Линза акустическая - устройство, осуществляющее фокусировку звука посредством изменения
длины пути, проходимого в нём акустич. волной, и преломления звука на его граничных
поверхностях. Подобно оптич. линзам Л. а. ограничены двумя рабочими поверхностями
и выполняются из материала, скорость звука в к-ром с2 отлична
от скорости звука в окружающей среде c1. Они могут быть изготовлены
из твёрдых веществ, жидкостей или газов; в последних двух случаях жидкость или
газ заключают в оболочку, к-рая должна быть достаточно тонкой, чтобы обеспечить
макс. прохождение энергии и незначит. дополнит. отклонение лучей при преломлении.
Л. а. бывают плоско-выпуклыми, плоско-вогнутыми, двояковыпуклыми, двояковогнутыми
и выпукло-вогнутыми. Л. а., образующие сходящиеся волновые фронты, наз. собирающими,
или фокусирующими, а расходящиеся - рассеивающими.
В зависимости от значения показателя преломления для звуковых волн п=с1/с2
Л. а. наз. замедляющими при 
и ускоряющими при 
.
При выборе материала для Л. а. стремятся к тому, чтобы его волновое сопротивление минимально отличалось от волнового сопротивления окружающей среды, а также
- чтобы коэф. поглощения звука 
в
материале линзы на рабочей частоте был мал.
Рис. 1. Собирающие акустические
линзы: а - замедляющая; б - ускоряющая; 
-
сходящийся волновой фронт; f - фокусное расстояние; 
- угол раскрытия фронта; 
-
текущий угол; F - фокус.
Плоско-эллиптическая ускоряющая
(рис. 1, б)и плоско-гиперболическая замедляющая (рис. 1, а) Л.
а. применяются для концентрации энергии плоской волны, распространяющейся в
направлении акустич. оси. Для получения звуковых изображений, напр. в систе-
мах звуковидения с целью
уменьшения аберрации, применяют Л. а. со сферич. преломляющей поверхностью.
Ускоряющие Л. а. дают меньшие сферич. аберрации, чем замедляющие. Плоско-гиперболическая
ускоряющая и плоско-эллиптическая замедляющая Л. а. являются рассеивающими.
Такие Л. а. употребляются для создания равномерных УЗ-полей в большей части
пространства при использовании излучателей малых размеров.
Осн. параметр Л. а--фокусное
расстояние f. Для плоско-сферич. Л. а. в случае параксиального пучка
лучей 
где RКр
- радиус кривизны преломляющей поверхности. Для собирающей Л. а. коэф. усиления
звукового давления К существенно зависит от коэф. поглощения
УЗ-волн в материале Л. а., напр. для Л. а. со сферич. преломляющей поверхностью
где l - толщина
Л. а., 
- коэф.
усиления той же Л. а. в отсутствие потерь.
Рис. 2. Неоднородная линза
Люнеберга.
Фокусирующие Л. а. могут
создаваться путём плавного непрерывного изменения п материала - т. н.
неоднородные Л. а. К ним относятся сферич. или цилиндрич. линзы Люнеберга (рис.
2) радиуса а, для к-рой n(r)=
(r-расстояние от центра или оси). Осн. свойство такой Л. а. состоит в
том, что плоская волна, падающая на неё по любому направлению, собирается в
фокусе на её поверхности.
Коэф. прохождения звуковой
волны через обычную Л. а. с плавным изменением профиля (рис. 1) зависит от её
толщины l, достигая максимума при l=
(п=0, 1, 2, ...) и минимума при l=(2п- 1) 
где 
-
длина УЗ-волны в материале линзы. Чтобы обеспечить максимум прохождения звуковой
волны, делают т. н. зональные Л. а. ступенчатой формы с толщиной ступеней, равной
(рис.
3). Существуют волноводные Л. а., представляющие собой набор каналов, различающихся
по акустич. длине пути на
В фокусе такой Л. а. происходит синфазное сложение волн, прошедших через каналы.
Л. а. с переменным фокусным расстоянием представляют собой оболочку из податливого
материала, напр. резины, заполненную жидкостью, с 
Изменяя статич. давление жидкости внутри оболочки, можно менять её радиусы кривизны
и тем самым - фокусное расстояние.
И. Н. Каневский
|
|
 |
