笛子利用腔體共振
以上所述的超聲波聲源都是將電振動轉換爲機械振動的聲源,但也考察了一些將氣流或液體流直接轉換爲聲波的所謂笛子之類的聲源。下面簡單介紹一下其中著名的例子。
圖16是被稱爲Galton笛的最簡單的超聲波笛,從環形噴嘴N流出的空氣,到達前方的腔C,引起腔的諧振産生動數的聲波。氣流撞擊腔口邊緣産生的振動中,腔內諧振的振動頻率增強。諧振波長幾乎是腔深度d的4倍,因此聲音振動頻率f爲
給出的u是空氣中的聲速,k是修正項,隨氣流的流速而變化。螺絲G可以改變d,也可以改變f.
Galton笛子並沒有用于如此高的振動頻率(高達40kc/s左右),而且輸出功率也很弱,但爲了簡便,很早以前就被用于給看門狗和警犬發出秘密信號(貓狗的聽覺頻率比人類高)。另外,最近研究的應用是,演講者更換投影器的幻燈片很方便。也就是說,演講者只要把笛子藏在口袋裏,握住噴霧器用的閥門讓其發音,投影器附帶的麥克風就會感應到自動更換幻燈片,當然聽者是不知道的。
與Galton笛原理相同的更高功率的笛子以及用于液體的笛子也已被設計出來,在此省略。
作爲高功率的超聲波笛子,Hartmann的笛子最爲著名。如圖17所示,從前端變窄的噴嘴噴出超音速氣流時,前方會産生周期性的壓力變化。
a1b1、a2b2部分是不穩定部分,如果在其中放置空腔口,空氣就會周期性地壓縮釋放並産生聲波。
与Galton哨声一样,声音的振动频率大致取决于腔体的尺寸和气流速度。例如,腔体的直径和深度均为4毫米,喷嘴内的过压为2.7 atm,振荡频率为13.4 kc/s,声音输出功率为73W,效率为5%。
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