НАПРАВЛЕННЫЙ ОТРАЖАТЕЛЬ ЗВУКОВЫХ ВОЛН

Полезная модель относится к акустической технике, определяющей направленное излучение звуковых волн, используемое в колокольнях, звонницах, в зонах стихийных бедствий и других местах.
Известен генератор звуковых колебаний, в котором рупором акустических колебаний является одна часть однополостного гиперболоида (А.С. 1663624, G10К 7/06, 29.12.1988).
Известна зеркальная антенна, которая содержит облучатель, отражатель и каналы теплоносителей, поскольку конфигурация антенны представляет сегмент сферы, то антенна излучает только ненаправленные звуковые колебания (А.С. 1762357, Н01Q 15/16, 09.07.1990).
Известен надувной рефлектор, отражающий слой которого совмещен с отражающей поверхностью, лучи, отражаясь от сферического сегмента, проходят через прозрачную среду замкнутого объема (А.С. 1762358, Н01Q 15/16, 13.09.1990).Недостатком его может служить необходимость наддува внутреннего объема и отсутствие распространения параллельных лучей относительно оси рефлектора.
Также известен параболический рефлектор, имеющий конфигурацию параболического цилиндра, состоящий из стеклопластика, защитного покрытия (А.С. 1794267, H01Q 15/15, 27.11.1990). Он не может излучать параллельные лучи, исходящие из точечного источника.
Все перечисленные технические решения имеют пространственную параболическую или сферическую поверхность отражения. Однако, они не могут излучать отраженные акустические лучи параллельно оси симметрии параболоида или шарового сегмента, излучаемого точечным источником.
Наиболее близкой к предпологаемой полезной модели по совокупности существенных признаков является остронаправленная зеркальная антенна, содержащая рефлектор в виде шарового сегмента, который отражает лучи четырех облучателей, питаемых генератором; фазовращатель позволяет производить регулировку остронаправленных лучей антенны, а наклон акустических лучей определяется генератором через фазовращатель (А.С. 1791879, Н01Q 19/17, 08.06.1962). Недостатком такой антенны является наличие облучателей и четырех фазовращателей.
Задача полезной модели - упрощение конструкции.
Технический результат достигается тем, что в направленном отражателе звуковых волн, содержащем рефлектор и излучатель звука, рефлектор выполнен в виде параболоида, с наружной стороны которого жестко прикреплены ребра жесткости в продольно-поперечном направлении, излучатель звука установлен в фокусе параболоида, причем форма параболоида описывается уравнением
2
2
у=2ах+а,
где х, у - координаты с началом в точке фокуса;
а - параметр, определяющий диаметр раскрытия параболоида.
Направленный отражатель звуковых волн поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено сечение устройства; на фиг.2 - схема расчета формы рефлектора.
Направленный отражатель звуковых волн содержит излучатель звука 1, установленный в фокусе рефлектора 2, который выполнен в виде параболоида, с наружной стороны которого жестко прикреплены ребра жесткости 3, например из стали, в продольно-поперечном направлении;
рефлектор 2 может быть выполнен из металла с повышенным модулем продольной упругости, например из стали.
Форма параболоида описывается уравнением
2
2
у=2ах+а,
где х, у - координаты с началом в точке фокуса;
а - параметр, определяющий диаметр раскрытия параболоида.
Работа устройства осуществляется следующим образом: излучатель звука 1 направляет звук на внутреннюю поверхность рефлектора 2, который отражает звук в направлении оси х (фиг.2).
Ребра жесткости 3 позволяют сделать собственную частоту рефлектора такой, чтобы максимальная частота звука была ниже его собственной частоты.
Для заявленной полезной модели необходим только один точечный излучатель звука, расположенный в фокусе параболоида. В этом случае требуется правильный расчет конфигурации параболоида и его изготовление.
Рассмотрим расчет такого отражателя, представленного на фиг.2.
Принимаем за фокус точку О ортогональной системы координат Oxyz.
Из точки А отраженный луч АЕ должен быть параллелен оси Ох. Угол падающего луча β на поверхность параболоида равен углу отраженного луча в точке А. Следовательно, угол ВАО равен углу АВО. Это значит, что треугольник АВО является равнобедренным, и прямая АО равна прямой ВО. Следовательно,
Уравнение (2) является однородным дифференциальным уравнением первого порядка с постоянными коэффициентами. Воспользуемся подстановкой
где k - переменная величина.
Подставляя в формулу (2) выражение (3), имеем
Или
Интегрируя последнее выражение, получаем
Пусть
Тогда
Данное уравнение определяет сечение параболоида. Изменяя значение параметра а, можно вписать любой параболоид в существующее пространство под любым углом.
В 2004 году университетом разработаны рабочие чертежи для Казанского Кафедрального собора в Санкт-Петербурге. Данный направленный отражатель звуковых волн прост в изготовлении и обеспечивает излучение колокольного звона в расчетном направлении.