Известные звуковые линзы, в которых преобразование фронта звуковой волны из нлоской в сходящуюся илн расходящуюся, илн наоборот, из сходяндейся или расходящейся в плоскую, достигается за счет соответствующей формы ноBepxHOCTeii линзы, обладают существенными недостатками. Например, диаграмма направлеиности вогнутой илоско-гинерболической замедляюн1ей лиизы, нреобразуюи;ей плоскую звуковую волну в расходяи1уюся сферическую (или цилиндрическую), характеризуется предельным уптом, вне которого звуковое иоле отс тствует, и значительной неравномерностью внутри сектора, охватываемого предельным углом. Звуковое давле)1ие резко возрастает по мере удаления от оси .шнзы и приближения к предельному углу.
Диаграмма ианравленности (но давлению) линзы, преобразующей илоскую волну в расходящуюся цилиндрическую, определяется (без учета зависимости прозрачности от показателя преломления) выражением
(п-1) - (П -COS 9) ф М гМР{о)
п cos (О
где: р() -давление иа луче, образующем с оптической осью линзы угол р; р(о) - давление на оптической оси лиизы; п --- иоказатель иреломления материала лиизы.
Нетрудно видеть, что нредель 1ый угол 9«/; для такой линзы находится и: выражения
cos ср - п
и зависит только от иоказателя преломле и-1я ..ы. При п -::z 2 угол i,, не превосходит 60° и неравномерность диаграммы иаправлеиности в пределах угла ±50° составляет не менее 15 дб. Выполнение линзы с связано с уменьиюнием ее ирозрачгюсти и с конструктивными трудностями. Кроме указанных,нлоско-гиперболическая линза обладает еще и тем иедостатком, что, имея одну из новерх юстей выполненной в форме гине)болы, линза немннуемо обладает значительной осевой длино.
С целью исключения указан)н-,1Х недостатков и обеспечения возможности расии рения диаграммы направленности и новышения ее равномерности, предлагается вынолиить
звуковую линзу таким образом, чтобы показатель преломления ее материала в каждой точке зависел от координат этой точки.
На фиг. 1 и 2 схематически по5 сняется принцип действия нред гаraeMofi звуковой линзы; на фиг. 3 показапа известная линза, состоящая из наклонных к ее оси ребер; на фиг. 4 - форма выполпепия такой линзы, обеспечивающая получение различных значений показателя преломления в разных точках линзы.
Так как предлагаемая линза предназначается, главным образом, для расширения диаграмм направлеппостп громкоговорителей, то припцип ее действия описывается на примере замедляющей линзы, преобраззющей плоскую волн} в расходЯ1.цуюся цилиндрическую.
Пусть плоская звуковая волпа встречает на своем пути плоское тело А, показатель преломления п которого является функцией координаты у м не зависит от координат .V и г
П-П(у),
причем
п ----- 1 при у ----- О п(у) п(-у) п (Vi) п {у.) при 3i J2 0.
Нетрудно видеть, что такая линза будет преобразовывать плоскую волну в цилиндрическую расходящуюся.
Для получения анаберрационно го преобразования формы волны волповые фронты по выходе из линзы должны иметь вид круговых цилиндров. Как показывают расчеты, это условие оказывается выполнеппым в линзе, показатель преломления которой изменяется по закону, определяемому выражением
«(J/)::. / 1 +(ylf)
щс f - фокусное расстояние линзы, а .( - расстояние от оси линзы в горизонтальном направлении. Согласно расчетам, диаграмма направленности такой линзы без учета зависимости прозрачности от показателя пре.чомления ()преде,1яется выражением
ф( . ---,
(«
где р(9) -звуковое давление в точке В, ,чожепной па луче, исходящем из фокуса под углом 9, а р(о) -- звуковое давление в точке С, расположеппой па оси липзы. Можно показать, что для линзы, преобразующей плоскую волну не в цплиндрпческу о, а в сферическую расходяп1,уюся, пос.тедиее В1)1раженпе приии.мает вид
1
Ф (у) -. Р (о) (cos -f );-
Сравнение диаграмм паправлеипостп цилипдрической п.чоско-гиперболической линзы и ,липзы с переменным прелом.тением показывает, что в последней предельный угол отсутствзет, а неравномер)юсть диаграммы направлеппостп в преде.чах заданпого угла существеппо MCHbHie.
При пеоб.ходи мости юлучения олновых фронтов сложной формы, а также п в другпх случаях могут, конечно, пайти применение и комбинированные ,, в которых переменный показатель преломле шя сочетается с той или ипой формой поверх юстей липзы.
Измепегпге показателя преломле п-1я в линзе может быть осуществлено путем выполнения ее в соответствии с фиг. 4 из наклоненных к ее оси ребер. Отличие этой липзы от известной линзы, также состоящей из наклонных к ее оси ребер (фиг. 3), вызывающих удлииепие хода волпы и, как следствие, изменение эффективной скорости звука в материале линзы, состоит в том, что указаппые ребра наклоjfeHbi к ее оси под различными уг.чами. Этим обеспечивается возможность получения в разных точках линзы различных значений показателя преломления.
Осевая длина / линзы по фиг. 3 задается ее фокусным расстояпием и рабочим диапазоном частот и не может быть сделана малой. При тех же условиях осевая длина /i .чинзы с переменным значением показателя преломления, показанной на фиг. 4, не связана с фокусным расстояннем и может быть сделана Этнм обеснечиваетвесьма малой. J3 весе н габаритах ся выигрыш линзы.
П р е д м е т и з о б р е т е и и я
1. Звуковая линза для преобразования волнового фронта звуковой волны, отличающаяся тем, что, с целью расншрсния илп
сужения диаграммы направленности, она вынолнена таким образом, что 1юказатель преломления ее матерна; а в каждой точке линзы зависит от координат этой точки.
2. Липза по п. 4, состоящая из наклонных к ее оси ребер, отлич а ю щ а я с я тем. что для получения различных значени показателя преломления в разных точках л;инзы ребра наклонены к оси под различными }тлами.
.
Фиг. 2
