Г л. 3. Методы измерения 8вукового давления и скорости частиц

различное значение; при Г ^23° С и барометрическом давлении 760 мм рт. ст. ордината равна К_у умноженному на корень квадратный из про­изведения частоты на отношение объема к поверхности полости.

0.4 0.6 0.8 2 4 6 8 20

0.2 1.0 Ю 30

Фиг. 72. Поправка на изменение эффективного объема полости вслед- ствие теплопередачи на стенках.

Ордината в 66 прибавляется к 20 lg p_m, рассчитанному по (4.47) [16]. Значения К при 23°С, 760 мм рт. ст.: для воэдуха К=3,885, для гелия .£=1,317, для водо­рода J£=l,400; V сл1®—объем: 8 см%—площадь поверхности; В мм рт. ст.—баро­метрическое давление; Т° к—температура по шкале Кельвина; г и 1—радиус и длина цилиндрической полости.

Г. Ультразвуковой диапазон частот. Верхний предел частоты для полости объемом в 12,7 см³ составляет, при заполнении водородом, около 12000 гц. Для калибровки на более высоких частотах вводят одну или несколько добавочных полостей меньшего объема. В этом случае ошибка, обусловленная эквивалентным объемом диафрагмы микрофона, увели­чится. Впрочем, если эквивалентный объем известен, то можно ввести соответственную поправку. Утечка через капилляры в данном случае несущественна, так как камеры малых размеров обычно не применяются для измерений на низких частотах.

На фиг. 73 приведен чертеж камеры, позволяющей расширить диапа­зон калибровки конденсаторных микрофонов до 21 кец (при заполнении полости водородом). Общий объем полости 3,77 см³.

На фиг. 74 приведен график фактора диффракции высокочастотной камеры. Предельная частота, при которой еще практически отсутствует волновое движение, для воздуха равна примерно 6000 гц, а для водо­рода — примерно 21000 гц. Практически при измерениях Е'₀/е* верхний предел частоты обычно ограничивается отношениями сигнал/шум, так как в ультразвуковом диапазоне с понижением частоты чувствительность микрофона быстро падает.

0,125

1. дюйм

Ф и г. 73. Камера для калибровки конденсаторных микрофонов в диапазоне

5000—21 000 щ [13].

J—напилляры; £—припой; 3—опорные стержни (3 шт.); rf—зазор l/sa'; <5—бакелит; в—латунь.

Частота, гц

Фиг. 74. Фактор диффракции высокочастотной камеры, сконструиро- ванной Ди Маттия и Винером [13].

Гл. 3. Методы измерения звукового давления и скорости частиц

Руднику [17] удалось расширить диапазон измерений методом взаим­ности в свободном поле до частоты 100 000 гц\ он пользовался в качестве обратимого преобразователя миниатюрным конденсаторным микрофо­ном. Точность измерений в этом диапазоне частот составляла i 1,0 дб¹).

А. Скорость частиц. Диск Рэлея. Основным средством измерения скорости частиц в поле плоской звуковой волны в течение долгого времени служил диск Рэлея. Рэлей [18] впервые наблюдал вращающий момент, действующий при некоторых условиях на тонкий диск, под­вешенный на тонкой нити в воздушном потоке. Он использовал это явление для измерения силы звука. Кениг [19] вывел следующее соотно­шение между вращающим моментом и скоростью потока:

[обозначения см. после уравнения (3.61)]. При выводе уравнения (3.60) сделаны следующие допущения: 1) жидкость несжимаема, 2) диск пред­ставляет собой жестко закрепленный, бесконечно тонкий эллипсоид, 3) рассеянием звука можно пренебречь, 4) на диск не действуют силы, обусловленные вязкостью, теплопередачей или разрывным характером течения у краев диска. Эти допущения не позволяют считать метод абсолютным, и соответствие уравнения (3.60) опыту должно быть про­контролировано .

При фактических измерениях диск Рэлея свободно подвешен и помимо основного эффекта (поворота) совершает под действием давления звука (в первом порядке) малые колебания по нормали к своей поверхности и угловые колебания вокруг оси подвеса. Таким образом, считать диск жестко закрепленным нельзя. Влияние линейных колебаний может ока­заться заметным, особенно при измерениях силы звука в жидкостях. Угловые колебания играют меньшую роль, если только окружность диска мала по сравнению с длиной волны²).

Кинг [20] предложил уравнение, в котором учитывается диффракция звука, падающего под утлом к поверхности диска. При выводе уравнения Кинг воспользовался цилиндрическими волновыми функциями и при рас­чете движения диска учитывал эффект второго порядка. Хотя влияние вязкости и теплопроводности и не учитывались в расчете, все же получен­ные им результаты считаются точными [21]. В окончательном виде Кинг дает уравнение (3,61) для усредненного по времени вращающего момента, действующего на диск Рэлея в плоской бегущей волне с эффективной скоростью частиц, равной и. Уравнение учитывает диффракцию и инер­циальные члены и написано с точностью до (&а)².