Диаграмма направленности

Диаграмма направленности – это зависимость амплитуды акустического поля в дальней зоне от угла между акустической осью и направлением конкретного луча. Акустическая ось – прямая, проведенная через акустический центр в направлении максимума диаграммы направленности. За единицу масштаба принимается амплитуда давления на акустической оси.

; (2.17)

; (2.18)

, (2.19)

где S_A – площадь преобразователя;

l – длина волны;

r – расстояние;

Ф – функция, характеризующая направленность поля излучения;

q – угол расхождения;

J₁ – функция Бесселя первого порядка;

а – радиус преобразователя;

k – волновое число;

n – коэффициент, для круглого преобразователя n = 0,61.

Границей поля условно считается геометрическое место точек, где амплитуда падает в 10 раз по сравнению с ее значением на оси, т. е. на 20 дБ. Ширина диаграммы направленности в дальней зоне поля на практике характеризуется уменьшением амплитуды в 2 раза, т. е. на 6 дБ.

Модуль функции Бесселя первого порядка, определяющий вид функции направленности поля излучения, имеет вид, приведенный на рис. 6.6. Для круглого преобразователя 85 % излучения находится в пределах основного лепестка диаграммы направленности. Характерный вид диаграммы направленности приведен на рис. 2.5. Обычно данная характеристика приводится в паспорте преобразователя.

Акустическое поле на оси круглого преобразователя может быть описано формулой

. (2.20)

Рис. 2.5. Диаграмма направленности круглого преобразователя

Рис. 2.6. Структура акустического поля дискообразного преобразователя: х/х_Б – расстояние, измеренное в единицах ближней зоны, r_В/а – расстояние от акустической оси до отражателя в единицах а, I – интенсивность поля

Акустическое поле дискообразного преобразователя показано на рис. 2.6. Видно, что структура поля в дальней зоне (х/х_Б > 1) проще, чем в ближней зоне (рис. 2.7).