Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

ГОЛОГРАФИИ

Наука начинается с тех пор, как начинают измерять.

Д. И. Менделеев

«"Я первым увидел звук»

Надпись на могиле Тендера в Дрездене

Акустические измерения..*

Замечание Леонардо да Винчи: «Опыт — основа всякой «достоверности» — применимо к ним в полной и, по-^ жалуй, даже особой мере, ибо мало кто в акустике **-%ерит одним теоретическим результатам, пусть даже |" полученным на весьма строгой основе. Видный аме­риканский акустик Ф. Морз в предисловии к своей ¹ монографии «Колебания и звук» (переведенной в СССР) пишет: «Ни в какой другой области физики Основные измерения не представляются столь трудно

.выполнимыми» как в ^акустике, тогда как теория о,Тг носительно проста». Оставим это утверждение на со­вести его автора, тем более что оно относится к 1936 году, когда акустическими измерениями занима­лись в различных странах лишь немногие ученые.

В 1937 году вышла первая в мире книга по а^уп стическим измерениям (автор Л. Л. Мясников)-. В ней описаны методы измерений звукового давления, акустического сопротивления, даны основы частот­ного анализа звука по представлениям того времени.

В наши дни область акустических измерений ра,Ст ширилась необычайно, появились новые аспекты, тат кие, как измерения звукоизоляции, звукопоглощения, виброизоляции, вибропоглощения, гидроакустические измерения, измерения акустических констант мате­риалов и веществ, корреляционные измерения и т. п. Монографии по отдельным видам акустических из-.мерений сейчас не редкость.

Властно заявляет о себе электронно-вычислитель­ная и управляющая техника. Она позволяет оптимизи­ровать условия измерений, свести к минимуму ошиб­ки. Последние достижения в этой области — авто­матическое управление измерениями при нескольких изменяющихся параметрах измеряемого процесса или условиях, в которых происходит этот процесс. Особен­но значительные результаты в этой сложной области получены в СССР А. Е. Колесниковым, Б. Д. Тарта-ковскйм и другими, в ФРГ — М. Шредером.

Мы остановимся здесь лишь на одном вопросе из области акустических измерений — вопросе визуали­зации звука и вибрации. В какой-то мере мы уже ка­сались его при рассмотрении применения ультразвука в промышленности и медицине.

В 20—30-е годы нашего столетия для визуализа­ции звуковых полей в воздухе применялись так назы­ваемые дымовые фигуры. Легкие частицы дыма, пыли или пудры при воздействии звукового поля принимают его конфигурацию. Стробоскопическое освещение с частотой звука позволяет зафиксировать картину. Ме­тод не требовал какой-либо сложной аппаратуры. Для гидроакустических полей он, естественно, неприменим.

Другой метод— теневой — достаточно старый и вечно новый. Впервые он был предложен Фуко в се-

прошлого столетия для исслёдОванМ'одНород. ности оптических сред и качества обработки оптиче­ских деталей. Существо его заключается в следую­щем. Лучи света от точечного источника проходят через исследуемую среду или изделие,' собираются в фо-кусе и проецируются на экран. В фокусе помеща­ется⁵ передвижная заслонка — нож с острой кромкой (он и поныне называется ножом Фуко). При опреде­ленном положении нож срезает изображение источ­ника,-но благодаря дифракции света экран все же слабо, хотя и равномерно освещен. Если на пути лу-ч^!ей света до ножа Фуко окажется оптически неодно­родная среда, лучи изменят свой путь и будут либо попадать на нож, либо, наоборот, проходить поверх него. В первом случае на экране появится тень, во втором возникнет более яркое освещение в соответ­ствующем месте экрана. В целом изображение неод­нородности появится на экране, окруженное темными и светлыми полосами.

Сгущения и разрежения среды при звуковом про­цессе связаны с изменением ее плотности, то есть с показателем преломления. Иными словами, это те же оптические неоднородности среды. Преподаватель фи­зики Теплер, возможно, даже не зная в точности при­бора Фуко, предложил использовать теневой метод для визуализации звуковых полей. Он получил в ми­ровой практике также название шлирен-метода (Schliere — оптическая неоднородность среды).

Чувствительность метода чрезвычайно высока. От­четливо фиксируются даже слабые звуковые поля. Если между источником и ножом Фуко поднести ру­ку, будут видны поднимающиеся от нее тепловые по­токи (также связанные с изменением показателя пре­ломления среды). На основе теневого метода созданы в различных странах конструкции интерферометров с высокой разрешающей способностью. Если в по­добный интерферометр ввести ванну со стенками из оптически однородного стекла, то можно наблюдать звуковые картины в жидкости. На приведенной фото­графии видно, как меняется характер рассеяния зву­ковых лучей в воде от металлических пластинок — гладкой и снабженной ребрами (периодическими пре­пятствиями).

Относительно тонкий слой воды, налитой на ко-5лющуюся пластину, позволяет весьма просто опре--"Делять места наиболее интенсивных колебаний пла­стины на различных частотах. До известной меры /можно выявить характер излучения звука в водный, |слой. На вертикальных же пластинах места интен* 'Дивной вибрации обнаруживаются по осыпавшейся с Ляластин меловой пасте.

В последнее время для визуализации звука и ви­брации предложено применять жидкие кристаллы. Хотя холестериновые вещества трудно сравнить с кристаллами, но именно некоторые виды холестери­новых соединений обладают свойством менять цвет в зависимости от температуры пленки или пластинки, на которую они нанесены.

Слой холестерина на такой пленке напоминает слой затвердевшей фотоэмульсии. Если коснуться его

Осыпавшаяся при коле­баниях металлической стенки или пластины фун­дамента меловая паста указывает места наиболее интенсивной вибрации, на которые следует уста­навливать. антивибра­ционные устройства.

лальцем_у то вокруг места-касания возникнут концен трические разноцветные круги. Каждому цвету при этом соответствует определенная температура. Кар­тина похожа на цвета побежалости на зачищенной поверхности остывающего металла.

При звуковых колебаниях происходят изменения
температуры частей колеблющегося тела, тем боль­
шие, чем больше амплитуда колебаний. Эти изменения
определяют цвет нанесенной на тело жидкокристалли­
ческой пленки, и можно видеть цветную картину рас­
пределения колебаний на поверхности тела. эдм./м

В более сложном устройстве для измерения ампли­туды звуковых волн (в том числе поверхностных волн Рэлея) в прозрачных пластинах жидкокристалличе­ский слой помещается между двумя подобными пла­стинами, установленными между скрещенными поля­роидами. При отсутствии звука в пластинах света на экране за вторым поляроидом нет, во время колеба­ний пластин он появляется. Получены формулы для определения интенсивности колебаний пластин по ве­личине прошедшего через поляроиды света.

Появление лазеров дало возможность разработать весьма совершенные установки для визуализации звуковых полей и вибрации. На рисунке приведена полученная И. А. Алдошиной картина колебаний ко­нического диффузора динамического громкоговори-

теля на частоте 500 герц.-Kjak видно, ойа' достаточно, сложна. Анализ подобных картин позволяет разрабо­тать звуковоспроизводящие устройства, работающие

с минимальными искажениями.

/• Голография занимает сейчас умы многих иссле-^Шателей. Основным достоинством ее является воз­можность получения трехмерных изображений. О слож­ности проблем в этой области можно судить по мате-' риалам книги «Акустическая голография», выпущен­ной издательством «Судостроение» в 1975 году и суммирующей результаты трех ежегодных междуна­родных симпозиумов по акустической голографии. Хотя перспективы применения ее велики в самых разнообразных областях (подводное звуковидение, визуализация предметов в мутных средах, что осо­бенно важно при аварийно-спасательных и водолаз­ных работах), но предстоит еще большая работа по повышению качества изображений.

Сцептроника. Это недавно возникшее направление визуализации и частотного анализа колебаний свя­зано с волоконной оптикой. Пучок из громадного ко-- личества тончайших стеклянных волокон возбуждает­ся с торца исследуемыми колебаниями и одновре­менно подсвечивается ярким источником света. Каж­дое из волокон имеет свою частоту свободных коле­баний, и, если в спектре исследуемого сигнала имеется составляющая этой частоты, конец волокна приходит в интенсивные колебания, что отражается яркой чер­той на экране. Возможна очень плотная упаковка волокон (до нескольких тысяч на один квадратный сантиметр), что сулит создание очень малых по раз­меру,, но широкодиапазонных анализаторов — визуа-лизаторов.

Поскольку возможна визуализация звука тем или иным методом, то, естественно, возможна и «фониза-ция» света. Световые (или тепловые) сигналы вос­принимаются сканирующим устройством и подаются на специальный измерительный магнитофон, обла­дающий очень широкими частотными и амплитудны­ми характеристиками. При воспроизведении записи через репродуктор отчетливо обнаруживаются на слух места поверхности, наиболее сильно освещен­ные или нагретые.

«ПЕРЕКРЕСТНЫЕ»