Волновод (акустика) - Waveguide (acoustics)

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

An акустический волновод это физическая структура для руководства звуковые волны.

Примеры

Одним из примеров может быть говорящая трубка используется на борту судов для связи между палубами. Другие примеры включают задний проход в линии передачи громкоговоритель корпус, ушной канал или устройство, подобное стетоскоп. Этот термин также применяется к направленным волнам в твердых телах.

Канал для распространения звука также ведет себя как линия передачи (например, канал кондиционера, автомобильный глушитель и т. д.).[1][2] Воздуховод содержит некоторые средний, Такие как воздуха, поддерживающий распространение звука. Его длина обычно составляет около четверти длины. длина волны который предназначен для руководства, но размеры его поперечное сечение меньше этого. Звук вводится на одном конце трубки, заставляя давление изменяться в направлении распространения, что заставляет градиент давления перемещаться перпендикулярно поперечному сечению в скорость звука. Когда волна достигает конца линии передачи, ее поведение зависит от того, что присутствует в конце линии. Есть три обобщенных сценария:

Низкий сопротивление нагрузка (например, оставление конца 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 энергия связанные с ним. Нет отражение произойдет.

Нагрузка с высоким импедансом (например, засорение 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.

Там, где 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 является своего рода резонанс и будет стремиться ослабить любой сигнал, подаваемый в линию.

Когда этот резонансный эффект сочетается с каким-то активным механизм обратной связи и потребляемой мощности, можно настроить колебание который можно использовать для генерации периодических акустических сигналов, таких как музыкальные ноты (например, в органной трубе).

Однако применение теории линий электропередачи редко используется в акустика. Используется эквивалентная четырехконечная модель, которая разделяет волны вниз и вверх по течению. Это упрощает введение физически измеримых акустических характеристик, коэффициенты отражения, материальные константы изоляция материала, влияние скорости воздуха на длину волны (число Маха) и т. д. Этот подход также позволяет обойти непрактичные теоретические концепции, такие как акустический импеданс трубки, который невозможно измерить из-за его внутреннего взаимодействия с источником звука и нагрузкой на акустическая составляющая.

Примечания

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Пирс, A.D., гл. 7 (1981)
  2. ^ Морс, П. (1948)

Библиография

  • Морс, П.М., Вибрация и звук, Макгроу Хилл, 1948, Нью-Йорк, Нью-Йорк.
  • Пирс, A.D., Акустика: введение в ее физические принципы и приложения, Макгроу Хилл, 1981, Нью-Йорк, Нью-Йорк.