звука телом, колеблющимся без изменения объема. Тогда в (74,6) остается только второй член, который мы напишем в виде

Как и в предыдущем случае, заключаем, что общий вид решения на всех расстояниях есть

То, что это выражение действительно является решением волнового уравнения, видно из того, что функция удовлетворяет этому уравнению, а потому удовлетворяют ему и производные указанной функции по координатам. Дифференцируя опять только числитель, получаем (для расстояний ):

(74,11)

При вычислении скорости снова надо дифференцировать только А.

Поэтому имеем согласно известным из векторного анализа правилам дифференцирования функций от скалярного аргумента:

и, подставляя получаем окончательно:

(74,12)

Интенсивность излучения будет теперь пропорциональна квадрату косинуса угла между направлением излучения (направление ) и вектором А (такое излучение называют дипольным). Полное же излучение равно интегралу

Опять выбираем в качестве поверхности интегрирования сферу радиуса причем введем сферические координаты с полярной осью вдоль вектора А. Простое интегрирование приводит к окончательной формуле для полного излучения в единицу времени:

(74,13)

Компоненты вектора А являются линейными функциями компонент скорости и тела (см. § 11). Таким образом, интенсивность излучения является здесь квадратичной функцией вторых производных от компонент скорости тела по времени.

Если тело совершает гармоническое колебательное движение с частотой то, подобно предыдущему случаю, заключаем, что интенсивность излучения пропорциональна при заданном значении амплитуды скорости. При заданной же линейной амплитуде колебаний тела амплитуда скорости сама пропорциональна частоте, и потому излучение пропорционально .

Аналогичным образом решается вопрос об излучении цилиндрических звуковых волн пульсирующим или колеблющимся перпендикулярно к своей оси цилиндром произвольного сечения. Выпишем здесь соответствующие формулы, имея в виду их дальнейшие применения.

Рассмотрим сначала пульсационные малые колебания цилиндра, и пусть есть переменная площадь его сечения. На расстояниях от оси цилиндра, таких, что , (l - поперечные размеры цилиндра), получим аналогично (74,8)

(74,14)

где - функция времени (коэффициент при выбран так, чтобы получить правильное значение потока жидкости через коаксиальную цилиндрическую поверхность).

ИЗЛУЧАТЕЛИ ЗВУКА (акустические излучатели), устройства, предназначенные для возбуждения акустических волн в газообразных, жидких и твёрдых средах. Излучатели звука преобразуют в энергию звукового поля энергию какого-либо другого вида.

Широкое распространение в качестве излучателей звука получили электроакустические преобразователи. Так, в звуковом диапазоне частот для воспроизведения звука (речи, музыки и др.) используются громкоговорители электродинамического, электромагнитного, электростатического и других типов; в У3-технике, гидроакустике, акустоэлектронике на ультразвуковых и звуковых частотах применяются пьезоэлектрические преобразователи и магнитострикционные преобразователи, в верхней части УЗ-диапазона и на гиперзвуковых частотах - пьезополупроводниковые преобразователи. Для большинства излучателей звука этого вида имеет место двойное преобразование энергии: электрическая энергия преобразуется в энергию механических колебаний какого-либо твердотельного элемента (пластины, стержня, мембраны), которая затем преобразуется в энергию звукового поля в окружающей среде. Если колебания всех точек излучающей поверхности происходят синфазно, то излучающий элемент при расчётах его звукового поля рассматривается как излучатель поршневого типа; в этом случае колебания излучающей системы воспроизводят по форме возбуждающий электрический сигнал. Во всех перечисленных электроакустических преобразователях происходит линейное преобразование сигнала, и лишь при очень больших амплитудах могут возникнуть нелинейные искажения. Электроакустические преобразователи без твердотельного элемента, с непосредственным электроакустическим преобразованием, применяются сравнительно редко. К ним относятся, например, излучатели звука, основанные на электрическом разряде в жидкости, на явлении электрострикции, на возбуждении упругой волны мощным оптическим излучением (смотри Оптоакустика).

Другой вид излучателей звука основан на преобразовании кинетической энергии газа или жидкости в энергию звукового поля. Такое преобразование может происходить при периодическом прерывании струи газа или жидкости (смотри Сирена), при взаимодействии её с твёрдыми препятствиями различного вида (смотри Газоструйные излучатели, Гидродинамический излучатель).

К основным характеристикам излучателей звука относятся их частотный спектр (смотри Спектр звука), излучаемая мощность звука, направленность излучения. Излучение звука для его слухового восприятия производится широкополосными преобразователями в диапазоне слышимых частот. Преобразователи для разнообразных технических целей - передачи и обработки сигналов, звуковой локации, контрольно-измерительных и технологических применений ультразвука, медицинской техники, как правило, являются моночастотными или обладают ограниченным дискретным спектром. Их особенностью является использование резонанса элементов колебательной системы для повышения эффективности. Мощность звука излучателей звука зависит от амплитуды колебательных смещений на излучающей поверхности и действительной составляющей выходного акустического импеданса. Эффективность излучающих электроакустических преобразователей характеризуется кпд (отношением излучаемой и потребляемой мощности) и чувствительностью (отношением звукового давления в поле излучения к питающему излучателей звука электрическому напряжению или току). В акустоэлектронике применяют коэффициент электрических потерь (отношение электрической мощности к акустической, выраженное в децибелах). Направленность излучателей звука зависит от соотношения их размеров с длиной волны излучаемого звука; для остронаправленного излучения размеры излучающей поверхности должны быть существенно больше длины волны.

У излучателей звука газоструйного и гидродинамического видов форма излучаемого сигнала, его спектр и мощность определяются режимом истечения струи и геометрическими параметрами конструкции. Такие излучатели звука могут обеспечивать достаточно эффективное излучение в окружающую среду, однако режим их работы нестабилен, а спектр достаточно сложен. Они не могут создавать моночастотное излучение и воспроизводить сигнал заданной формы.

Излучателями звука являются также музыкальные инструменты. У струнных инструментов источником звука служат колебания струн и связанных с ними дек, возбуждаемые ударом (клавишные инструменты), щипком (щипковые) или трением смычка о струну (смычковые). У духовых инструментов звук излучается за счёт автоколебаний столба воздуха в резонансной полости, возбуждаемых продуванием. В ударных инструментах для излучения звука используются свободные колебания мембран, пластин, стержней, оболочек.

В качестве излучателей звука можно рассматривать и звукообразующий аппарат человека и животных (смотри Физиологическая акустика).

Лит.: Физика и техника мощного ультразвука. М., 1967. [Кн. 1]: Источники мощного ультразвука / Под редакцией Л. Д. Розенберга; Исакович М. А. Общая акустика. М., 1973; Римский-Корсаков А. В. Электроакустика. М., 1973; Скучик Е. Основы акустики. М., 1976. Т. 1-2; Сапожков М. А. Электроакустика. М., 1978; Лямшев Л. М. Радиационная акустика. М., 1996.

В предыдущем параграфе мы отметили, что резонансный ящик существенно усиливает интенсивность звука камертона. Происходит ли только благодаря тому, что воздушный столб в ящике резонирует на частоту камертона, или же здесь играют роль еще какие-нибудь условия? Выяснением этого вопроса мы теперь и займемся.

Рассмотрим, что происходит около одной из ножек звучащего камертона. При движении ножки в какую-либо сторону перед ней образуется сжатие воздуха и, следовательно, повышение давления, а позади нее - разрежение воздуха и понижение давления. Благодаря этому перепаду давления происходит выравнивание давления (и плотности) воздуха по обе стороны ножки (рис. 109). Процесс выравнивания давления распространяется с той же скоростью, что и звуковая волна, т. е. за полпериода он охватывает пространство размером в полуволны. Размеры же камертонной ножки гораздо меньше полуволны. Поэтому образуемые ею сжатия и разрежения воздуха очень сильно ослабляются из-за выравнивания давлений по обе ее стороны, а значит, сильно ослаблена и излучаемая волна. Мы приходим к выводу, что для хорошего излучения размеры тела должны быть не малы по сравнению с длиной волны в окружающей среде. Именно этим преимуществом обладает резонансный ящик, так как его длина равна четверти волны и выравнивание давления вокруг него гораздо меньше, чем вокруг камертонной ножки.

Рис. 109. Вид на ножку камертона сверху. Жирной стрелкой показано направление ее движения, а тонкими стрелками – распространение волны сжатия вокруг ножки

Легко сделать и еще одно заключение: колеблющееся тело лучше излучает высокие частоты (для которых длина волны невелика по сравнению с размерами тела), чем низкие, так как для длинных волн выравнивание давления сказывается сильнее. Например, мембрана динамического громкоговорителя диаметра около хорошо излучает частоты, превышающие , и плохо излучает низкие частоты. Это портит тембр звука, и чтобы его улучшить, нужно затруднить выравнивание давления по обе стороны мембраны для длинных волн. С этой целью громкоговоритель закрепляют в отверстии, проделанном в большой доске (рис. 110), которая удлиняет расстояние между передней и задней поверхностями мембраны. При таком устройстве излучение звуков с низкими частотами значительно усиливается.

Рис. 110. Громкоговоритель, вмонтированный в большую доску

Камертон плохо излучает не только потому, что невелико излучение каждой ножки, но и потому, что обе ножки, расстояние между которыми гораздо меньше длины волны, колеблются навстречу друг другу, т. е. в противофазе. Поэтому во всякой точке окружающего воздуха волна, создаваемая одной ножкой камертона, ослабляется вследствие интерференции с противофазной волной от другой ножки.

Очевидно, уничтожив или, по крайней мере, ослабив излучение одной из ножек камертона, мы должны получить выигрыш в интенсивности звука. И действительно, нетрудно убедиться, что при закрывании одной ножки картонной трубочкой (рис. 111) звук усиливается.

Рис. 111. Камертон звучит сильнее, когда одна ножка закрыта

Как влияют на излучение данного колеблющегося тела свойства окружающей среды?

При заданной частоте и амплитуде колебаний кинетическая энергия частиц среды будет тем больше, чем больше их масса, т.е. чем больше плотность среды. При тех же условиях потенциальная (упругая) энергия будет тем больше, чем среда «жестче», т.е. чем меньше ее сжимаемость. Следовательно, при заданной частоте и амплитуде колебаний источника он создает тем более интенсивную волну, чем больше плотность и упругость среды. Например, в воде колеблющаяся пластинка пошлет волну, в несколько тысяч раз более интенсивную, чем при таких же колебаниях в воздухе.