笛子利用腔體共振

以上所述的超聲波聲源都是將電振動(dòng)轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)的聲源，但也考察了一些將氣流或液體流直接轉(zhuǎn)換為聲波的所謂笛子之類的聲源。下面簡(jiǎn)單介紹一下其中著名的例子。

圖16是被稱為Galton笛的最簡(jiǎn)單的超聲波笛，從環(huán)形噴嘴N流出的空氣，到達(dá)前方的腔C，引起腔的諧振產(chǎn)生動(dòng)數(shù)的聲波。氣流撞擊腔口邊緣產(chǎn)生的振動(dòng)中，腔內(nèi)諧振的振動(dòng)頻率增強(qiáng)。諧振波長(zhǎng)幾乎是腔深度d的4倍，因此聲音振動(dòng)頻率f為

給出的u是空氣中的聲速，k是修正項(xiàng)，隨氣流的流速而變化。螺絲G可以改變d，也可以改變f.

Galton笛子并沒(méi)有用于如此高的振動(dòng)頻率（高達(dá)40kc/s左右），而且輸出功率也很弱，但為了簡(jiǎn)便，很早以前就被用于給看門狗和警犬發(fā)出秘密信號(hào)（貓狗的聽(tīng)覺(jué)頻率比人類高）。另外，最近研究的應(yīng)用是，演講者更換投影器的幻燈片很方便。也就是說(shuō)，演講者只要把笛子藏在口袋里，握住噴霧器用的閥門讓其發(fā)音，投影器附帶的麥克風(fēng)就會(huì)感應(yīng)到自動(dòng)更換幻燈片，當(dāng)然聽(tīng)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(shè)計(jì)出來(lái)，在此省略。

作為高功率的超聲波笛子，Hartmann的笛子最為著名。如圖17所示，從前端變窄的噴嘴噴出超音速氣流時(shí)，前方會(huì)產(chǎn)生周期性的壓力變化。

a₁b₁、a₂b₂部分是不穩(wěn)定部分，如果在其中放置空腔口，空氣就會(huì)周期性地壓縮釋放并產(chǎn)生聲波。

與Galton哨聲一樣，聲音的振動(dòng)頻率大致取決于腔體的尺寸和氣流速度。例如，腔體的直徑和深度均為4毫米，噴嘴內(nèi)的過(guò)壓為2.7 atm，振蕩頻率為13.4 kc/s，聲音輸出功率為73W，效率為5%。

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