Звуковая линза

Звуковая линза

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

№ 9с)435

Кля; с 4>а 1,, Й,:, 6,,т

CCCP

7 с :";(г . 1. гг1;, иоф 7 NAT..E

ОПИСАНИЕ ИЗОБ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Б. Г. Белкин

ЗВУКОВАЯ ЛИНЗА

Заявлено 28 и:оии !982 г за № !603/448792 в Министерство иинегиатографии ССС,Р

Оиубаииоваво в «!)кавос тсисе изобретений» № 12 за !984 г. с оз с

< llP

I 1 i

Ф () р () (а — 1) - (и — cos р) -

p(o) п соз» вЂ” 1

Известные звуковые линзы, в которых преобразование фронта звуКОВОЙ ВОЛПЫ ИЗ П.IОСКОЙ В СХОДЯЩУ1ося или расходящуюся, или наоборот, из сходящейся или расходящейся в плоскую, достигается за счет соответству1ощей формы поверхностей линзы, облядасот существенными недостатками, Например, диаграмма направленности вогнутой плоско-гиперболической замедляющей линзы, преобразую1ЦЕ11 ПЛОСЮ 10 ЗВУКОВУ10 BOJIII)" "В расходящуюся сферическую (или цилиндрическую), характеризуется предельным i I;10il Bllc которОГО звуковос поле отсутствует, и значительной неравномерностью внутри сектора, охватываемого предельным углом. Звуковое давление резко возрастает по мере удаления от оси линзы и приближения к прсдельпому углу.

Диаграмма направленности (по давлению) линзы, преобразующей плоскую волну в расходящуюся цилиндрическую, определяется (без учета зависимости прозрачности от показателя преломления) выра>кением где: р(;) — давление на луче, образующем с оптической осью линзы угол < ; p(0) — давление на оптической оси линзы; и --- показатель преломления материала линзы.

Нетрудно видеть, что предельный угол n„для такой линзы HIIходится из выра>кения и зависит только от пс1казателя преломления линзы. При n:: 2 угсгл пе превосходит 60" и перавномерпосп диаграммы направленности в пределах угла 50"- состя»ляет пе менее 15 дб. Вс.псолненпе линзы с 11)2 связано с умеш.шепнем ее прозрачности и с конструктивными трудностями. Кроме указанных, плоско-гиперболическая лшза обладает еще и тс м недостатком, что, имея одну из поверхностей выполнешюй в форме гиперболы, линза неминуемо облядяс т значительной осевой длиной.

С целью исключения укязанн1.1х недостатков и обеспечения возмо>кности расширения диаграммы направленности и повышения ее равномерности, предлагается выполни1ь № 99435 звуковую линзу таким образом, чтобы показатель преломления ее материала в каждой точке зависел от координат этой точки.

На фиг. и 2 схематически поясняется принцип действия предлагаемой з!зуковой линзы; на фиг. 3 показана известная линза, состоящая нз наклонных к ее оси ребер; па фиг. 4 — - форма выполнения такой линзы, обеспечивающая получение различных значений показателя преломления в разных точках линзы.

Так кс!к пред!!с!Гаемс!51 !инза предназначается, главным образом, для расширения диаграмм направленности громкоговорителей, то принцип ее действия описывается на примере замедляющей линзы, ! реобразующей плоскую волну в расходл!цу!ося цилиндрическую.

Пусть плоская звуковая волна встречает на своем пути плоское тело А, показатель преломления п которого является функцией координаты g и не зависит от коордипатл. и z и- -n(yj, причем и -1 при у — -О и(!) = п(— -у) и(p ) > ft(g>) lIpH у!) Ъ!, >О.

Нетрудно видеть, что такая линза будет преобразовывать плоскую волну в цилипдрическу!о расходящуюся.

Для получения анаберрационно го преобразования формы волны волновые фронты по выходе из линзы дол>кпы иметь вид круговых цилиндров. Как показывают расчеты, это условие оказывается выполненным в линзе, показатель преломления которой изменяется по закону, определяемому выражением и(З)-- ) +(Vif), где f — фокусное расстояние линзы, а — расстояние от оси линзы в горизонтальном направлении. Согласно расчетам, диаграмма направленности такой линзы без учета зависимости прозрачности от показателя преломления определяется выражением („) где p(

С, расноло>кеппой па оси лп!зы.

Можно показать, что для линзы, преобразующей плоскую волну не в цилиндрическу!о, а в сферическую рс!сходяп!у!Ос!!, Послед!и е вь!ражение г!рниикп!!!ет Вид

+0) == - — — ==

r> (: ) р (о)

Сравнение диаграмм направленности цилиндрической плоско-гиперболической линзы и линзы с переменпым преломлением гюказывает, что в последней предельный угол отсутствует, а неравномерность диаграммы направленности в предеlBx заданного угла сун!ествен!ю меньше.

При необходимости !!олучения волновых фронтов сложной формы, и также и в дру!их случаях могут, конечно, найти применение и комбинированные линзы, в которых переменный показатель преломления сочетается с mii или иной формой поверхностей линзы.

Изменение показателя преломления в линзе может быть осуществлено путем выполнения ее в соответствии с фиг. 4 из наклонен!!ых к ее оси ребер. Отличие этой линзы от известной линзы, также со- стоящей из наклонных к ее оси ребер (фиг. 3), вызывающих удлинение хода волны и, как следствие, изменение эффективной скорости звука в материале линзы, состоит в том, что указанные ребра наклонены к ее оси под различными углами. Этим обеспечивается возможность получения в разных точках линзы различных значений показателя преломления.

Осевая длина l линзы по фиг. 3 задается ее фокусным расстоянием и рабочим диапазоном частот и не может быть сделана малой. При тех же условиях осевая длина l! линзы с переменным значением поX 99435

Фиг. 1

Фиг. 2

Ф !!"

Фнг. 3 казателя про!!Ом."!еп!!я, показанпо!! на фиг. 4, пс связача с фокусным расстоянием и может быть сделана весьма малой. Зтим обеспечивал— ся выигрыш и весе и габарита: линзы.

П р е д ! с изобретения

1. Звуковая линза для преобразования волнового фронта звуковой волны, отличающаяся тем, что, с. целью расширения пли сужегн!я диаграммы направленности, опа выполнена таким образом, что показатель преломления ее материала в каждой точке линзы зависит от координат этой точки.

2. Линза по и. 1, состоящая пз наклонных и се оси ребер, отлич а !о щ а я с я тем, что для получения разли нных значений показателя преломления в разных точках .)инзь! ребра наклонены K ocH различными углами.