Гл. 4. Приемники звука (микрофоны и ухо)

выраженным в величинах длины волны в жидкости. Впрочем, скорость звука в жидкостях достаточно велика, поэтому в области звуковых частот микрофоны для использования в жидкостях (называемые гидрофонами) обычно малы сравнительно с длиной волны. Так как большинство источ­ников звуков в низком ультразвуковом диапазоне создает достаточно большие давления, то даже очень маленькие звукоприемники, подобные изображенному на фиг. 89, оказываются достаточно чувствительными.

Направленность. С диффракцией связана также различная чувстви­тельность микрофона при приеме по разным направлениям. Приемник

0°

Фиг. 90. Характеристика направленности сферического микрофона с защитной сеткой.

давления обычно предназначен для измерения давления, которое суще­ствовало в звуковом поле в отсутствие микрофона. В идеальном случае он должен' быть одинаково чувствителен к звукам, приходящим по всем направлениям. Большинство приемников давления достаточно малы, по­этому они не искажают звукового поля, особенно на низких частотах. При очень высоких частотах, когда размеры приемников во много раз больше длины волны, диффракция приводит к значительным искажениям поля, причем образуется так называемая звуковая тень. На промежуточных частотах, когда длина волны сравнима с размерами корпуса, характер направленности трудно оценим.

Форма характеристики направленности для простых форм может быть определена аналитически решением краевой задачи, но обычно это делает­ся экспериментальным путем. Так как большинство микрофонов имеет симметричную форму, то единственным аргументом характеристики является угол, образованный звуковой волной с осью симметрии. В каче­стве примера на фиг. 90 изображены полярные характеристики направлен­ности для немецкого микрофона—приемника давления сферической фор­мы [4]. Нередко данные, характеризующие направленность, представляют в виде ряда частотных характеристик, снятых при различных углах падения.

111

Чувствительность микрофонов—приемников градиента давления, из­меряющих разность давлений в двух близких точках, значительно мень­ше зависит от диффракционных явлений. При любых частотах эти мик­рофоны обладают двусторонней направленностью; только при очень высоких частотах чувствительность вдоль основной оси уменьшается.

Б. Измерения в замкнутых объемах. Все вышеизложенное относится к условиям свободного поля, причем сопротивление диафрагмы прини­мается очень большим, так как диафрагму можно считать твердым телом. При измерениях в камерах или трубах, когда диафрагма микрофона обра­зует одну из стен камеры, ее сопротивление приходится учитывать. Более того, распределение поля в самой камере, если размеры ее невелики, заметно зависит от свойств микрофона.

Микрофоны с диафрагмами. При измерениях в камере источник про­изводит периодическое небольшое изменение ее объема, вследствие чего возникает переменное давление внутри камеры. Воздух в камере малых размеров при этом заметно сжимается и давит на диафрагму; последняя прогибается и тем снижает уменьшение объема, задаваемое источником, а следовательно, и давление по сравнению с тем, которое наблюдалось бы при жесткой диафрагме. В этом смысле такая диафрагма действует как дополнительный объем воздуха, поэтому ее сопротивление часто выражают в см³ воздуха при атмосферном давлении. Полные сопротивления диа­фрагм, управляемые не только гибкостью, но и активным сопротивлением и массой, также могут быть выражены в см³ стандартного воздуха; число см³ для этих диафрагм обратно пропорционально частоте в первой или второй степени, в то время как для диафрагмы, управляемой гибкостью, оно не зависит от частоты.

Акустические зонды. При многих акустических измерениях, чтобы по возможности устранить искажения звукового поля, необходимо приме­нение очень маленьких микрофонов. Такие микрофоны могут быть осуще­ствлены путем присоединения длинной тонкой трубы к микрофону боль­шого размера. Акустическое сопротивление такого зонда может быть под­считано .как сопротивление трубы, замкнутой на полное сопротивление микрофона и камеры связи. Типовое устройство акустического зонда [5] изображено в верхней части фиг. 428¹) (стр. 504). Труба с внутренним диа­метром 0,625 мм присоединена к конденсаторному микрофону, характе­ристики которого приводятся в § 4, п. В настоящей главы. Как видно из кривой калибровки (фиг. 91), явления резонанса заметны на ряде частот. Если бы внутренний диаметр трубы был больше, то резонанс был бы более резко выражен, так как в трубах малого диаметра при увеличе­нии длины имеется значительное затухание, которое может быть исполь­зовано для подавления резонанса; затухание может быть определено по приводимым ниже формулам. Рэлей [6, т. II] предложил следующую формулу для действительной части постоянной распространения в тру­бах, диаметр которых не очень мал:

где d--диаметр трубки в см\ X — длина звуковой волны в см; v —кинема­тический коэффициент вязкости в см²/сек (см. гл. 1); с —скорость звука