Визуализация звукового поля

ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ЗВУКОВОГО ПОЛЯ, методы получения видимых изображений пространственного распределения величин, характеризующих звуковое поле. Методы визуализации звукового поля применяются в основном для получения так называемых акустических изображений внутренних структур различных объектов, особенно таких, которые не прозрачны для оптических волн. Именно поэтому наибольшее практическое применение визуализация звукового поля получила в ультразвуковой медицинской диагностике внутренних органов (смотри Ультразвуковая диагностика), неразрушающем контроле и подводном звуковидении.

Основные методы визуализации звукового поля разработаны российским учёным С. Я. Соколовым в 1930-е годы. Значительный вклад сделан также российскими учёными Л. Д. Розенбергом, Б. Д. Тартаковским, П. К. Ощепковым и Ю. Б. Семенниковым.

Все методы визуализации звукового поля могут быть разделены на три группы.

1. Методы, в которых используются основные параметры звукового поля, - звуковое давление, колебательное смещение частиц и переменная плотность среды. Эти методы применяют для получения акустических изображений различных объектов и структур.

2. Методы, основанные на квадратичных эффектах в звуковом поле, - деформация поверхности раздела двух сред под действием пондеромоторных сил, акустических течений, радиационного давления. Эти методы также могут быть использованы для визуализации различных объектов, однако чаще всего они применяются для визуализации структур акустических полей, сформированных акустическими излучателями, движущимися потоками газа или жидкости.

3. Методы, использующие вторичные эффекты, возникающие при распространении звуковых волн достаточно большой интенсивности в жидкости, - тепловые эффекты, ускорение процессов диффузии, дегазация жидкости, акустическая кавитация, гашение люминесценции и др. Эти методы имеют крайне ограниченное применение из-за низкой чувствительности.

Большинство методов 1-й группы основано на использовании линейных и двумерных матричных У3-пьезоприёмников (антенные решётки), сигналы с которых обрабатываются электронными средствами, главным образом цифровыми. Наиболее широко для построения акустических изображений используются электронные линзы или фазированные антенные решётки с электронным управлением диаграммами направленности в режиме приёма и излучения. Такие устройства позволяют получать акустические изображения объектов с высокой скоростью, в широком угле зрения и с высокой разрешающей способностью по всем трём координатам. Диапазон УЗ-частот, в котором применяются антенные решётки, составляет от единиц кГц до десятков МГц. Именно такие устройства широко используются в современной медицинской и технической диагностике, а также в подводном звуковидении.

Для построения акустических изображений используют также акустические линзы. Акустические линзы применяются в основном в микроскопии акустической на частотах свыше 100-1000 МГц. В этом диапазоне частот создание многоэлементных фазированных приёмных антенн сопряжено с серьёзными технологическими трудностями.

Чем выше частота ультразвука и чем больше число приёмных элементов в фазированной антенной решётке, тем выше качество акустического изображения и тем оно ближе к оптическому изображению объекта. Однако акустическое изображение не является точной копией оптического изображения, так как эти изображения образованы полями различной физической природы.

Лит.: Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. 2-е изд. М., 1957; Свет В. Д. Методы акустической голографии. Л., 1976; Ультразвук: Маленькая энциклопедия. М., 1979; Грегуш П. Звуковидение. М., 1982.