Особенности звукового поля осциллирующей сферы

Наличие в звуковом поле осциллирующей сферы (диполя) тангенциальной компоненты скорости частиц, сдвинутой по фазе по отношению к радиальной — см. формулы (4,18) и (4,19) — приводит к тому, что частицы движутся не по прямолинейным, а по эллиптическим траекториям. Только в направлении оси и в экваториальном направлении траектории всегда прямолинейны и параллельны оси диполя; при промежуточных значениях траектории являются эллипсами. На рис. 18 показана форма траекторий частиц при различных углах с осью диполя и различных значениях Масштаб амплитуд (для каждого значения выбран так, чтобы при при всех взятых значениях получались одинаковые значения амплитуды скорости; таким образом, убывание амплитуды с ростом на чертеже не учтено. При траектории становятся прямолинейными при любых углах однако в первом случае направление колебаний не совпадает с направлением радиуса (за исключением угла ), а во втором — совпадает при любых При значениях порядка единицы траектории при углах лежащих между 20° и 70°, приобретают отчетливую эллиптическую форму и могут

превращаться в окружности. Из формул (4,18) и (4,19) следует, что отношение амплитуд радиальной и тангенциальной скоростей равно:

а тангенс угла сдвига фазы между ними

Эти обстоятельства имеют значение для техники акустических измерений.

Рис. 18

Если измерение проводится в ближнем поле, то использование приемника, реагирующего на скорость частиц (например, диска Рэлея или ленточного микрофона), не может дать верных результатов, так как вектор скорости частиц не сохраняет постоянного направления, и за период его конец описывает некоторый эллипс. Измерения при или возможно проводить, но интенсивность по измеренной скорости следует рассчитывать по точной формуле (4,20). Если измерение ведется при то по формуле (4,19), положив в ней можно вычислить а затем по формуле (4,17) найти интенсивность звука в любом направлении.

Разобранный случай звукового поля колеблющегося шара может служить известной аппроксимацией для рассмотрения

акустических свойств различных излучателей аналогичного типа, например, колеблющихся в свободном пространстве пластин, стержней или тел другой формы. Для таких систем характерно, что скорости по нормали на одной стороне тела противоположны скоростям на другой. Это приводит к коротким замыканиям линий тока и сильно снижает эффективность излучателя, когда размеры тела малы по сравнению с длиной волны. Таким образом, при низких частотах все излучатели осиилляционного типа весьма мало эффективны. Для увеличения отдачи громкоговорители диффузорного типа снабжаются экраном большого размера, что уменьшает замыкание линий тока; экран как бы эквивалентен увеличению параметра

Характеристика направленности излучателей осциллирующего типа всегда имеет форму восьмерки.