Сокол Г.И., Омелюшко О.С.

Днипровский национальный университет имени Олеся Гончара

Виды инфразвуковых генераторов

Введение.

Задача использования инфразвуковых колебаний (упругих колебаний, происходящих с частотой, меньше нижнего предела слышимости человеческим ухом), для целей связи представляет совершенно определённый практический интерес. Дальности, достижимые при передаче сигналов с помощью инфразвуков, превышают те дальности, которые возможно достичь при использовании прочего диапазона звуков. Это происходит вследствие малости коэффициента поглощения звука для очень низких частот. Вследствие этого актуальна задача о проектировании генераторов инфразвуковых волн [1].

С целью генерирования инфразвуковых полей с различной формой фронта волны разработан ряд генерирующих устройств [2] .

Основная часть.

Инфразвуковой сферический излучатель может быть реализован в виде пульсирующего шара, сирены, поршневого или мембранного излучателя, размеры которого заведомо меньше длины волны излучаемого инфразвука [2].

Генератор инфразвука, позволяющий создать акустическое поле с цилиндрическим фронтом волны, содержит гофрированную оболочку цилиндрической формы, коллекторную трубку, газовый распределитель, донышки с кольцевыми гофрами, стяжки [2].

Генерирующее устройство работает следующим образом. Газ через газовый распределитель по коллекторной трубке поступает во внутреннюю полость цилиндрической гофрированной оболочки. Работа газового распределителя в заданном режиме обеспечивает поступление газа порциями с инфразвуковой частотой. Под действием избыточного давления цилиндрическая оболочка распрямляется. При этом донышки так же увеличиваются по площади за счёт распрямления вделанных в них кольцевых гофр. Происходит воздействие оболочки на окружающую среду.

По сравнению с излучателями инфразвуковых волн, выполненных в виде сферической гофрированной оболочки, излучатель в виде пульсирующего цилиндра позволяет обеспечить значительно меньшее падение уровня звукового давления в дальнем поле.

Наибольшее практическое значение может иметь генератор инфразвука, содержащий цилиндрический корпус, внутри которого штоком от привода приводится в движение мембрана, выполненная в идее резинового кольца и центрального жесткого диска. Для согласования импедансов с окружающей средой генератор снабжен рупором с жесткими стенками. Ввиду того, что волновые размеры рупора меньше длины волны излучаемого инфразвука, в рупоре реализуется стоячая волна и наблюдается явления резонанса.

На рисунке 1 показана характеристика звукового давления в горле рупора. На рисунке видны ярко выраженные пики звукового давления на отдельных частотах [2].

Рис. 1. График изменения звукового давления.

На графике обозначены: по оси абсцисс – длина рупора, выраженная в числе длин волн n, по оси ординат – величина звукового давления p в горле рупора, выраженная в паскалях.

Размеры устья рупора и длина волны генерируемого инфразвука таковы, что в окружающей среде реализуется акустическая волна со сферическим фронтом. На рисунке 2 показан внешний вид рупора катеноидальной формы.

Рис. 2 – Внешний вид рупора катеноидальной формы [4]

В виду наличия расходимости волнового фронта инфразвука необходимо разграничивать понятия активной и реактивной составляющей акустической мощности излучателя.

Активная составляющая акустической мощности сферического излучателя находиться из формулы [3]

,

где R_сф – радиус оболочки, S_сф – площадь сферической поверхности.

Для случая генератора с рупором радиусом излучателя является радиус рупора.

Обсуждение результатов.

Рассмотренные генераторы инфразвуковых волн имеют вид сферической или цилиндрической гофрированной оболочки. Но активная составляющая их акустической мощности невелика вследствие того, что размеры излучателей значительно меньше длины волны излучаемого инфразвука. Поэтому спроектирован излучатель мембранного типа с рупором катеноидальной формы.

Экспериментальные исследования волнового процесса внутри рупора показали, что в рупоре наблюдается явление отражения волны от устья обратно в полость рупора. При этом наблюдаются усиление звука на отдельных частотах. Их можно назвать резонансными явлениями.

Выводы.

1. Рассмотрены конструкции инфразвуковых генерирующих устройств

2. Приведена характеристика звукового давления в горле рупора инфразвукового мембранного излучателя. На характеристике видны ярко выраженные резонансные пики звукового давления на отдельных частотах. Наличие их определяется отражением прямой волны обратно в полость рупора и образование стоячей волны.

Список использованной литературы.

[1] Пат. 43555 Украина, МПК: B06 b 1/18, Заявка 135464, опубликовано 29.09.1933 Мясников Л. Л. 30.06.1935 Генераторы инфразвуков -[Електронный ресурс]. – Режим доступу: http://patents.su/3-43555-generator-infrazvukov.html

[2] Сокол Г. И. Двигательные установки летательных аппаратов как генераторы инфразвуковых волн: Дис… канд. техн. Наук: 01.04.06, 05.07.05. [Текст] / Галина Ивановна Сокол.– Д., 1986. – 167с.

[3] Сапожков М. А. Электроакустика [Текст]. – М.: Связь, 1978. – 272 с.

[4] Сокол Г. И. Особенности распространения в рупорах мощных звуковых сигналов [Текст] / Г. И. Сокол // Акустический вестник. – 2003. – Вип. 6, № 1. – С. 67-73.