3. Генераторы акустических нагрузок

В качестве генераторов акустических нагрузок могут применяться следующие устройства:

1. Реактивные двигатели, где кинетическая энергия струи воздуха (га­ за), истекающего из сопла, преобразуется в акустическую энергию.

2. Электродинамические громкоговорители, с помощью которых можно получить практически любой спектр частот.

Принципиальная схема устройства электродинамического гром­коговорителя показана на рис. 2.70. В кольцевом воздушном зазоре магнитной цепи, состоящей из постоянного магнита 1 и магнитопровода 2, 3, 4, в радиальном направлении проходит постоянный маг­нитный поток. В этом зазоре помещается звуковая катушка 5, к ко­торой приложено переменное напряжение звуковой частоты.

Ток, проходя через катушку, взаимодействует с постоянным пото­ком и создает силу, приводящую в колебание катушку и скрепленную

с ней диафрагму (диффузор) 8. Диффузор, обычно бумажный, представляет собой конус, имею­щий в основании окружность или эллипс и прямую или криволи­нейную образующую. По внешне­му краю диффузор имеет гофри­рованный подвес 7. Назначение подвеса — создать диффузору возможность колебаться поршне-образно в более широком диапа­зоне частот и увеличить диапазон линейной зависимости сила — смещение диффузора. У своей вершины диффузор, а вместе с ним звуковая катушка удержива­ются в коаксиальном относитель­но зазора магнитной цепи поло­жении с помощью центрирующей шайбы 6. Эта шайба, также гофрированная, охватывает по внутренне­му контуру вершину диффузора и звуковую катушку, а по внешнему крепится к специальному кольцу.

Такие источники удобны при испытаниях радиоэлектронного обо­рудования. Основным недостатком такого источника является сравни­тельно невысокий (порядка 140 дБ) уровень звукового давления.

3. Сирены, в свою очередь, подразделяются на динамические и ста­тические. Работа динамической сирены основана на прерывании вра­щающимся ротором потока сжатого воздуха, проходящего через от­верстия статора.

Динамические сирены могут воспроизводить дискретный спектр частот и широкополосный спектр частот.

Генераторы с дискретным спектром частот. Основным элементом, генерирующим звуковые колебания, является вращающийся диск 2 (рис. 2.71) с отверстиями, установленный в струе воздуха, истекающего из сопел форкамеры 3. Число сопел в форкамере и шаг распределения по окружности соответственно равны числу и шагу распределения ана­логичных отверстий в рабочем колесе (диске 2). Попеременное откры­вание и закрывание отверстий приводит к резкому изменению газодинамических параметров струи и, следовательно, к возникновению пульсаций давления в горле ру­пора 1, которые возмущают зву­ковые колебания воздушной сре­ды. Частота звуковых колебаний зависит от частоты вращения ро­тора; низшая гармоническая со­ставляющая

Число отверстий в диске рабо­чего колеса и число отверстий в форкамере выбирают в соответст­вии с требующимся диапазоном частот для испытания. Геометри­ческие размеры форкамеры вы­бирают такими, чтобы заключен­ный в ней объем воздуха не создавал резонанса на нижней собственной частоте. Для уменьшения пуль­саций давления внутренние поверхности ее облицовывают звукопогло­щающим материалом. Рабочий диапазон давления воздуха в форкамере 10⁴ — 3 *10⁵ Па. Повышение давления свыше 3 *10⁵ Па. нецелесообразно, так как интенсивность звука при этом увеличивается незначительно. Для поддержания заданной частоты в приводе генератора устанавливают дат­чик обратной связи 5, показания которого подаются на сравнивающее ус­тройство тиристорного привода 6, питающего электродвигатель 4. Точность поддержания частоты должна быть не ниже 1 — 1,5%.

Генераторы широкополосного спектра частот. Такие генераторы применяют для воспроизведения случайных процессов акустического нагружения. Они имеют несколько модулирующих дисков. У дисков разное число и размеры проходных отверстий для воздуха. Отверстия по окружности располагают с нерегулярным шагом. Во вращение ди­ски приводятся от отдельных двигателей. Для того чтобы процесс был нецикличным, отношение частот вращения дисков выбирают некрат­ным, при этом мгновенные комбинации положений дисков не повторя­ются в течение довольно длительного времени.

Генерирование звука в таких сиренах (рис. 2.72) происходит следу­ющим образом. При перепаде давлений между форкамерой 1 и рупо­ром 5 в проточном канале корпуса 7 сирены образуется струя воздуха, поперечное сечение которой вследствие вращения дисков изменяется от нуля (когда отверстия в дисках не совпадают) до некоторой теку­щей величины, случайно изменяющейся во времени. Так как парамет­ры струи вследствие модуляции ее ротором изменяются с большой скоростью, в горле рупора образуется система газодинамических им­пульсов давления, которые возбуждают звуковые волны с такой же случайной последовательностью, с какой изменяется площадь про­ходных отверстий в роторе. Отношение пневматической и акустиче­ской мощностей (КПД) в сиренах этого типа примерно 8 — 10%. Рабочий диапазон давлений воздуха перед ротором 5*10⁴—3,5*10⁵ Па. Недостаток сирен такого типа — сложность воспроизведения тре­буемого спектра шума и автоматического управления им. Этого недо­статка лишены генераторы с электродинамическим и электрогидрав­лическим приводом.

Статические (газоструйные) сирены. Принцип работы статиче­ских сирен основан на эффекте, заключающемся в том, что при про­дувании через коническое сопло потока воздуха со сверхзвуковой ско­ростью в воздушном потоке перед соплом создается периодическое распределение давления с участками нестабильности (рис. 2.73). По­мещая резонатор в эти участки, получают излучение звуковых волн в окружающее резонатор пространство. Статические сирены создают уровни звукового давления до 180 дБ и выше при широком диапазоне частот.

Электропневматические генераторы. Электропневматические ге­нераторы используются для создания высокоинтенсивных звуковых полей с управляемым широкополосным спектром частот. Такие гене­раторы подразделяются на высокочастотные и низкочастотные.

Акустическая мощность высокочастотных генераторов не превышает 30 кВт, а диапазон частот регулируемой части спектра 20 — 1200 Гц.

Мощность низкочастотных генераторов достигает 400 кВт в регу­лируемой части спектра 20 — 500 Гц.

В высокочастотном генераторе (рис. 2.74) основным элементом, создающим звук, является модулирующий клапан, состоящий из двух соосно установленных цилиндров: подвижного 5 и неподвиж­ного 6. В каждом цилиндре имеются концентрически расположенные щели для пропускания воздуха. Верхние концы цилиндров плотно со­единены между собой. Неподвижный цилиндр 6 при помощи элемента 15, формирующего проточный канал за модулятором, и трубки 2 за­креплен в центральной секции магнита 14.

Отличительная особенность этого генератора — наличие в по­движном цилиндре кольцевой пружины, выполненной в виде несколь­ких рядов щелей. Промежутки между смежными рядами щелей при осевой нагрузке имеют то же назначение, что и тороидальные кольца или балки. Промежутки между соседними щелями служат как бы стержнями между тороидальными балками. Подобного рода подвеска подвижной системы обеспечивает достаточно высокую соосность со­пряженной пары цилиндров и, следовательно, высокую устойчивость к износу. В нижней части подвижного элемента модулятора имеются обмотки катушки возбуждения 16. При взаимодействии протекающего в ней тока с магнитным полем в воздушном зазоре секции 7 и 14 по­стоянного магнита подвижный цилиндр начинает колебаться, изменяя площадь проходных сечений щелей в неподвижном цилиндре 6. Сте­пень перекрытия этих щелей определяет уровень звукового давления в горловине 4 генератора.

Магнитная система модулятора выполнена в виде замкнутого бло­ка, элементами которого являются секции 7 и 14 магнита, кольцо 12, диск 11 и соединительные стойки 8. Блок магнита закреплен во втул­ке 13, жестко соединенной с корпусом 1.

Для подвода воздуха к модулирующему устройству на внешней по­верхности втулки 13 предусмотрены прорези. Сжатый воздух подво­дится к генератору через патрубок 10 и фильтр 9. Основная часть его используется в модулирующем клапане, а относительно небольшая часть расходуется на охлаждение катушки возбуждения. Охлаждаю­щий воздух проходит через кольцевую щель магнита и затем через трубку 2 выходит в горловину рупора 3.