Волновод (акустика) - Waveguide (acoustics)

Эта страница посвящена волноводам для акустики и звука, для других типов волноводов см. Волновод.

Акустический волновод является физической структурой для направления звуковых волн .

Примеры

Одним из примеров может быть разговорная трубка, используемая на борту кораблей для связи между палубами. Другие примеры включают задний проход в корпусе громкоговорителя линии передачи , слуховой проход или такое устройство, как стетоскоп . Этот термин также применяется к направленным волнам в твердых телах.

Канал для распространения звука также ведет себя как линия передачи (например, канал кондиционирования воздуха, автомобильный глушитель и т. Д.). Воздуховод содержит некоторую среду , например воздух , которая способствует распространению звука. Его длина обычно составляет около четверти длины волны, которая предназначена для направления, но размеры его поперечного сечения меньше этого. Звук вводится на одном конце трубки, заставляя давление изменяться в направлении распространения, что заставляет градиент давления перемещаться перпендикулярно поперечному сечению со скоростью звука . Когда волна достигает конца линии передачи, ее поведение зависит от того, что присутствует в конце линии. Есть три обобщенных сценария:

Нагрузка с низким импедансом (например, оставляя конец открытым на открытом воздухе) вызовет отраженную волну, в которой знак изменения давления меняется на противоположный, но направление волны давления остается прежним.

Нагрузка, которая соответствует характеристическому сопротивлению (определенному ниже), полностью поглотит волну и связанную с ней энергию . Нет отражения не произойдет.

Нагрузка с высоким импедансом (например, засорением конца линии) вызовет отраженную волну, в которой направление волны давления меняется на противоположное, но знак давления остается прежним.

Поскольку линия передачи ведет себя как модель с четырьмя выводами, на самом деле невозможно определить или измерить импеданс компонента линии передачи. Однако можно измерить его входное или выходное сопротивление. Это зависит от площади поперечного сечения и длины линии, частоты звука, а также от характеристического сопротивления среды, распространяющей звук в воздуховоде. Только в исключительном случае трубки с закрытым концом (для сравнения с электрическим коротким замыканием) входной импеданс можно рассматривать как импеданс компонента.

Если линия передачи конечной длины несовместима на обоих концах, существует вероятность того, что волна отскочит назад и вперед много раз, пока она не будет поглощена. Это явление представляет собой своего рода резонанс, который приводит к ослаблению любого сигнала, подаваемого в линию.

Когда этот резонансный эффект сочетается с каким-то активным механизмом обратной связи и подводимой мощностью, можно создать колебание, которое можно использовать для генерации периодических акустических сигналов, таких как музыкальные ноты (например, в органной трубе).

Однако применение теории линий передачи в акустике применяется редко . Используется эквивалентная четырехконечная модель, которая разделяет волны вниз и вверх по течению. Это упрощает введение физически измеряемых акустических характеристик, коэффициентов отражения , материальных констант изоляционного материала, влияния скорости воздуха на длину волны (число Маха) и т. Д. Этот подход также позволяет обойти непрактичные теоретические концепции, такие как акустический импеданс трубы, который не поддается измерению из-за внутреннего взаимодействия с источником звука и нагрузкой акустического компонента.

Ноты

Смотрите также

Ссылки

Библиография

  • Морс, П.М., Вибрация и звук, McGraw Hill, 1948, Нью-Йорк, Нью-Йорк.
  • Пирс, А.Д., Акустика: введение в физические принципы и приложения, McGraw Hill, 1981, Нью-Йорк, Нью-Йорк.