Vlnovod (akustika) - Waveguide (acoustics)

Tato stránka je o vlnovodech pro akustiku a zvuk, pro ostatní typy vlnovodů viz Vlnovod

Akustický vlnovod je fyzická struktura pro vedení zvukových vln .

Příklady

Jedním příkladem může být mluvící trubice používaná na palubě lodí ke komunikaci mezi palubami. Další příklady zahrnují zadní průchod v krytu reproduktoru přenosového vedení , zvukovod nebo zařízení jako stetoskop . Termín platí také pro řízené vlny v pevných látkách.

Potrubí pro šíření zvuku se také chová jako přenosové vedení (např. Potrubí klimatizace, tlumič výfuku atd.). Potrubí obsahuje určité médium , například vzduch , které podporuje šíření zvuku. Jeho délka je obvykle kolem čtvrtiny vlnové délky, která má být vedena, ale rozměry jejího průřezu jsou menší než toto. Zvuk je přiváděn na jednom konci trubice tak, že se tlak mění ve směru šíření, což způsobuje, že tlakový gradient se pohybuje rychlostí zvuku kolmo k průřezu . Když vlna dosáhne konce přenosové linky, její chování závisí na tom, co je na konci linky. Existují tři zobecněné scénáře:

Nízká impedanční zátěž (např. Ponechání konce otevřeného ve volném vzduchu) způsobí odraženou vlnu, ve které se obrátí znaménko kolísání tlaku, ale směr tlakové vlny zůstane stejný.

Zátěž, která odpovídá charakteristické impedanci (definované níže), zcela absorbuje vlnu a energii s ní spojenou. Nedojde k žádnému odrazu .

Vysoká impedanční zátěž (např. Zasunutím konce vedení) způsobí odraženou vlnu, ve které je směr tlakové vlny obrácen, ale znaménko tlaku zůstává stejné.

Protože se přenosové vedení chová jako model se čtyřmi terminály, nelze skutečně definovat nebo měřit impedanci komponenty přenosového vedení. Lze však měřit jeho vstupní nebo výstupní impedanci. Závisí to na ploše průřezu a délce vedení, frekvenci zvuku a také na charakteristické impedanci média šířícího zvuk v potrubí. Pouze ve výjimečných případech uzavřené trubice (ve srovnání s elektrickým zkratem) lze vstupní impedanci považovat za komponentní impedanci.

Tam, kde je přenosová linka konečné délky na obou koncích neodpovídající, existuje potenciál, aby se vlna mnohokrát odrazila tam a zpět, dokud nebude absorbována. Tento jev je druh rezonance a bude mít tendenci tlumit jakýkoli signál přiváděný do linky.

Když je tento rezonanční efekt kombinován s nějakým druhem aktivního zpětnovazebního mechanismu a příkonu, je možné nastavit oscilaci, kterou lze použít ke generování periodických akustických signálů, jako jsou noty (např. Ve varhanní píšťale).

Aplikace teorie přenosových vedení se však v akustice používá jen zřídka . Používá se ekvivalentní čtyřkoncový model, který rozděluje vlny po proudu a proti proudu. To usnadňuje zavedení fyzikálně měřitelných akustických charakteristik, koeficientů odrazu , materiálových konstant izolačního materiálu, vlivu rychlosti vzduchu na vlnovou délku (Machovo číslo) atd. Tento přístup také obchází nepraktické teoretické koncepty, jako je akustická impedance trubice, která není měřitelný kvůli jeho vlastní interakci se zdrojem zvuku a zátěži akustické komponenty.

Poznámky

Viz také

Reference

Bibliografie

  • Morse, PM, Vibrace a zvuk, McGraw Hill, 1948, NYC, NY.
  • Pierce, AD, Acoustics: An Introduction to its Physical Principles and Applications, McGraw Hill, 1981, NYC, NY.