Глоссарий по физике

Направленность акустических излучателей и приёмников

Направленность акустических излучателей и приёмников - нек-рая пространственная избирательность излучателей и приёмников, т. е. способность излучать (принимать) звуковые волны в одних направлениях в большей степени, чем в других. В режиме излучения H. обусловливается интерференцией звуковых колебаний, приходящих в данную точку среды от отд. участков излучателя (в случае многоэлементной акустич. антенны - от отд. элементов антенны). В режиме приёма H. вызывается интерференцией давлений на поверхности приёмника, а в случае приёмной акустич. антенны - также и интерференцией развиваемых приёмными элементами электрич. напряжений при падении звука из нек-рой точки пространства. В нек-рых случаях, напр. у рефлекторных, рупорных и линзовых антенн, в создании H. кроме интерференции существ. роль играет и дифракция волн. Аналогичные физ. явления вызывают H. эл--магн. излучателей и приёмников (H. эл--магн. антенн), поэтому в теории направленности акустич. и эл--магн. антенн много сходных понятий, определений и теорем. В зависимости от матем. модели, к-рой можно описать данный излучатель (см. Излучение звука ),для расчёта его H. пользуются разл. теоретич. методами. В случае наиб. простой модели, представляющей собой дискретную (или непрерывную) совокупность малых по сравнению с длиной волны l излучающих элементов, поле излучателя определяется суммированием (или интегрированием) сферич. волн, создаваемых отд. элементами. Для плоских излучателей, заключённых в бесконечные плоские экраны, применяется принцип Гюйгенса. Поле сложных цилиндрич. или сферич. излучателей определяется с помощью метода собств. функций. Наиб. общие теоретич. методы основаны на использовании функций Грина.

H. излучателей и приёмников звука описывают чаще всего двумя параметрами: характеристикой направленности и коэф. концентрации (наз. также коэф. направленного действия). Характеристикой H. излучателя называется представленное в функции направления относит. значение звукового давления р, создаваемого им на фиксиров. расстоянии r в дальнем поле (т. е. при r >> 2d²/l, где d - наиб. размер излучающей поверхности). Направление задаётся единичным радиусом-вектором и (или углами f, q); значение звукового давления относят, как правило, к давлению в направлении макс. излучения u₀(j₀, q₀)- T. о., характеристика H. излучателя выражается как

Характеристикой H. приёмника наз. его относит. чувствительность g (см. Приёмники звука), выраженную в функции направления прихода звуковой волны. Чувствительность относят обычно к её значению в направлении макс. приёма, так что характеристика H. по приёму имеет вид

Для обратимых преобразователей (антенн) характеристики H. при работе в режиме излучения и в режиме приёма совпадают:

Наиб. практич. интерес представляет модуль характеристики H. |D(u)| = R(u), наз. также амплитудной характеристикой H.

Характеристику H. в сечении нек-рой плоскостью, проходящей через направление макс. излучения (диаграмму H.), представляют в полярной (рис., а)или в декартовой (рис., б)системах координат.

Типичный вид характеристики направленности: a - в полярной системе координат (OA - направление главного максимума, a_0,707 - угловая ширина главного максимума на уровне 0,707, a₀ - угловая ширина главного максимума по первым нулям характеристики направленности); б - в декартовой системе координат.

В этом случае аргументом характеристики H. обычно является угол, отсчитываемый от направления макс. излучения, и характеристика H. представляется в виде функции R(a). Различают след. осн. области и параметры характеристики H.: главный (основной) и добавочный максимумы (лепестки диаграммы H.); ширина гл. максимума по уровню 0,7; ширина по направлениям нулевого излучения; величина добавочных максимумов (по отношению к главному).

Коэф. концентрации К - мера концентрации излучаемой мощности в нек-ром направлении пространства (обычно в направлении u₀). Определяется он отношением интенсивности звука, создаваемой рассматриваемым излучателем в направлении u₀ на расстоянии r > 2d²/l, к интенсивности, создаваемой в той же точке гипотетич. ненаправленным излучателем с такой же излучаемой мощностью. Ф-лы для расчёта коэф. концентрации имеют вид

где W - полный телесный угол, rс - волновое сопротивление среды, W - мощность излучателя.

В режиме приёма коэф. К характеризует помехоустойчивость приёмника в поле изотропных помех, источники к-рых независимы; он равен отношению мощностей помех на выходе ненаправленного и рассматриваемого направленного приёмников в указанном поле при условии равенства их чувствительностей.

В первом приближении чем больше волновые размеры излучателя (отношение геом. размеров к длине волны), тем меньше ширина его характеристики H. и тем больше К. При размерах активной поверхности, больших l, для плоского поршня K= 4pS/l (где S- площадь поршня), а для антенны в виде отрезка прямой К = 2l/l (l - длина отрезка).

В табл. приведены функции, описывающие характеристики H. нек-рых простейших непрерывных излучателей и дискретной эквидистантной решётки, состоящей из ненаправленных излучателей (монополей). Символами a_0,7 и a₀ обозначены углы, равные ширине характеристики H. на уровне 0,7 и на нулевом уровне соответственно, а также приведены приближённые ф-лы, определяющие эти величины; s₁ - уровень первого добавочного максимума характеристики H.; z - обобщённый параметр, равный (pd/l)sina. Угол a отсчитывается от перпендикуляра к плоскости излучателя, символами J₀(z)и J₁(z)обозначены функции Бесселя первого рода, нулевого и первого порядков. Как правило, характеристики H. непрерывных антенн, излучающих одной стороной, т. е. имеющих тыльный акустич. экран, обладают одним максимумом, равным единице,- главным. Особенностью характеристик H. эквидистантной линейной решётки, состоящей из монополей, является наличие (при периоде решётки d, большем l) неск. максимумов, равных единице. H. рефлекторных и линзовых антенн в первом приближении совпадает с H. плоской антенны, размеры к-рой равны размерам поперечного пучка в раскрыве рефлектора или линзы.

ПАРАМЕТРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ НАПРАВЛЕННОСТЬ ПРОСТЕЙШИХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ ЗВУКА

Во мн. случаях анализ H. сложных излучателей и приёмников существенно упрощается при использовании теорем о H.: умножения, смещения и сложения. Так, в соответствии с теоремой умножения характеристика H. антенны, состоящей из одинаковых, ориентированных в пространстве элементов, равна произведению характеристик H. одного элемента и гипотетич. антенны, состоящей из монополей, расположенных в центрах реальных элементов.

H. излучателей зависит от амплитудно-фазового распределения колебат. скорости их активной поверхности. Так, напр., уменьшение амплитуды колебат. скорости от центра к краям плоского излучателя приводит к расширению осн. максимума характеристики H. и уменьшению добавочных, а увеличение амплитуды от центра к краям - к уменьшению ширины осн. максимума и увеличению добавочных. Коэф. концентрации при введении неравномерного амплитудного распределения несколько уменьшается. Среди разл. фазовых распределений следует отметить распределение, обеспечивающее синфазное сложение давлений от отд. участков излучателя в нек-ром направлении пространства u₀, т. е. "компенсацию" антенны в этом направлении. В случае плоской или линейной антенны в виде отрезка прямой распределение, обеспечивающее т. н. компенсацию, является линейным. Введение фазовой задержки сигнала возбуждения элемента линейной антенны с координатой x на величину (2p/l)xsina₁ приводит к повороту гл. максимума характеристики H. на угол a. Меняя величину задержки, можно обеспечить сканирование характеристики H. внутри нек-рого угла в пространстве.

Существуют методы решения обратных задач теории антенн (синтеза антенн), позволяющие определить амплитудно-фазовое распределение, обеспечивающее формирование характеристики H., приближающейся в какой-то мере к заданной, или достижение экстремального значения к--л. параметра (напр., максимума коэф. концентрации). В нек-рых случаях решение обратной задачи приводит к острым характеристикам H. и высоким значениям коэф. концентрации при относительно малых волновых размерах антенны; получаемые таким путём т. н. сверхнаправленные антенны обладают по-выш. чувствительностью к случайным ошибкам амплитудно-фазового распределения, а потому практически не реализуемы. Примером умеренно сверхнаправленных антенн, реализуемых практически, являются диполь, а также т. н. кардиоидный приёмник, H. к-рого имеет вид 0,5(1 + cosa).

В твёрдой среде кроме продольных (существующих в газах и жидкостях) возникают и поперечные волны. При этом различают характеристики H. по продольным и поперечным волнам.

H. акустич. излучателей и приёмников играет значит. роль в гидролокации, УЗ-дефектоскопии, медицинской ультразвуковой диагностике.

Литература по направленности акустических излучателей и приёмников

1. Минкович Б. M., Яковлев В. П., Теория синтеза антенн, M., 1969;
2. Римский-Корсаков А. В., Электроакустика, M., 1973;
3. Скучик E., Основы акустики, пер. с англ., т. 1-2, M., 1976;
4. Справочник по радиолокации, пер. с англ., т. 2 - Радиолокационные антенные устройства, M., 1977;
5. Иофе В. К., Корольков В. Г., Сапожков M. А., Справочник по акустике, M., 1979;
6. Смарышев M. Д., Добровольский Ю. Ю., Гидроакустические антенны, JI., 1984.

M. Д. Смарышев

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА Рыцари теории эфира

10.11.2021 - 12:37: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:36: СОВЕСТЬ - Conscience -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от д.м.н. Александра Алексеевича Редько - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:35: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вадима Глогера, США - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:18: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> Волновая генетика Петра Гаряева, 5G-контроль и управление - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:18: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ЭКОЛОГИЯ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:16: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМЫ МЕДИЦИНЫ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:15: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Екатерины Коваленко - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:13: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вильгельма Варкентина - Карим_Хайдаров.