Фокусировка звука

преобразование плоских или расходящихся сферических или цилиндрических акустических волн в сходящиеся. Так же как для оптических и радиоволн, Ф. з. осуществляется методами отражения или преломления. Естественная Ф. з. наблюдается, например, в пещерах со сводчатым потолком. Частичная Ф. з. наблюдается в подводном звуковом канале в морях и океанах. В процессе Ф. з. происходит концентрация энергии звуковых волн, которая достигает максимальной величины в фокусе, совпадающем обычно с радиусом кривизны сходящегося волнового фронта. Для Ф. з. пользуются фокусирующими системами, которые подразделяются на активные и пассивные. Первые представляют собой вогнутый излучатель, непосредственно создающий сходящийся волновой фронт (например, концентраторы акустические (См. Концентратор акустический)), тогда как вторые изменяют акустическую длину пути kL (где k –волновое число, L –геометрическая длина пути) таким образом, что преобразуют плоский или расходящийся волновой фронт в сходящийся (например, акустические линзы (См. Линза)). Основными характеристиками качества Ф. з. являются форма и размеры фокальной области и т. н. коэффициент усиления по звуковому давлению, представляющий собой отношение звукового давления в центре (или на оси) фокальной области к давлению на входе системы. Для простейшего случая осесимметричного круглого пучка, сходящегося под малым углом, основная энергия оказывается сосредоточенной внутри т. н. фокального пятна, представляющего собой в данном случае окружность радиусом r₀ = 0,61λF/R, а коэффициент усиления, без учёта потерь, равен К = πR²/λF, где λ – длина волны, F –фокусное расстояние, R –радиус зрачка фокусирующей системы.

Ф. з. используется для получения звукового изображения в звуковизорах, в ультразвуковом микроскопе, в системах звуковой голографии (См. Голография) и т.п.; для формирования заданной характеристики направленности акустических излучателей и приёмников; в системах сканирования ультразвукового луча в приборах медицинской диагностики и т.п.; для концентрации ультразвуковой энергии с целью её использования в технологических процессах, в ультразвуковой хирургии и т.п.

Лит.: Матаушек И., Ультразвуковая техники, пер. с нем., М., 1962; Розенберг Л. Д., Звуковые фокусирующие системы, М. – Л., 1949; его же, Фокусирующие излучатели ультразвука, в кн.: Источники мощного ультразвука, М., 1967 (Физика и техника мощного ультразвука, [кн. 1]).

ФОКУСИРОВКА ЗВУКА

создание сходящихся волновых фронтов сферич. или цилиндрич. формы. Ф. з. основана на тех же физ. принципах, что и фокусировка световых волн: активная фокусирующая система — концентратор акустический — создаёт непосредственно сходящийся волновой фронт, пассивная — линза или зеркало — изменяет акустич. длину пути kL (k — волновое число, L — геом. длина пути) таким образом, что преобразует плоский или расходящийся фронт в сходящийся. Центр кривизны сходящегося волнового фронта наз. геом. фокусом, а точка, в к-рой концентрация энергии звуковых волн достигает макс. величины, наз. волновым фокусом. Для волновых фронтов, форма к-рых отличается от сферы или прямого кругового цилиндра, геом. и волновой фокус не совпадают. Расстояние от фокуса до поверхности фокусирующей системы в направлении акустич. оси фронта наз. фокусным расстоянием f. В результате дифракции волн в фокусе образуется фокальное пятно или полоса. Для длиннофокусных фронтов радиус фокального пятна или ширина фокальной полосы r0=b(lf/R), где R»fwm— радиус зрачка фронта, wm— угол раскрытия фронта, т. е. угол между акустич. осью фронта и его краем, а (3=0,61 для сферич. и b=0,5 для цилиндрич. фронта.

Сходящиеся волновые фронты при Ф. з. характеризуются, как правило, неравномерным распределением амплитуды и отклонением формы фронта от идеальной сферы или цилиндра, т. н. аберрацией. По сравнению с оптич. фокусировкой при фокусировке в акустике большую роль играет неравномерность амплитуды и меньшую — аберрация, а также существ. роль играют коэфф. прохождения и коэфф. поглощения в этих фокусирующих устройствах и окружающей их среде.

При Ф. з. осуществляется усиление звукового давления р, колебательной скорости частиц v и интенсивности звука I. Соответствующие коэфф. усиления Кр, Kv, КI показывают, во сколько раз возросли величины p, v или I в фокусе по сравнению с их значениями на поверхности волнового фронта фокусирующей системы. Для сферич. фронта K(c)p=(f/l)sin(wm/2), для цилиндрич. К(ц)p=?(f/l
• 2wm). В обоих случаях KI=KpKv»K2p.

Ф. з. используется в устройствах для получения звукового изображения в звуковизорах, микроскопе акустическом, системах голографии акустической и т. п., в устройствах для формирования заданной диаграммы направленности электроакустических преобразователей, напр. в гидро- и рыболокаторах, в системах сканирования УЗ луча в приборах мед. диагностики и т. п.; в устройствах для концентрации УЗ энергии при использовании её в технологич. процессах в УЗ хирургии и т. п.