Получение акустических колебаний

2.4. Получение акустических колебаний.

Звуковые волны - механические колебания в упругой среде. Для возбуждения колебаний используют разнообразные методы и средства.

В механических методах возбуждения колебаний используется прямое преобразование механической энергии в колебания осуществляют с помощью кривошипно-шатунных механизмов (см. рис. 2.4 а), кулачковых (рис. 2.4 b) и инерционных (рис. 2.4 c) устройств. В инерционных устройствах колебания возбуждаются центробежной силой, возникающей при вращении неуравновешенной массы. Во всех побудителях колебаний вибрирует излучатель  (обычно пластина или мембрана), погруженный в обрабатываемую среду. Механические генераторы колебаний обладают большой инерционностью, поэтому используются для возбуждения низкочастотных колебаний не выше 100 Гц и амплитудой от 0.1 до 100 мм.

Рис. 2.4. Механические генераторы колебаний.

В электромагнитных генераторах колебания возбуждаются электромагнитами, обмотки которых питаются переменным током соответствующей частоты. Используются электромагниты различных конструкций: стержневые (рис. 2.5а), кольцевые (рис. 2.5б), соленоидные (рис. 2.5в). Электромагнитные излучатели используются для возбуждения колебаний частотой от 5 до 500 Гц и амплитудой от 0.1 до 10 мм.

Рис. 2.5. Электромагнитные акустические излучатели.

Электродинамические акустические излучатели основаны на движении проводника с током в магнитном поле. Схема конструкции электродинамического излучателя представлена на рис. 2.6. В кольцевом зазоре постоянного магнита 1 помещена цилиндрическая катушка 2, питаемая переменным электрическим током. Катушка 2 жёстко связана с мембраной 3. Так устроены и громкоговорители звуковоспроизводящих устройств.

Аэродинамические  акустические излучатели существуют двух видов – турбинные и свистки. Турбинные аэродинамические излучатели (сирены) основаны на периодическом прерывании струи газа. Турбины излучателей могут быть аксиальные (рис. 2.7а) и радиальные (рис. 2.7б). В свистках (свисток Гартмана) акустические колебания генерируются при натекании струи газа на полость (рис. 2.8). Струя газа из сопла 1 натекает на полость (резонатор) 2, в котором формируется стоячая волна. Частота колебаний (основная гармоника) определяется длиной резонатора  как .  Для направления звука служит рупор 3. Аэродинамические излучатели позволяют генерировать колебания в газе с частотой от 1 до 100 кГц с амплитудой от 0.2 до 30 мм.

В гидродинамических излучателях натекание струи жидкости возбуждает колебания упругой консольно закреплённой  пластины (рис. 2.9). Гидродинамические излучатели применяют для генерирования колебаний в жидкостях с частотой от 1 до 10 кГц, амплитудой от 0.1 до 10 мм.

Гидравлические генераторы колебаний основаны на периодическом  прерывании струи жидкости, например, поршнем (рис. 2.10) или с помощью аксиальных и радиальных турбин (кавитаторы), устройство которых аналогично аэродинамическим излучателям (рис. 2.7а и рис. 2.7б). Гидравлические генераторы используют для получения колебаний в жидкостях с частотой от 0 до 10 кГц и амплитудой от 10^-4  до 10³ мм (поршневые генераторы).

Магнитострикционные акустические излучатели  основаны на явлении магнитострикции – деформации (изменения размеров) ферромагнетиков в магнитном поле. Подробнее это явление рассмотрено в разделе 3.1.