2.2.2. Акустические каналы.

Акустические каналы предназначены для передачи речевых и музыкальных программ. Средой для передачи могут служить любые звукопроводящие материалы и среды. По диапазону частот передаваемых сигналов акустические каналы делятся на две группы:

1. звукового диапазона (до 20 кГц)

2. ультразвукового диапазона (свыше 20 кГц).

В современных практических условиях находят широкое применение акустические процессы и сигналы, относящиеся к разным частям частотного диапазона, представленного на схеме шкалы частот (см. рис. 2.3).

Рис. 2.3

Как следует из диаграммы на рис. 2.3 на полной шкале выделяются четыре области: 1 – инфразвук; 2 - слышимый звук; 3 - низко-, средне- и высокочастотный ультразвук; 4 – «нано»- и «гиперзвук».

Акустические сигналы и соответствующие каналы нашли разнообразное применение в: промышленности, технике, медицине, в сфере военных приложений, автоматического контроля, обнаружения и связи: вибродиагностике, ультразвуковой дефектоскопии, обнаружении подводных объектов и системах навигации в активном и пассивном режимах.

При активной локации звуковые процессы возбуждаются с помощью специальных передающих устройств - электроакустических преобразователей, выступающих также в качестве приемников. В качестве источников и приемников звуковых и ультразвуковых колебаний широко используются в диапазоне 10…30 кГц - магнитострикционные преобразователи, а в диапазоне частот до 10⁹Гц - пьезоэлектрические преобразователи, а также множество других типов источников [1, 5]. Важным свойством многих электроакустических преобразователей является их обратимость - то есть возможность применения, как в качестве излучателя, так и в качестве приемника.

Так магнитострикционный преобразователь (см. рис. 2.4, а), схематично, содержит сердечник из магнитострикционного материала, который обладает свойством преобразовывать энергию магнитного поля (электромагнитные колебания) в механические и обратно. К материалам такого рода относятся: железо, никель и никелевые сплавы (пермендюр и др.), кобальт и его сплавы, ферриты и т.д. При работе сердечника с обмоткой в режиме генератора электромагнитное поле обмотки вызывает колебания сердечника, а в режиме приемника в обмотке индексируется ток, создаваемый полем, которое возникает в результате механической деформации сердечника при приеме акустических сигналов из среды, образующей акустический канал.

Рис.2.4

Если преобразователь поляризован(с помощью дополнительной намотки), то поле упругих колебаний имеет ту же частоту, что и возбуждающий сигнал. Если преобразовательне поляризован,то излучение может происходить на удвоенной частоте по сравнению с частотой возбуждающего сигнала (эффект четности). Магнитострикционные преобразователи, выходное сопротивление (импеданс) которых имеет «индуктивную» реакцию, относят к преобразователяминдуктивноготипа.

В устройствах с пьезоэлектрическими датчиками (см. рис. 2.4, б) происходят колебания вследствие прямого и обратного пьезоэлектрического эффекта – изменение линейных размеров монокристаллических (кварц, сульфат, литий, йодат лития, ниобат лития) и поликристаллических пьезоматериалов (титанат бария, цирконат-титанат свинца и т.д.) в соответствии с изменением электрического поля. Пьезоэлектрические преобразователи относят к преобразователям емкостноготипа.

В звуковом частотном диапазоне широкое распространение получили электродинамические преобразователи.

Кроме обратимости другим важнейшим свойством электроакустических преобразователей является их направленность– неравномерное излучение энергии в разных направлениях. Количественной мерой направленных свойств преобразователей являетсяхарактеристика направленности – нормированная зависимость физического параметра поля упругих волн от угла наблюдения. Основными элементами характеристики направленности являются: главный максимум (основной лепесток), побочный максимум, дополнительный максимум, угол «раскрыва» и т.д.

Очень часто при измерениях в акустических трактах оценивают время прихода информационных сигналов, которое зависит от скорости распространения звука.

Ниже в таблице представлены значения скоростей звука для различных материалов, для которых характерен достаточно широкий диапазон ее значений [7]:

Воздух – 340 м/с;

Вода пресная – 1430 м/с;

Вода морская – 1500 м/с;

Бетон монолитный – 3600…4000 м/с;

Стекло силикатное – 5400 м/с;

Сталь углеродистая – 5900 м/с;

Бериллий – 12800 м/с.

Для твердых веществ основными параметрами, определяющими значения скоростей звука, являются: физическая плотность и упругие характеристики: модуль Юнга, коэффициенты Ламэ и др. Однако скорость зависит и от целого ряда других факторов: температуры, влажности солености и др., что в целом усложняет операции точных и прецизионных измерений значений скоростей и других измерений, использующих значения скоростей звука.