FR2579355A1

FR2579355A1 - Emetteur pour la generation d'impulsions acoustiques

Info

Publication number: FR2579355A1
Application number: FR8600720A
Authority: FR
Inventors: Rainer Riedlinger
Original assignee: Richard Wolf GmbH
Current assignee: Richard Wolf GmbH
Priority date: 1985-03-22
Filing date: 1986-01-20
Publication date: 1986-09-26
Also published as: US4639904A; DE3510341A1; DE3510341C2; FR2579355B1

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN EMETTEUR POUR LA GENERATION D'IMPULSIONS ACOUSTIQUES TRANSITOIRES COMPORTANT UNE SURFACE DE RAYONNEMENT FOCALISANTE RECOURBEE DANS L'ESPACE QUI EST REPRESENTEE PAR LA SURFACE D'UNE ANTENNE ACTIVE OU PASSIVE UNIQUE OU PAR DES SURFACES DE PLUSIEURS ANTENNES ALIGNEES EN DUREE ET EN AMPLITUDE; LES IMPULSIONS APPARAISSANT AU NIVEAU DU FOYER SONT GENEREES A LA SURFACE DE RAYONNEMENT PAR UNE ONDE DE PRESSION ETOU DE CELERITE ESSENTIELLEMENT UNIPOLAIRE ET LIMITEE DANS LE TEMPS; AFIN DE POUVOIR GENERER UNE IMPULSION DE PRESSION ESSENTIELLEMENT UNIPOLAIRE DANS LE FOYER 4 D'UNE SURFACE DE RAYONNEMENT DE CE GENRE 2, LA SURFACE DE RAYONNEMENT 2 DIFFERE DE MANIERE DEFINIE D'UNE SURFACE DE RAYONNEMENT FOCALISANTE IDEALE DE TELLE SORTE QUE L'AUGMENTATION OU LA DIMINUTION DANS LE TEMPS DU POTENTIEL DE VITESSE POUVANT ETRE CALCULEE PAR L'INTEGRALE DE RAYLEIGH RESULTANT DE LA DIFFERENCE DE TEMPS AU NIVEAU DU FOYER DUE A LA DIFFERENCE DE SURFACE, S'EFFECTUE A UNE VITESSE DIFFERENTE AU NIVEAU DU FOYER, DE SORTE QUE L'ONDE DE PRESSION DETERMINEE PAR LA DERIVEE EN FONCTION DU TEMPS A PARTIR DU POTENTIEL DE VITESSE ESSENTIELLEMENT UNIPOLAIRE PRESENTE AU DEBUT OU A LA FIN UNE IMPULSION COURTE D'AMPLITUDE ELEVEE, QUI EST SUIVIE OU PRECEDEE PAR UNE IMPULSION LONGUE DE FAIBLE AMPLITUDE.

Description

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La présente invention concerne un émetteur pour la

génération d'impulsions acoustiques transitoires compor-

tant une surface de rayonnement focalisante courbée dans l'espace qui est représentée par la surface d'une seule antenne active ou passive ou par les surfaces de plusieurs antennes alignées en durée et en amplitude, les impulsions

apparaissant au niveau du foyer étant générées sur la sur-

face de rayonnement par une onde de pression et/ou de cé-

lérité essentiellement unipolaire et limitée dans le temps Des surfaces de rayonnement focalisantes idéales

telles que par exemple des calottes sphériques à rayonne-

ment actif, des lentilles sphériques à immersion en huile ou des ellipsoïdes servant de réflecteurs passifs, ne conviennent pas pour générer les impulsions unipolaires c'est-à-dire des impulsions n'ayant qu'une seule phase de

surpression ou de dépression,car dans la pratique une ex-

cursion de rayonnement discret forcé dans le milieu de propagation dans le sens d'un choc de pression purement positif à la surface de rayonnement se traduira par un choc de pression positif qui sera toujours suivi d'un choc

de pression négatif. Cela est valable pour le cas techni-

que donné selon lequel les dimensions de la surface de

rayonnement sont finies.

Par ailleurs, en concevant des antennes focalisan-

tes on suppose également que la pression acoustique et la

célérité de l'onde sonore atteignent leur amplitude maxi-

male dans le foyer et correspondront aux conditions de

pression et de célérité existant à la surface de rayonne-

ment. Cela est également vrai tant qu'il s'agit de si-

gnaux périodiques. Mais lorsque les signaux ne sont pas

périodiques, l'hypothèse précitée n'est plus valable.

C'est ainsi par exemple qu'une antenne à calotte sphérique qui reçoit dans son foyer un choc Dirac positif unipolaire

produit un double choc Dirac bipolaire.

I1 existe une série de domaines d'application dans lesquels on souhaite produire dans le foyer une impulsion

de pression unipolaire ou tout au moins largement unipo-

laire. Cela est notamment valable dans la technique médi-

cale pour la désagrégation sans contact des calculs rénaux,des pressions négatives pouvant provoquer dans ce

cas des cavitations et par conséquent endommager des tis-

sus du corps humain.D'autres domaines pour l'application des impulsions unipolaires sont par exemple la technique

de mesure, l'essai des matériaux et le travail des maté-

riaux. L'invention propose une surface de rayonnement qui transforme dans le foyer une impulsion apparaissant à la surface de rayonnement en une impulsion d'une polarité si possible d'amplitude élevée, tandis que l'impulsion de

l'autre polarité se produisant nécessairement est si pos-

sible de faible amplitude dans le foyer.

La bibliographie fait état de quelques indications et de travaux qui concernent la génération d'impulsions sonores unipolaires sur l'antenne elle-même ou dans le

champ de rayonnement. Toutefois, il n'existe à ce jour au-

cune solution dans la production d'impulsions sonores uni-

polaires dans la région de rayonnement lointain des

transducteurs focalisants faisant l'objet de l'invention.

Une solution de ce problème existe en théorie si

l'on admet un saut de célérité à la surface de rayonne-

ment. Cependant, cela n'aboutit pas à une solution réali-

sable sur le plan technique dans la pratique,car dans ce cas la surface de rayonnement mise en mouvement continue à se mouvoir,c'est-à-dire l'excursion de la surface de

rayonnement devrait aller vers l'infini.

C'est pourquoi,une solution possible sur le plan

technique pourra se situer uniquement dans une onde de cé-

lérité dont l'intégrale de temps est finie, d'o il s'en suit également une excursion finie de la source de

rayonnement. Mais du fait qu'une phase de pression acous-

tique négative est déjà produite à la surface de rayonne-

ment elle-même par un changement de signes de la célérité,

il est entre autres nécessaire de donner une forme unipo-

laire à l'onde de célérité de la surface de rayonnement. Cependant, une onde de célérité unipolaire à la surface de

rayonnement ne constitue pas encore une condition suffi-

sante pour une source de rayonnement à dimensions finies,

ainsi que cela est démontré ci-après.

A cet effet on examinera tout d'abord la génération d'impulsions de pression essentiellement unipolaires dans la région de rayonnement lointain par un exemple simple d'une source de rayonnement circulaire plane se trouvant sur un écran acoustique dur et infini. Pour déterminer la pression p(t)se modifiant dans le temps t, on se sert de la relation connue p (t)= d O,dans laquelle est la dto

densité du milieu de propagation et O le potentiel de vi-

tesse, ce qui peut être calculé à partir de l'intégrale de Rayleigh 0( r, t)= 1 v (S) 1 v(t - R) dS 2 R e dans laquelle r est le vecteur local décrivant le point surélevé dans la région ot apparait la durée du potentiel 0, v est la répartition de la célérité sur l'antenne avec la surface de rayonnement S, v =const. s'appliquant dans le cas d'une surface plane rigide, R étant le rayon d'un élément de la surface de rayonnement dS jusqu'au point

surélevé, v(t) la durée de vélocité à la surface de rayon-

nement et co la vitesse sonore du milieu de transmission.

Une impulsion de vélocité positive à la surface de rayonnement de la source de rayonnement circulaire pris comme exemple ici, fournit comme on le sait pour un point surélevé situé sur l'axe dans la région de rayonnement lointain une courbe de temps rectangulaire positive des potentiels de vitesse, une double impulsion de pression à changement de signes résultant de sa différenciation selon la durée. La durée de temps du potentiel diminue avec l'éloignement croissant du point surélevé de la source de rayonnement, de sorte que 0(t) se rapproche d'un phénomène

de choc. Cela signifie que la pression p(t) est alors for-

mée par une impulsion positive suivie immédiatement d'une

impulsion négative de même grandeur.

Selon des possibilités connues pour une source de

rayonnement plane, on donne une forme essentiellement uni-

polaire de la pression pour les points surélevés se trou-

vant à une distance finie devant la source de rayonnement Cela peut être réalisé par une répartition déterminée de l'amplitude de la célérité à la surface de la source de rayonnement,tel que par exemple une répartition de

Gauss,linéaire, parabolique ou sinusoïdale. On veut essen-

tiellement obtenir par ce moyen des caractéristiques dé-

terminées de directivité et également une diminution du

pourcentage de la pression sonore négative pour une exci-

tation de la source de rayonnement à l'aide d'impulsions sonores positives.Cependant,les mesures précitées visant à générer une impulsion de pression unipolaire dans le foyer

sont sans effet sur les sources de rayonnement de focali-

sation. Afin de pouvoir générer dans le foyer une impulsion

essentiellement unipolaire à l'aide de sources de rayonne-

ment focalisantes en fonction du problème posé,l'émetteur acoustique selon l'invention indiquée précédemment sera conçu de manière que la source de rayonnement focalisante

idéale diffère de manière définie d'une surface de rayon-

nement focalisante idéale de telle sorte que la montée et la descente dans le temps du potentiel de vitesse (t)

pouvant être calculées par l'intégrale de Rayleigh résul-

tant des différences d'amplitude et de durée au niveau du

foyer dues aux écarts de surface,ont une vélocité diffé-

rente au niveau des foyers et que la courbe de pression bipolaire p(t) déterminée par une dérivée en fonction du temps à partir de la courbe quasi unipolaire du potentiel de vitesse comprend au début ou à la fin une impulsion brève d'amplitude élevée qui est suivie et/ou précédée

d'une impulsion plus longue d'amplitude plus faible.

La surface de rayonnement peut donc être conçue par transformation spatiale d'une surface de rayonnement finie

et non plane qui génère une impulsion de pression essen-

tiellement unipolaire avec un bond de célérité et/ou une impulsion de célérité en un point situé dans la région de

rayonnement lointain,la transformation spatiale transfor-

mant une surface circulaire plane dans une surface à ca-

lotte sphérique et le point situé sur l'axe dans le champ

de rayonnement lointain dans le centre de la calotte sphé-

rique, alors que les axes de symétrie se confondent.

La surface de rayonnement peut différer d'une forme de surface sphérique et/ou de calotte sphérique de manière que la dérivée spatiale de la projection sphérique de la surface de rayonnement donne la même fonction dans le foyer qui résulte également de la dérivée spatiale de la

projection plane d'une source de rayonnement non focali-

sante générant une impulsion essentiellement unipolaire

dans la région de rayonnement lointain.

Il importe notamment que le potentiel de vitesse s'étendant plus lentement se modifie de manière linéaire dans le foyer de la surface de rayonnement selon l'invention et/ou que le potentiel de vitesse obéit à une fonction linéaire, car la pression qui apparatt, respecte

alors la valeur minimale possible Pmin en cas de diminu-

tion de Omax à O= 0 ou d'une augmentation de O= 0à Omax,car sinon dans des pressions intermittentes [PI>[Pminl

seraient générées à chaque fonction de 0(t) autre que li-

néaire

Des surfaces de rayonnement des émetteurs acousti-

ques générant spécialement une fonction de saut,pourront

être conçues de manière que la dérivée spatiale de la pro-

jection sphérique de la surface de rayonnement donne la même fonction sur le point focal qui apparaet au choix sur un plan à partir de la dérivée spatiale de la projection a. d'un paraboloide, d'un cône ou d'une partie sphérique dont l'axe est perpendiculaire à la surface de projection, b. d'un corps de révolution sinusoïdale long 1r /4 dont l'axe forme l'abscisse de la fonction sinusoïdale et qui est perpendiculaire à la surface de projection ou

c.d'un corps de révolution exponentielle avec une superfi-

cie S(x)=S0 E c< x dont l'axe est perpendiculaire à la

surface de projection.

Une règle de conception particulière pour une sur-

face de rayonnement générant une fonction de saut réside

dans le fait que l'augmentation ou la diminution concep-

tuelle dans le temps de la zone de silence s'effectue à des vitesses différentes, qui est alors projetée de la

surface de rayonnement sur une surface sphérique invaria-

ble imaginaire pendant la durée de pénétration des deux surfaces, dont le centre se situe dans le foyer et qui est en même temps le siège d'une source lumineuse ponctuelle de projection imaginaire, la surface de rayonnement étant

soumise à un retrait sphérique imaginaire uniforme et uni-

quement radial en direction du foyer.

En revanche, des surfaces de rayonnement permettant

de générer spécialement une fonction d'impulsions, pour-

ront être conçues de manière que l'intersection de la sur-

face de rayonnement avec une surface sphérique imaginaire extensible avec un rayon de croissance linéaire, dont le centre se situe dans le foyer, donne une augmentation ou une diminution unique rapide différente de la longueur de

l'intersection en résultant. D'autre part, il est égale-

ment possible d'effectuer la conception de la surface de rayonnement générant une fonction d'impulsions de manière que la dérivée spatiale de la projection sphérique de la surface de rayonnement donne sur le point focal la même fonction qui apparalt dans un plan à partir de la dérivée spatiale de la projection d'une surface hyperbolo'ide, de préférence d'une surface sphérique ou d'une surface coni-

que dont l'axe est perpendiculaire à la surface de projec-

tion Ces solutions indiquées reposent en principe sur le raisonnement qui consiste à transposer tout d'abord les connaissances connues en soi relatives au comportement transitoire de la pression dans la région de rayonnement lointain d'une source de rayonnement plane infinie sur le comportement transitoire de la pression dans le foyer d'une source de rayonnement sphérique,tel que par exemple une calotte sphérique puis que l'on transforme une surface de rayonnement définie,non plane et finie en une surface de rayonnement définie non sphérique. Quelques méthodes de construction pratiques seront présentées ci-après. Il

s'agit tout d'abord de surfaces spatiales d'une part sphé-

rique et d'autre part coniques s'écartant d'une surface de rayonnement focalisante idéale telle que par exemple une surface sphérique,qui ne seront donc plus des surfaces de

rayonnement à focalisation idéale.

On part par exemple des corps de révolution dont la pression théoriquement générée dans la région axiale de rayonnement lointain s'étend en forme de dents de scie

lorsque ces corps de rotation sont soumis à un saut de vé-

locité théorique dans le sens axial. Des corps de révolu-

tion de ce genre sont entre autres des demi-sphères ou des corps circulaires verticaux. La pression maximale générée

dans la région de rayonnement lointain est alors propor-

tionnelle à la plus grande superficie de ces corps de ré-

volution. On découpe mentalement le corps de révolution concave ou convexe perpendiculaire à son axe en de petits

disques différentiels avec les superficies Ai,on les pro-

jette successivement sur un plan vertical se trouvant sur l'axe et on obtient une fonction Ai(ti). Dans ce cas il

faut admettre le temps ti entre 0 et L/co, L étant la lon-

gueur axiale du corps de révolution et cola vitesse sonore

du milieu environnant.

La fonction Ai(ti) est alors projetée de manière sphérique sur une calotte sphérique imaginaire de rayon R

de sorte que pour ti= 0 seul le zénith de la calotte sphé-

rique est touché et que pour t = LÀ seul le bord de la O calotte est touché par la projection.Une surface spatiale et /ou une surface de rayonnement est ainsi décrite après une correction 1/R encore nécessaire qui génère dans le foyer de la calotte imaginaire,donc dans le point focal non idéal de la surface de rayonnement selon l'invention

la même courbe de pression avec un saut de vélocité théo-

rique telle qu'elle aurait également été générée sur un point surélevé dans la région de rayonnement lointain par le corps de révolution utilisé pour la réalisation de la surface de rayonnement. Ainsi que cela a déjà été

évoqué,les connaissances existantes concernant le compor-

tement transitoire de la pression dans la région de rayon-

nement lointain d'une source de rayonnement finie s'écartant de manière définie de la forme plane ont été en principe transposées sur le comportement transitoire de la pression dans le foyer d'une source de rayonnement définie de focalisation s'écartant de la calotte sphérique. Cela signifie également que le point surélevé se trouvant dans l'infini sur l'axe d'une source de rayonnement circulaire plane est transformé sphériquement dans le foyer d'une source de rayonnement à calotte à bord circulaire et la surface circulaire plane dans la surface à calotte. Mais

cela signifie en même temps que les surfaces de rayonne-

ment à focalisation idéale telles que les surfaces sphéri-

ques, ellipsoïdales et paraboliques ou leurs équivalents mentionnés dans de nombreux brevets et autres publications possèdent les plus mauvaises propriétés imaginables pour

générer des impulsions de pression acoustique unipolaire.

Si la surface de rayonnement ainsi recherchée est excitée de manière qu'un bond de vélocité apparaît, il se

produit alors dans le foyer une pression p(t) correspon-

dant à la dérivée dans le temps de la courbe de Ai(ti)qui,dans l'exemple considéré augmente de manière non linéaire avec des fonctions quadratiques.Pour l'exemple de la surface auxiliaire semi-sphérique il se produira donc

une augmentation de pression positive très raide d'une am-

plitude élevée qui sera suivie d'une chute de pression li-

ndaire de longue durée.

Pour l'exemple de la surface auxiliaire conique

circulaire il y aura une augmentation de la pression li-

néaire lente qui reviendra quasi brutalement à zéro.Si dans l'exemple considéré la surface de rayonnement ainsi recherchée est excitée de manière qu'il s'y produit un

bond de vélocité, alors il y aura dans le foyer une pres-

sion p(t)correspondant à la dérivée dans le temps de la courbe de p(t) pour une excitation d'un saut et à la deuxième dérivée dans le temps de Ai(ti).Il se produira donc ici un choc de pression positif d'amplitude élevée

qui sera suivi par une courbe de dépression constante es-

sentiellement plus petite de longue durée (surface auxi-

liaire sphérique).Des conditions inverses quant au signe

et au temps apparaissent avec une surface auxiliaire coni-

que. Les conditions dans lesquelles apparaît d'abord une

courbe de faible dépression,puis un choc de pression posi-

tif élevé,ou des conditions dans lesquelles se produit d'abord un choc de dépression élevée,puis une courbe de

pression positive faible résultent donc de manière corres-

pondante d'une excitation antipolaire de la célérité à la

surface de rayonnement.

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Par une disposition correspondante autre que celle des surfaces utilisées pour la construction,telle que par exemple un cône inverse en lieu et place d'un cône,il est possible de déterminer aussi bien la succession dans le temps que la polarité de l'impulsion acoustique élevée de courte durée.Dans l'exemple de comparaison considéré il se

produit en cas d'excitation d'un bond de vélocité une im-

pulsion unipolaire positive en dents de scie avec un flanc initial raide à la place d'un flanc final raide et en cas d'excitation d'une impulsion de célérité un choc positif élevé, suivi par une petite pression négative de longue durée au lieu d'une petite courbe de pression positive de

longue durée qui se termine par un choc de pression néga-

tif élevé.

Au demeurant,il est possible de réaliser de manière correspondante une surface de rayonnement si l'on utilise à la place d'un cône ou d'une calotte sphérique comme

moyen auxiliaire de construction un paraboloIde par exem-

ple dont l'axe se trouve à la verticale sur la surface de

projection. D'autres possibilités de construction utili-

sant des corps de révolution sinusoïdale ou des corps de

révolution exponentielle ont été évoquées précédemment.

Une solution appropriée pour une surface de rayon-

nement générant une impulsion de célérité est également fournie par un hyperboloIde transformé selon la méthode de

construction précitée et s'écartant d'une surface de ca-

lotte sphérique imaginaire. Dans ce cas, une courbe de pression est générée dans le foyer qui commence par une

petite impulsion,est suivie d'une phase de pression de mê-

me polarité de longue durée et se termine par une impul-

sion bipolaire très élevée de courte durée. Lorsque le sommet de l'hyperboloide à créer est en outre remplacé par une transition non infléchie vers un cône,il est possible

de réduire la petite impulsion initiale.

Il va de soi qu'il existe également des surfaces de rayonnement qui ne semblent pas convenir pour générer les

impulsions essentiellement unipolaires lorsqu'on y appli-

que une impulsion de célérité. En font notamment partie les surfaces de rayonnement conçues sur la base d'un para-

boloide ou d'un corps de révolution exponentielle,qui peu-

vent donc seulement être mises en oeuvre en cas d'excita-

tion de sauts de vélocité sur la surface.

La figure 1 montre une surface de rayonnement 1 se-

lon l'invention qui peut être conçue selon la manière dé-

crite précédemment sur la base de la projection sphérique

d'une surface de projection conique et qui s'écarte de ma-

nière définie de la surface de rayonnement 2 qui focalise

de manière idéale sur le foyer 4.

La surface de rayonnement 3 représentée sur la fi-

gure 2 peut être conçue sur la base de la projection sphé-

rique d'une surface de projection sphérique ou conique et s'écarte selon la représentation de la surface sphérique 2

focalisant de manière idéale sur le foyer 4.

Les quatre surfaces de rayonnement 5,6,7 et 8 re-

présentées sur la figure 3 s'écartent de la surface de rayonnement à focalisation idéale et/ou de la surface sphérique 2 de telle sorte qu'en cas d'excitation à l'aide d'une impulsion de célérité en direction du foyer 4 il se produit une montée lente et une chute rapide du potentiel de vitesse 0(t). Les surfaces de rayonnement 5 et 6 d'une

part et 7 et 8 d'autre part sont identiques dans leur ac-

tion,mais les surfaces de rayonnement 5 et 6 produiront

des pressions plus faibles dans le foyer 4 que les surfa-

ces 7 et 8. De manière générale on peut donc obtenir des résultats identiques avec des surfaces de rayonnement de

configuration différente.

Dans l'exemple de réalisation selon la figure 4 on a choisi des surfaces de rayonnement étagées 9,10, 11 et -12 qui dans leur structure et leur action se rapprochent essentiellement des surfaces de rayonnement 5 à 8 selon la figure 3.La hauteur admissible des gradins est dans ce cas

proportionnelle à la durée de l'impulsion souhaitée essen-

tiellement unipolaire apparaissant au niveau du foyer 4 et sur lequel la surface sphérique 2 utilisée comme auxiliai-

re de construction est focalisée de manière idéale.

La figure 5 montre des courbes de potentiel dans le temps 0' et à côté les courbes de pression associées PF

au niveau du foyer pour les surfaces de rayonnement indi-

quées sur les figures 1 à 4,sur lesquelles est appliquée

une impulsion de célérité et/ou qui délivre une telle im-

pulsion en direction du foyer 4.La figure 5a montre à cet égard les courbes indiquées pour la source de rayonnement 2 à focalisation idéale ou pour son équivalent

technique.On voit qu'il se produit une impulsion de pres-

sion bipolaire.

Les courbes en fonction du temps selon les figures b à 5f s'appliquent aux surfaces de rayonnement à focali- sation non idéale selon l'invention, des impulsions de

pression essentiellement unipolaires apparaissant au ni-

veau du foyer,ainsi qu'il ressort des figures.La figure 5b concerne les courbes du potentiel et de la pression en fonction du temps pour les surfaces de rayonnement 1, 5 et

6. Au demeurant,les courbes selon la figure 5c s'appli-

quent à la surface de rayonnement 3,1es courbes selon la figure 5d aux surfaces de rayonnement 7 et 8,1es courbes selon la figure 5e aux surfaces de rayonnement 9 et 10 et finalement les courbes selon la figure 5f aux surfaces de

rayonnement 11 et 12.

La figure 6 montre comment les surfaces de rayonne-

ment 13 et 14 selon l'invention s'écartent de manière dé-

finie de la surface d'un réflecteur parabolique 15 focalisant de manière idéale en direction du foyer 4. Il

ressort également de cette représentation que le réflec-

teur 15 constitue ensemble avec l'onde sonore incidente 16

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l'équivalent de la surface de rayonnement à la calotte sphérique 2 avec une onde sphérique concentrique 17.Pour des raisons graphiques la représentation des surfaces de rayonnement et/ou des sources de réflexion 2 et 5 a été décalée radialement vers la gauche. Au demeurant,cette représentation montre également la conception des surfaces

de rayonnement et/ou des "surfaces de rayonnement de rem-

placement "13,14 selon l'invention qui diffèrent de la pa-

rabole et peuvent être dérivées des surfaces de rayonne-

ment 5,6.

La figure 7 représente les surfaces de rayonnement

à focalisation non idéale 18 et 19 selon l'invention ré-

sultant des surfaces de rayonnement 5,6 qui à leur tour s'écartent de manière définie de la surface de rayonnement 2 à focalisation idéale. La surface ellipsoidale 20 forme ensemble avec les ondes sphériques partant de la source ponctuelle 21 l'équivalent de la surface de rayonnement de

*la-surface 2.

Sur les figures décrites jusqu'à maintenant les surfaces de rayonnement sont représentées en coupe et de manière simplifiée par des lignes en pointillés ou à

traits ou des lignes droites tracées. De plus,on s'est li-

mité à représenter la moitié supérieure ou inférieure de quelques surfaces de rayonnement,bien qu'il soit évident qu'il s'agit dans ces cas de configurations symétriques en rotation. Mais il est également possible selon l'invention de concevoir les surfaces de rayonnement non symétriques en rotation et à focalisation non idéale,et ce par exemple sous forme de sources de rayonnement qui selon la figure 8 représentent une cuvette creuse essentiellement ondulée au niveau du bord. Des exemples pour la construction de configurations de ce genre et analogues seront présentés

dans la description qui va suivre dans laquelle on fera la

distinction entre une surface de rayonnement recevant une

impulsion de vélocité et une surface sur laquelle est ap-

pliqué un saut de vélocité.

On peut admettre comme critère de conception pour les surfaces de rayonnement générant une fonction d'impulsions qu'une intersection de la surface de rayonne- ment avec une surface sphérique imaginaire en expansion ayant un rayon linéairement croissant dans le temps,dont

le centre se situe sur le foyer,se traduit par une augmen-

tation ou une diminution unique à vitesse variable de la

longueur de la ligne d'intersection en résultant. La dé-

rivation spatiale de la projection sphérique de la surface de rayonnement sur le point focal peut notamment donner la même fonction qui apparalt sur un plan à partir de la

dérivation spatiale de la projection d'une surface hyper-

boloide, de préférence d'une surface sphérique ou d'une

surface conique dont l'axe est perpendiculaire à la surfa-

ce de projection.

Ces relations peuvent être expliquées plus en dé-

tail à l'aide des figures 9 à ll.Si la courbe de pression en fonction du temps PF selon la figure 10 est obtenue et/ou doit être obtenue dans le foyer de la surface de rayonnement, la longueur S de la ligne d'intersection associée s'obtient à partir de la relation S: p(t) dt dont la courbe est dans ce cas représentée sur la figure 9. La

surface sphérique en expansion avec un rayon croissant li-

néairement dans le temps qui est utilisé comme auxiliaire

de construction,est indiquée sur la figure 11 par des cer-

cles concentriques dont le centre se situe dans le foyer 4.L'axe de tempst peut être admis sur la figure 11 pour les temps t1 à t4 par les lignes partant radialement du foyer. En comparant les phénomènes selon les figures 9 et 11 il apparaît que la surface sphérique en expansion ne

coupe pas tout d'abord la surface de rayonnement symétri-

que en rotation 22,de sorte que la longueur de la ligne d'intersection est aussi longtemps égale à zéro jusqu'à ce

que la surface sphérique atteigne le sommet du cône cir-

culaire de la surface de rayonnement au moment t1. La lon-

gueur de la ligne d'intersection continue alors à croltre jusqu'à ce que la surface sphérique atteigne le pied du cô- ne en t2 pour alors monter plus rapidement en passant par t3 jusqu'à atteindre le bord de la surface de rayonnement

en t4 o la longueur de la ligne d'intersection est maxima-

le. La longueur de la ligne d'intersection bondit immédia-

tement après vers zéro. La surface de rayonnement 2

représentée sur la figure 11 par une ligne en traits inter-

rompus est une calotte sphérique de focalisation idéale sur

le foyer 4.

On peut évidemment aussi déterminer de manière inverse la courbe de pression dans le foyer selon la figure 10 à partir de la courbe de la longueur S de la ligne d'intersection sur la figure 9 par une dérivée en fonction du temps de la longueur de la ligne d'intersection. Il en résulte en tous les cas une impulsion de pression négative

essentiellement unipolaire au moment t4.

On peut se représenter la construction de la surface de rayonnement 23 selon la figure 12 générant une fonction

de saut de telle manière que l'accroissement ou la diminu-

tion imaginaire dans le temps de la zone de silence A s'effectue à des vitesses différentes qui est projeté par

la surface de rayonnement 23 sur une surface sphérique ima-

ginaire invariable 24 pendant la durée de pénétration des deux surfaces, dont le centre se situe dans le foyer 4 et constitue en même temps le siège d'une source lumineuse

ponctuelle de projection imaginaire,la surface de rayonne-

ment étant seulement soumise à un retrait sphérique imagi-

naire uniforme uniquement radial en direction du foyer.

Cinq états de temps différents ont été désignés par t1 à t5.La figure 13 représente la courbe de temps de la zone de silence A générée pendant la pénétration précitée, et qui,dans le cas considéré,apparalt uniquement entre les temps t2 et t3.Au demeurant,la relation A(t)= % p(t) dt s'applique à la zone de silence, ce qui signifie qu'on peut déterminer la zone de silence par intégration dans le temps de la courbe de pression selon la figure 14 ou que cette

courbe de pression essentiellement unipolaire peut être dé-

terminée par différentiation de la courbe A de la zone de silence. Une comparaison entre la surface de rayonnement

23 ainsi conçue et la surface de rayonnement 25 à focalisa-

tion idéale représentée par des traits interrompus fait nettement apparaître les différences et les écarts sur les

deux surfaces.

De même,dans les deux cas discutés précédemment les surfaces de rayonnement 22,23 selon l'invention ont été

simplement représentées de manière simplifiée par des li-

gnes. Mais il s'agit ici de surfaces de rayonnement symé-

triques en rotation.

Au demeurant, la surface de rayonnement selon l'invention peut également être conçue et asemblée à partir

de zones de surface partielle ou par la combinaison de zo-

nes de surface partielle de conception différente. C'est

ainsi que par exemple la moitié de la surface de rayonne-

ment pourrait correspondre à la surface 5 et l'autre moitié à la surface 6 (figure 3),étant entendu que les temps de propagation du son des parties de surface se trouvent le

plus près du foyer 4 doivent être de durée identique en di-

rection du foyer. Il en est de même pour les temps de pro-

pagation du son des parties de surface se trouvant les plus éloignées du foyer. Il est également possible de combiner de manière correspondante des parties des surfaces de rayonnement 7 et 8.En revanche, une combinaison des parties des surfaces 6 et 8 ou 5 et 7 ne donnera pas les résultats souhaités.

Finalement il faut également souligner que les surfa-

ces de rayonnement selon l'invention peuvent faire partie

des antennes actives ou passives. Une surface de rayonne-

ment inactive peut par exemple être constituée au moins par un réflecteur acoustique, une lentille acoustique ou une

autre disposition de focalisation acoustique. Sur les sur-

faces de rayonnement actives celle-ci est excitée par au moins un transducteur actif,notamment par un transducteur

mêcanique,hydraulique,électrique,piézoélectrique,électro-

statique,par électrostriction,magnétique,dynamique,élec-

tromagnétique ou thermique ou par un transducteur anti-

déflagrant, anti-chocs, à courant de Foucauld, à filaments

chauffants, à pulsions à laser et à éclateurs à étincelles.

Claims

REVENDICATIONS

l.Emetteur pour la production d'impulsions acousti-

ques transitoires comportant une surface de rayonnement fo-

calisante courbée dans l'espace, qui est représentée par la surface d'une seule antenne active ou passive ou par les surfaces de plusieurs antennes alignées en durée et en am- plitude, les impulsions apparaissant au niveau du foyer étant générées à la surface de rayonnement par une onde de pression et/ou de célérité essentiellement unipolaire et limitée dans le temps, caractérisé en ce que la surface de rayonnement (1,3, 5-14, 18, 19, 22,23) s'écarte de manière définie d'une surface de rayonnement focalisante idéale (2) de telle sorte que l'accroissement ou la diminution dans le temps du potentiel de vitesse 0 (t) pouvant être calculé

par l'intégrale de Rayleigh s'effectue à différentes vites-

ses au niveau du foyer en raison des différences de durée au niveau du foyer (4) dues à la différence de surface, et que l'onde de pression bipolaire p(t) déterminée par une dérivée en fonction du temps à partir de la durée quasiment unipolaire du potentiel de vitesse présente au début et à la fin une courte impulsion d'amplitude élevée, qui est suivie ou précédée par une impulsion plus longue

d'amplitude plus faible.
2.Emetteur selon la revendication l,caractérisé en ce que sa surface de rayonnement (1, 3,5-14, 18,19, 22,23) est

conçue par transformation spatiale d'une surface de rayon-

nement finie et non plane qui produit en un point situé dans la région de rayonnement lointain une impulsion de

pression essentiellement unipolaire avec un saut de célé-

rite et/ou une impulsion de célérité, la transformation spatiale transformant une surface circulaire plane en une surface à calotte sphérique et le point situé sur l'axe dans la région de rayonnement lointain dans le centre de la

calotte sphérique,alors que les axes de symétrie se confon-

dent
3.Emetteur selon l'une des revendications 1 ou

2,comportant une surface de rayonnement générant une fonc-

tion d'impulsions ou sauts de célérité, caractérisé en ce que la surface de rayonnement(l, 3, 5-14, 18,19, 22,23)diffère d'une forme de surface sphérique et/ou à ca- lotte sphérique (2) de manière que la dérivée spatiale de la projection sphérique de la surface de rayonnement donne la même fonction dans le foyer (4) qui apparaît également

dans un plan à partir de la dérivée spatiale de la projec-

tion plane d'une source de rayonnement non focalisante gé-

nérant une impulsion de pression essentiellement unipolaire

dans la région de rayonnement lointain.
4.Emetteur selon la revendication 3 comportant une surface de rayonnement générant une fonction de célérité et

de sauts approchés, caractérisé en ce que la dérivée spa-

tiale de la projection sphérique de la surface de rayonne-

ment (1, 3, 5-14, 18,19, 22,23)donne la même fonction dans le point focal (4) qui apparaît au choix dans un plan à

partir de la dérivée spatiale de la projection a. d'un pa-

raboloIde, d'un cône ou d'une partie de cône (2) dont l'axe est perpendiculaire à la surface de projection, b.d'un corps de révolution sinusoïdale long '(/4 dont l'axe

forme l'abscisse de la fonction sinusoïdale et qui est per-

pendiculaire à la surface de projection, ou

c.d'un corps de révolution exponentielle avec une superfi-

cie S(x)= S0.E - <x

dont l'axe est perpendiculaire au plan de projection.
5.Emetteur selon l'une des revendications 2 ou 3 com-

portant une surface de rayonnement générant une fonction d'impulsions de célérité, caractérisé en ce que l'intersection de la surface de rayonnement (22) avec une surface sphérique imaginaire en expansion ayant un rayon

(tl-t4) crotssant linéairement dans le temps, dont le cen-

tre se situe dans le foyer (4), donne une augmentation ou une diminution unique de rapidité différente de la longueur

de l'intersection (S)en résultant.
6.Emetteur selon la revendication 3 comportant une surface de rayonnement générant une fonction d'impulsions de célérité, caractérisé en ce que la dérivée spatiale de la projection sphérique de la surface de rayonnement donne la même fonction dans le point focal qui apparalt dans un plan à partir de la dérivée spatiale de la projection d'une surface hyperbololdale, mais de préférence d'une surface

sphérique ou d'une surface conique dont l'axe est perpendi-

culaire à la surface de projection.
7.Emetteur selon l'une des revendications 3 ou

4,comportant une surface de rayonnement générant une fonc-

tion de sauts de célérité, caractérisé en ce que l'augmentation ou la diminution imaginaire dans le temps de la zone de silence (A) s'effectue à une vitesse différente qui est alors projetée de la surface de rayonnement (23)

sur une surface sphérique invariable imaginaire (24) pen-

dant la durée de pénétration des deux surfaces, dont le centre se situe dans le foyer (4) et qui constitue en même

temps le siège d'une source lumineuse ponctuelle de projec-

tion imaginaire,la surface de rayonnement étant soumise à

un retrait sphérique uniforme imaginaire et uniquement ra-

dial en direction du foyer.
8.Emetteur selon l'une quelconque des revendications

3 à 7, caractérisé en ce que la surface de rayonnement est conçue et réalisée à partir de zones de surface partielle

différentes selon les caractéristiques des revendications

précédentes.
9.Emetteur selon l'une quelconque des revendications

1 à 8, caractérisé en ce que le potentiel de vitesse 0(t)

plus lent se modifie de manière linéaire.
10.Emetteur selon l'une quelconque des revendications

1 à 9, caractérisé en ce que la surface de rayonnement

inactive est constituée par au moins un réflecteur acousti-

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que, une lentille acoustique ou par d'autres dispositions

de focalisation acoustique.

ll.Emetteur selon l'une quelconque des revendications

1 à 10,caractérisé en ce que la surface de rayonnement est excitée par au moins un transducteur actif, notamment par

un transducteur mécanique,hydraulique, électrique, piézo-

électrique, électrostatique, à électrostriction, magnétique, dynamique, électromagnétique ou thermique ou par un transducteur anti-déflagrant, anti-chocs, à courant de Foucauld, à filaments chauffants, à pulsions à laser et à

éclateurs à étincelles.