Большая Советская Энциклопедия (ЭЛ) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ" - Страница 26

  Основная задача Э. — установление соотношений между сигналами на входе и выходе преобразователя и отыскание условий, при которых преобразование осуществляется наиболее эффективно или с минимальными искажениями.

  Э. как самостоятельный раздел прикладной акустики сложилась в 1-й половине 20 в., когда применение электроакустических преобразователей приобрело массовый характер и стало постепенно проникать во всё новые области науки и техники. Первые работы по расчётам электроакустических преобразователей относятся к концу 19 и началу 20 вв. и связаны с развитием телефонии, исследованиями колебаний пьезоэлектрических и магнитострикционных резонаторов. Существенным прогрессом в технике электроакустических преобразователей явилось создание метода электроакустических аналогий и эквивалентных схем (см. Электроакустические и электромеханические аналогии ). Важным шагом вперёд в теории расчёта электроакустических преобразователей явилось затем использование метода электромеханических многополюсников и метода эквивалентных схем для систем с т. н. распределёнными постоянными, для которых амплитуда колебаний существенно зависит от их координат аналогично электрическим длинным линиям и волноводам.

  Существенную роль в развитии Э. сыграли работы американских учёных Ф. Морса и Л. Фолди (общая теория электромеханических преобразователей с распределёнными связями), Г. Олсона (теория электромеханических аналогий и эквивалентных схем), У. Мэзона (расчёт пьезоэлектрических преобразователей и фильтров) и советских учёных Н. Н. Андреева и Л. Я. Гутина (заложивших основы современных методов расчёта пьезоэлектрических и магнитострикционных преобразователей), В. В. Фурдуева (установившего различные виды соотношений на основе теоремы взаимности в электромеханических системах), А. А. Харкевича (разработавшего и систематизировавшего общую теорию электроакустических преобразователей) и др.

  Лит.: Гутин Л. Я., Магнитострикционные излучатели и приемники, «Журнал технической физики», 1945, т. 15, в. 12; его же, Пьезоэлектрические излучатели и приемники, там же, 1946, т. 16, в. 1; Фурдуев В. В., Электроакустика, М. — Л., 1948; Харкевич А. А., Теория преобразователей, М. — Л., 1948; Физическая акустика, под ред. У. Мэзона, пер. с англ., М., 1966; Скучик Е., Основы акустики, пер. с англ., т. 1—2. М., 1976.

  Р. Е. Пасынков.

Электроакустические и электромеханические аналогии

Электроакусти'ческие и электромехани'ческие анало'гии, аналогии в законах движения (колебаний) механических колебательных систем и электрических контуров. Главное достоинство Э. и э. а. — возможность применения методов расчёта и анализа электрических колебательных систем при рассмотрении свойств механических и акустических систем (рис.), основанная на сходстве дифференциальных уравнений, описывающих состояние этих систем. На основании сопоставления сходных уравнений составляется таблица соответствия электрических, механических и акустических аналогов, причём в зависимости от того, выбрано ли уравнение последовательного или параллельного электрического контура для сопоставления, различают 1-ю (прямую) и 2-ю (инверсионную) системы аналогий (см. табл.).

Электрические величины Механические величины Акустические величины 1-я система 2-я система 1-я система Напряжение (эдс) U Сила F Скорость v Звуковое давление p Ток i Скорость v Сила F Объёмная скорость S v Индуктивность L Масса m Податливость (гибкость) См Акустическая масса ma = rl/S Ёмкость C Податливость (гибкость) См Масса m Акустическая податливость Ca = V/rc2   Активное сопротивление R Сопротивление механических потерь rм Активная механическая приводимость 1/rм Сопротивление акустических потерь ra

  Примечание. S — площадь, r   — плотность среды, c — скорость звука в среде, V — объём.

  При рассмотрении акустических систем наибольшее распространение получила 1-я система аналогий.

  Э. и э. а. особенно полезны при определении свойств сложных механических систем с несколькими степенями свободы, аналитическое исследование которых решением дифференциальных уравнений весьма трудоёмко. Такие системы представляют в виде совокупности электрических контуров и полученную электрическую схему (эквивалентную схему) анализируют приёмами электротехники. Метод Э. и э. а. применяется для расчёта электромеханических и электроакустических преобразователей .

  Лит.: Фурдуев В. В., Электроакустика, М. — Л., 1948; Ольсон Г., Динамические аналогии, пер. с англ., М., 1947; Матаушек И., Ультразвуковая техника, пер. с нем., М., 1962.

Примеры электрических и механических аналогов: а — последовательный и параллельный одиночные электрические контуры; б — механическая система с одной степенью свободы; в — акустический резонатор.

Электроакустические преобразователи

Электроакусти'ческие преобразова'тели, устройства, преобразующие электрическую энергию в акустическую (энергию упругих колебаний среды) и обратно. В зависимости от направления преобразования различают Э. п.: излучатели и приёмники. Э. п. широко используют для излучения и приёма звука в технике связи и звуковоспроизведения, для измерения и приёма упругих колебаний в ультразвуковой технике, гидролокации и в акустоэлектронике. Наиболее распространённые Э. п. линейны, т. е. удовлетворяют требованию неискажённой передачи сигнала, и обратимы, т. е. могут работать и как излучатель, и как приёмник, и подчиняются принципу взаимности. В большинстве Э. п. имеет место двойное преобразование энергии (рис. ): электромеханическое, в результате которого часть подводимой к преобразователю электрической энергии переходит в энергию колебаний некоторой механической системы, и механоакустическое, при котором за счёт колебаний механической системы в среде создаётся звуковое поле.

  Существуют Э. п., не имеющие механической колебательной системы и создающие колебания непосредственно в среде, например электроискровой излучатель, возбуждающий интенсивные звуковые колебания в результате электрического разряда в жидкости, излучатель, действие которого основано на электрострикции жидкостей. Эти излучатели необратимы и применяются редко. К особому классу Э. п. относятся приёмники звука (также необратимые), основанные на изменении электрического сопротивления чувствительного элемента под влиянием звукового давления, например угольный микрофон или полупроводниковые приёмники, в которых используется т. н. тензорезистивный эффект — зависимость сопротивления полупроводников от механических напряжений. Когда Э. п. служит излучателем, на его входе задаются электрическое напряжение U и ток i, определяющие его колебательную скорость v и звуковое давление р в его поле; на входе Э. п. — приёмника действует давление р или колебательная скорость v, обусловливающие напряжение V и ток I на его выходе (на электрической стороне). Теоретический расчёт Э. п. предусматривает установление связи между его входными и выходными параметрами.

  Колебательными механическими системами Э. п. могут быть стержни , пластинки , оболочки различной формы (полые цилиндры, сферы, совершающие различного вида колебания), механические системы более сложной конфигурации. Колебательные скорости и деформации, возникающие в системе под воздействием сил, распределённых по её объёму, могут, в свою очередь, иметь достаточно сложное распределение. В ряде случаев, однако, в механической системе можно указать элементы, колебания которых с достаточным приближением характеризуются только кинетической, потенциальной энергиями и энергией механических потерь. Эти элементы имеют характер соответственно массы М, упругости 1/С и активного механического сопротивления r (т. н. системы с сосредоточенными параметрами). Часто реальную систему удаётся искусственно свести к эквивалентной ей (в смысле баланса энергий) системе с сосредоточенными параметрами, определив т. н. эквивалентные массу Мэкв, упругость 1/Сэкв и сопротивление трению rm. Расчёт механических систем с сосредоточенными параметрами может быть произведён методом электромеханических аналогий (см. Электроакустические и электромеханические аналогии ). В большинстве случаев при электромеханическом преобразовании преобладает преобразование в механическую энергию энергии либо электрического, либо магнитного поля (и обратно), соответственно чему обратимые Э. п. могут быть разбиты на следующие группы: электродинамические преобразователи, действие которых основано на электродинамическом эффекте (излучатели) и электромагнитной индукции (приёмники), например громкоговорители , микрофон; электростатические, действие которых основано на изменении силы притяжения обкладок при изменении напряжения и на изменении заряда или напряжения при относительном перемещении обкладок конденсатора (громкоговорители, микрофоны); пьезоэлектрические преобразователи, основанные па прямом и обратном пьезоэффекте (см. Пьезоэлектричество ); электромагнитные преобразователи, основанные на колебаниях ферромагнитного якоря в переменном магнитном поле и изменении магнитного потока при движении якоря; магнитострикционные преобразователи , использующие прямой и обратный эффект магнитострикции .