Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
ЛИНЗА АКУСТИЧЕСКАЯ

ЛИНЗА АКУСТИЧЕСКАЯ

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 R _Кр - 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.

Лит.: Каневский И. Н., Фокусировка звуковых и ультразвуковых волн. М., 1977. И. Н. Каневский.